11.2 Дійсний цикл парової холодильної машини.

Сучасні холодильні машини працюють із відхиленнями від цикла співпадаючого із циклом Карно. Перше відхилення обумовлене заміною розширювального циліндра в схемі холо- дильної машини регулюючим вентилем РВ ( Рис.11.3 ). Така заміна доцільна тому, що в циклі парової холодильної машини робота розширення становить невелику частину роботи циклу, а виготовлення розширювального циліндра практично являє великі труднощі. Регулюючий вентиль простий по пристрою і дозволяє легко регулю- вати подачу рідкого холодильного агента у випарник.

У результаті заміни розширювального циліндра регулюючим вентилем РВ замість адіабатичного розширення 3 - 4 протікає необо- ротний процес дроселювання 3 – 4^/ ( Рис.11.4 ), що приводить до подвійних втрат: губиться корисна робота розширення й, отже, збільшується робота, необхідна для здійснення холодильного циклу; зменшується холодопродуктивність.

Т

Р_к

2

Т_к 3 2 Р₀ 1 3 РВ Т₀ 4 1

4^/ 4 в с а S Рис.11.3. Схема парової холодильної Рис. 11.4. Цикли у Т – s машини з регулюючим вентилем діаграмі.

Це відбувається тому, що робота сил тертя при дроселюванні холодильного агента перетворюється в тепло, викликаючи додаткове паротворення. Холодопродуктивність циклу при цьому зменшується внаслідок збільшення паровмісту робочого тіла, що надходить у випарник.

В Тs – діаграмі зменшення холодопродуктивності виражається площею в - 4 - 4^/ - с, а корисна холодопродуктивність циклу з дроселю-ванням – площею с - 4^/ - 1 - а.

Втрати від дроселювання залежать від фізичних властивостей холодильного агента (теплоємності рідини, теплоти паротворення й критичних параметрів). Для аміаку втрати від дроселювання менше, ніж для фреону-12, але самі великі втрати спостерігаються при дроселюванні вуглекислоти. Це пояснюється тим, що вуглекислота дроселюються в області, близької до критичної, де теплота паротворення зменшується, а прикордонні криві розташовані дуже полого.

Крім того, втрати від дроселювання залежать від інтервалу температур до й після процесу дроселювання: чим менше інтервал температур, тим менше втрати.

Практично втрати можна зменшити зниженням температури рідкого холодильного агента перед дроселюванням. Тому в цикл парової холодильної машини вводиться переохолодження рідкого холодильного агента перед регулюючим вентилем, тобто охолодження його до температури нижче температури конденсації. Це є другим відхилен- ням від циклу Карно.

На рис. 11.5 процес переохолодження зображений лінією постійного тиску 3-3^/, яка в Т-s - діаграмі практично збігається з лівою прикордонною кривою. Як видно з діаграми, переохолодження рідкого холодильного агента перед регулюючим вентилем збільшує холодопродуктивність циклу, що виражається площею в-4-4^/-с, а витрата роботи при цьому не змінюється.

При переохолодженні на кожен градус холодопродуктивність збільшується: аміачної машини – на 0,4%, фреоновой – на 0,43%, а вуглекислотної – на 1,75%.

Переохолодження можна легко здійснити шляхом охолодження рідкого холодильного агента водою, створивши противоток у кон- денсаторах або в спеціальних переохолоджувачах (Рис.11.6). Рідину можна переохолодити також за рахунок внутрішнього (регенера- тивного) теплообміну, при якому рідина перед регулюючим вентилем прохолоджується парою, що надходить із випарника в компресор.

Р_к

2^//

Т

2^/

3 2

Т_к

Р₀

3^/ ПО

1^//

Т₀ 4 4^/ 1 1^/

РВ

в с a d S

Рис.11.5. Цикл холодильної машини Рис.11.6. Схема включення

з переохолодженням рідкого холо - теплообмінника ПО.

дильного агента і всмоктуванням

сухої пари.

РВ

ПО

вода ПС

РВ

Рис.11.7. Схема включення Рис.11.8. Схема включення

переохолоджувача ПО. проміжного сосуду ПС.

Третім відхиленням циклу парової холодильної машини, що відрізняє його від циклу Карно, є засмоктування компресором сухого насиченого або перегрітого пару, що забезпечує “сухий хід” компресора.

Практично “сухий хід” можна забезпечити:

а) шляхом регенеративного теплообміну (Рис. 11.7).У такому випадку пар, що надходить із випарника, проходячи теплообмінник ТО, може не тільки підсушуватися, але й значно перегріватися за рахунок тепла, сприйманого від рідини, що надходить із конденсатора до регулюючого вентиля;

б) включенням у схему проміжного сосуду ПС (Рис. 11.8). У цьому випадку волога пара, яка надходить з випарника, проходить віддільник рідини, у якому за рахунок зменшення швидкості й зміни напряму руху більш важкі частки рідини опускаються й повертаються у випарник, а сухий пар з верхньої частини віддільника рідини відсмоктується компресором.

На рис. 11.5 стан сухого, насиченого пару позначено точкою 1^/, перегрітого пару — точкою 1^//. Адіабатичний стиск у компресорі 1^/-2^/ ( 1^//-2^// ) протікає в області перегрітого пару до перетинання адіабати з лінією постійного тиску в конденсаторі 2-2^/ ( 2-2^// ), яка в області перегріву не збігається з ізотермою.

Перехід від усмоктування вологого пару (точка 1) до усмок- тування сухого пару (точка 1^/ або 1^//) приводить, з одного боку, до збільшення холодопродуктивності на величину ∆q₀ , виражену у Тs -діаграмі площею а-1-1^/-d , а з іншого боку – до збільшення витраченої роботи на ∆А – площа 1-2-2^/-1^/. При докладному розгляді цих процесів виявляється, що витрата роботи збільшується більше, ніж холодо- продуктивність. Отже сухий хід компресоpa не вигідний. Однак в умовах дійсних процесів сухий хід компресора більше вигідний. Це викликано тим, що надходящий з випарника холодний пар при усмоктуванні підігрівається від стінок циліндра й розширюється, у результаті чого збільшується його питомий об’єм, і тому маса пару, який надходоть у циліндр зменшується, а продуктивність компресора знижується. Зниження буде більше значним при вологому ході, тому що при усмоктуванні вологого пару на стінках циліндра осідають крапельки рідини, які, підігріваючись, швидко випаровуються, значно збільшуючи обсяг усмоктуваного пару. При усмоктуванні сухого, а тим більше перегрітого пару підігрів від стінок циліндра менш інтенсивний, тому що коефіцієнт тепловіддачі від сухого й перегрітого пару до стінок нижче й розширення усмоктуваного пару незначно. Крім того, при сухому ході компресора виключна можливість аварії від гідравлічного удару в циліндрі, що може виникнути при вологому ході, якщо в циліндр попадає велика кількість рідини. Таким чином, сухий хід у дійсних умовах більш сприятливий для роботи компресора.

Крім цього, у випарнику та конденсаторі відбувається падіння тиску внаслідок тертя холодильного агенту об стінки труб. Це приводить до збільшення витрати енергії на стиск парів у компресорі. Дійсний цикл відрізняється від теоретичного ще й тим, що стиск пари холодильного агенту в компресорі не відбувається при постійній ентропії, є втрати на тертя й інші втрати.