2.4. Содержание отчета

1. Схема и описание лабораторной установки, характеристики используемых приборов.

2. Порядок проведения работы, основные теоретические положения.

3. Заполненная таблица измерений и расчетов с определением средних значений Q, q и l.

4. Графики процессов сушки в Нd-диаграмме.

5. Ответы на контрольные вопросы.

2.5. Контрольные вопросы

1. Как определяется расход сухого воздуха l и тепла q на 1 кг испаренной влаги?

2. Почему теоретический процесс сушки материала протекает при постоянной энтальпии?

3. Какие преимущества имеют сушильные установки с рециркуляцией теплоносителя?

4. Каковы преимущества и недостатки сушильных установок, работающих на топочных газах, по сравнению с воздушно-калориферными установ-ками?

Лабораторная работа 3

режимы работы холодильной установки

Цель работы:

1. закрепление теоретических знаний по устройству и эксплуатации парокомпрессионной холодильной установки при различных режи­мах работы;

2. изучение свойств хладоагента;

3. расчет цикла парокомпрессионной холодильной установки с помощью Ts- и lnph-диаграмм.

3.1. Схема и описание лабораторной установки

Производство искусственного холода находит ши­рокое применение во многих отраслях народного хозяйства. Для охлаждения материалов ис­пользуют скрытую теплоту плавления льда (335 кДж/кг) или теплоту сублимации угле-кислотного сухого льда (574 кДж/кг), дросселирование газов с высокой температурой инверсии, вих­ревой эффект Ранка-Хильша, термоэлектрический эффект и другие способы.

В промышленности наибольшее распространение получили ком­прессионные, пароэжекторные и абсорбционные холодильные уста­новки, первые из которых занимают по удельному весу ведущее место.

В паровых компрессионных холодильных машинах в качестве рабочего тела (хладоагента) используются жидкости с низкой температурой кипения. В настоящее время практическое приме­нение нашли аммиак и фреоны, представляющие собой фтористые и хлористые производные предельных углево-дородов.

Фреон-12 (дифтордихлорметан ), используемый в лабораторной установке, имеет необходимые термодинамические свойства, безвреден для человека, не имеет запаха, невзрывоопасен, негорюч, химически инертен, однако он обладает высокой взаимной растворимостью с маслами, что ухудшает его эксплуа­тационные качества, требует повышенной герметичности системы, так как фреон-12 чрезвычайно текуч и может проникать через ма­лейшие неплотности в соединениях.

При температуре свыше 400°С происходит разложение фреона-12 с образованием вредных соединений – фтористого и хлорис­того водорода и следов фосгена, поэтому применять открытое пламя в помещении фреоновой холодильной установки не рекомендуется.

Холодильная машина представляет собой замкнутую систему, в которой непрерывно циркулирует рабочее тело, совершая об­ратный круговой процесс – цикл, при этом тепло переносится от холодного тела к окружающей среде с затратой работы.

Наиболее совершенным холодильным циклом, в котором затрачивается наименьшее количество работы для получения опреде­ленного охлаждающего эффекта, является обратный цикл Карно (рис. 4). Теоретически подобный цикл можно осуществить в паровой холо­дильной машине, состоящей из компрессора, конденсатора, рас­ширительного цилиндра и испарителя.

Рис. 4. Графическое представление обратного цикла Карно

В процессе 1 – 2 (см. рис. 4) происходит адиабатное сжатие в ком­прессоре влажного пара холодильного агента от давления испа­рения до давления конденсации . В процессе 2 – 3 сухой пар изотермически конденсируется, после чего конденсат поступает в расширительный цилиндр, где адиабатно расширяется до состояния 4. В испарителе холодильный агент кипит, забирая тепло от охлаждаемой среды, и изотермически переходит из со­стояния 4 в состояние 1, а затем вновь засасывается компрессором.

Количество тепла , отнятого от охлаждаемой среды, называется удельной холодопроизводительностью на 1 кг рабочего тела и выражается площадью 1 – 4 – а – б в Ts-диаграм­ме.

Работа l, затраченная на совершение кругового процесса, в Ts-диаг-рамме выражается площадью 1 – 2 – 3 – 4.

Эффективность холодильного цикла оценивается холодильным коэффициентом, который рассчитывается по формуле:

, (20)

или для обратного цикла Карно –

. (21)

В реальных холодильных машинах сжатию в компрессоре подвергается не влажный пар, а сухой или перегретый, в результате чего осуществляется так называемый сухой ход компрессора. Кроме того, вместо расширительного цилиндра (детандера) для снижения давления рабочего тела от до при­меняют дроссельный вентиль, снижение давления в котором про­исходит не адиабатно, а при постоянной энтальпии.

Схема одноступенчатой паровой компресси­онной холодильной установки приведена на рис. 5, а ее теоретический цикл с пере­гревом пара и с переохлаждением конденсата в Ts- и lnph-диа­граммах представлен на рис. 6.

Перегретый в испарителе пар адиабатно сжимается в компрес­соре до давления (процесс 1  2). В конденсаторе происхо­дят охлаждение пара (2  2'), его конденсация (2'  3') и переохлаждение конденсата (3'  3). В дроссельном вентиле жид­кий хладоагент дросселируется до давления испарения при постоянной энтальпии ( ), после чего поступает в испа­ритель, где испаряется (4 – 1') и несколько перегревается (1' – 1).

Рис. 5. Схема холодильной установки

а б

Рис. 6. Теоретический цикл холодильной установки:

а  Ts-диа­грамма; б  lnp h-диа­грамма

Количество тепла, подведенного к 1 кг холодильного агента в испарителе может быть выражено через энтальпии точек 1 и 4:

отведенного в охладителе, кДж/кг, 

; (22)

отведенного в конденсаторе, кДж/кг, 

; (23)

затраченная в цикле работа, кДж/кг, 

l . (24)

Теоретический холодильный коэффициент рассчитывается по формуле:

l

(25)

Холодильный агрегат (рис. 7) собран на базе компрессора 1 типа 2ФВ-4/4,5 (заводской шифр  КБУ1-00) холодопроизводительностью 2930 кДж/ч при частоте вращения вала равной .

На компрессоре установлены два двухходовых игольчатых вентиля, шпин-дели которых перемещаются вдоль корпуса и уплотнены сальниками из резиновых колец. Вентили имеют тройники для присоединения трубок от регулятора давления 5 типа РД-1 и манометров 6, 7. При вращении шпинделя до отказа по ходу часовой стрелки проход фреона в линию закрывается, при этом открывается проход к тройнику. В среднем положении шпинделя фреон поступает в линию и затем  к тройнику. При вращении шпинделя до отказа против хода часовой стрелки проход к тройнику закрывается, при этом открывается проход в линию.

Компрессор соединен клиноременной передачей с асинхронным трехфазным электродвигателем 2 типа А-41-4 мощностью 1,7 кВт.

Конденсатор 3 типа КТР-4м с водяным охлаждением предназначен для ох-лаждения, конденсации и переохлаждения фреона и одно­временно является основанием для крепления компрессора и электродвигателя.

Испаритель 4 изготовлен в виде змеевика из медной трубки диаметром 12 мм, помещенного в цилиндрический кожух, служа­щий емкостью для охлаждаемой проточной воды, которая подает­ся снизу, а сливается в канализацию в верхней части кожуха.

Для интенсификации теплообмена и предотвращения обмерзания змеевика внутри испарителя устанавливается съемная мешалка 22, имеющая электри-ческий привод.

Рис. 7. Схема лабораторной холодильной установки

Дросселирование холодильного агента осуществляется в терморегулирующем вентиле (ТВР) типа ТРВ-2М с внутренним уравнивани­ем (рис. 8), его термосистема состоит из термобаллона 16, ка­пиллярной трубки 12 и полости над мембраной 10. При увеличи­вании температуры перегрева паров фреона, выходящих из испа­рителя, повышаются температура термобаллона, прикрепленного к всасывающему трубопроводу после испарителя, и давление фре­она в термосистеме ТРВ-2М.

Мембрана 10 прогибается вниз, нажимает на толкатели 13, которые воздействуют на иглодержатель 14, сжимают пружину 5 и опускают иглу 6, увеличивая проходное сечение между иглой и седлом 7. Фреон поступает в TPB через фильтр 9, размещен­ный во входном штуцере, дросселируется в клапане, заполняет корпус 15 и про­странство под мембраной и через выходной штуцер по­падает в испаритель.

Опускание иглы и увели­чение открытия клапана бу­дут происходить до тех пор, пока давление фреона, за­полняющего термосистему и действующего на мембрану сверху, не будет равно сум­ме давления фреона, имею­щегося в корпусе, и усилия пружины.

Рис. 8. Терморегулирующий вентиль

При остановке компрессора движение паров фреона в испари­тель прек-ратится, температура на выходе из испарителя урав­няется с температурой кипения, т.е. перегрев исчезнет. Давление фреона над и под мембраной будет одинаковым, и уси­лием пружины клапан закроется.

ТРВ настраивают винтом 4, который ввернут в ходовую гайку 3. На крышке ТРВ указано направление вращения винта для увеличения открытия или закрытия клапана. При вращении винта в сторону открытия давление в испарителе возрастает, а температура снижается. И наоборот, если винт вращать в на­правлении закрытия, то можно получить при незначительном давлении кипения более низкую температуру в испарителе.

В состав лабораторной установки (см. рис. 7) входят контроль­но-измери-тельные приборы:

мановакуумметр 6  для измерения давления всасывания в компресс- сор ;

манометр 7 – давления нагнетания компрессора ;

термометр 8 – температуры переохлаждения конденсата ;

термометр 9 – температуры кипения фреона ;

термометр 10 – температуры перегрева фреона ;

мерные бачки 11 и 12 со шкалами – расхода проточной воды соответственно через испаритель и конденсатор;

термометры 13 и 14 – температуры воды на входе и выходе из испарителя;

термометры 15 и 16 – температуры воды на входе и на выходе из конденсатора;

вентиль 17 – для отсоединения системы от ресивера;

краны 18 и 19 – для регулирования расхода вода через испаритель;

краны 20 и 21 – для регулирования расхода воды через конденсатор.