11.3 Побудова холодильного циклу

При розрахунку теоретичного холодильного циклу виходять із умови сталого теплового стану машини, коли в одиницю часу через кожний елемент холодильної машини (компресор, конденсатор, дросельний вентиль і випарник) проходить постійна вагова кількість холодильного агента. Насамперед необхідно побудувати цикл холодильної машини в lgР-i — координатах.

Заданими величинами для побудови холодильного циклу являються: температура кипіння холодильного агента t₀ або тиск насичення Р₀; температура конденсації холодильного агента t_к або тиск конденсації Р_к; температура холодильного агента перед регулюючим вентилем t_ох, темпе- ратура перегрітого пару t_пп. Значення цих параметрів вибирають залежно від призначення холодильної установки та розрахункових зовнішніх умов [24, 25].

Температуру кипіння в установках з безпосереднім охолодженням приймають залежно від розрахункової температури повітря в камері. При проектуванні хладонових установок температуру кипіння приймають на 14 -16°С нижче цієї температури

- (14÷16) °С

При проектуванні холодильних установок з безпосереднім охолодженням аміачними холодильними машинами температуру кипіння аміаку приймають на 5 ÷ 10 °С нижче температури повітря в камері.

Чим нижче температура повітря в камері, тим меншим приймають перепад між температурою повітря й кипіння.

У холодильних установках з ропним охолодженням камер температуру кипіння холодоагенту приймають на 4 ÷ 6 °С нижче середньої температури розсолу в приладах охолодження.

Температура конденсації залежить від температури й кількості води або повітря, які надходять у конденсатор.

Температуру конденсації для установок з водяним охолодженням конденсатора приймають на 2 ÷ 4 °С вище температури води, що йде з конденсатора.

Побудуємо у lgР-I діаграмі теоретичний холодильний цикл для холодоагенту R134а прийняв температуру кипіння t₀ = - 10 ⁰С, темпе- ратуру конденсації t_к = + 40 °С, температуру рідкого холодоагенту після конденсатора + 30 °С, температура всмоктуємих парів 0 ⁰С.

На lgР-i діаграмі проводимо лінії постійних тисків відповідно температурам кипіння та конденсації (Рис. 11.3). Це відповідно 2,0 бар ( 0,2 мПа) і 10,0 бар ( 1,0 мПа).

Параметри холодоагенту в точці 1, що відповідає надходженню в компресор сухої насиченої пари, знаходимо на перетині ізотерми киплячого холодоагенту ( тиску насичення ) і правої граничної кривої lgP-і – діаграми: Р₁ = 0,2 мПа; t₁ = - 10 °С; v₁ = 0,1 м³/кг; і₁ = 390 кДж/кг; s₁ = 1,755 кДж/кг К. Потім проводимо адіабату s = соnst ( лінія стиску пари у компресорі ) до перетинання з лінією постійного тиску Р_к, що відповідає заданій температурі конденсації t_к. Одержуємо точку 2, яка характеризує стан холодильного агенту після стиску у компресорі: Р₂ = 1,0 мПа; t₂ = + 50 ⁰С; і₂ = 425 кДж/кг; s₂ = s₁ = 1,755 кДж/кг K.

Питомий обсяг усмоктуваної компресором пари визначаємо по ізохорі v₁, яка перетинає точку 1, а температуру наприкінці стиску по ізотермі t_с , яка перетинає точку 2. Відрізок горизонтальної лінії між точками 1-2, обумовлений як різниця ентальпій і₂ – i₁= 425 – 390 = = 35 кДж/кг являє собою витрату енергії на стиск у компресорі 1 кг пари холодильного агента.

Процес конденсації пари холодильного агенту при постійному тиску складається з трьох процесів: зняття теплоти перегріву 2-3; конденсації пари холодоагенту 3-4; переохолодження рідкого холодоагенту 4-5. Точку З знаходимо на перетині ізобари конденсації пари і правої граничної кривої: Р₃ = 1,0 мПа; t₃ = + 40 °С; і₃ = 415 кДж/кг. В точці 4 закінчується процес конденсації: Р₄ = 1,0 мПа; t₄ = + 40 °С; і₄ = 255 кДж/кг. Точка 5 характеризує стан рідкого хладоагента перед регулюючим вентилем: Р₅ = 1,0 мПа; t₅ = + 30 °С; і₅ = 240 кДж/кг. Різниця ентальпій і₂ - і₅ = 425 – 240 = 185 кДж/кг, являє собою ту кількість тепла, яку необхідно відвести з конденсатора від кожного кілограма пари холодильного агента.

Рис. 11.3 Побудова холодильного циклу

Дроселювання холодильного агента відбувається в регулюючому вентилі при постійній ентальпії і₅ = i₆. Тому точку 6 знаходимо опустив- ши вертикальну лінію із точки 5 (адіабату) до перетинання із заданою ізобарою-ізотермою кипіння холодильного агента.

Початок кипіння холодильного агента характеризується точкою 6, а його ступінь сухості (співвідношення рідкої й парової фази) визначаємо по лінії постійної сухості, яка перетинає точку 6: Р₆ = 0,1 мПа; t₆ = - 10 °С; і₆ = i₅ = 240 кДж/кг; X = 0,30. Лінія 6-1 являє собою процес кипіння холодильного агента у випарнику, а різниця ентальпій і₁ - і₆ = = 390 – 240 = 150 кДж/кг теоретичну холодопродуктивність q₀, що знімається з кожного кілограму холодильного агента.

У дійсних умовах роботи холодильних машин перегрів пари при тиску р₀ (процес 1^/-1) у більшості випадків протікає не у випарнику, а в трубопроводах (або допоміжних апаратах) на шляху від випарника в компресор. Тоді ефект охолодження дає тільки процес кипіння холодильного агента 4-1а, а дійсна холодопроизводительность циклу, тобто холодопроизводительность 1 кг холодильного агента, має вираження q₀ = i_1а - i₆. Стан же пари перед надходженням в компресор визначається точкою 1.

Зверніть увагу на те, що кількість відведеного тепла (185 кДж/кг) дорівнює теплу підведеному у випарнику (150 кДж/кг) та підведеному у процесі стиску у комресорі (35 кДж/кг).

По параметрам холодоагенту в характерних точках ми можемо кількісно оцінити всі термодинамічні процеси в холодильній машині.

Холодильний коефіцієнт холодильної машини дорівнює: