23. При наличии мертвого пространства объем пара, засасываемого компрессором в единицу времени, уменьшается на количество пара, расширившегося из мертвого пространства (отрезок с1 на рис. 78, б).

Поэтому мертвое простран­ство называют также вредным. Объемные потери, вызванные об­ратным расширением пара, учитывают объемным коэффициентом

_c = V₁ / V_т,

где V₁ — объем пара, засасываемого компрессором при наличии мертвого про­странства, м³/с; V_т — теоретическая объемная подача компрессора или объем, описываемый поршнем, м³/с.

Объемный коэффициент можно также вычислить по формуле _с = 1 – с [(p_к / p₀)^1/n – 1].

Из этой формулы видно, что объемный коэффициент _с зави­сит от относительного мертвого пространства с, отношения дав­ления р_к/р₀ и показателя политропного расширения п. Поэтому нужно стремиться к уменьшению мертвого пространства и к снижению р_к / р₀.

Значение n для аммиачных компрессоров принимают равным 1,1, для фреоновых — 1,0. Показатель n меньше показателя адиа­батного расширения из-за теплообмена со стенками цилиндра, в результате которого линия 3—4 имеет более пологий характер, чем адиабата. Особенно возрастают объемные потери при влаж­ном ходе компрессора, так как попавшие в цилиндр частицы жид­кости испаряются в процессе обратного расширения, занимая не­которую часть объема цилиндра.

24. Снижение давления всасывания и повышение давления нагнетания происходят вслед­ствие того, что нужно преодолеть усилие пружин клапанов или силу инерции пластин всасывающего клапана. Уменьшение давле­ния всасывания приводит к уменьшению плотности всасываемого пара и соответственно его массы (отрезок С₂ до точки 1' — сжатие пара в цилиндре до давления кипения р₀, длина этого отрезка уве­личивается с уменьшением давления всасывания и зависит от кон­струкции клапанов и каналов в цилиндре (см. рис. 78, б).

Объемные потери, вызванные сопротивлением в клапанах, учитываются коэффициентом дросселирования _др, представляю­щим собой отношение:

_др = V₂ / V₁„

где V₂ — объемный расход пара, засасываемого компрессором при наличии мерт­вого пространства и сопротивления в клапанах, м³/с.

Объемные потери С₁ и С₂ учитывают индикаторным коэффи­циентом подачи i, равным произведению двух коэффициентов:

_i = _с _др = (V₁ / V_т) (V₂ / V₁) = V₂ / V_т. (5.1)

С учетом депрессии при всасывании р_вс и при нагнетании р_н индикаторный коэффициент подачи определяют по приближен­ной формуле

где р_вс = 5 кПа, р_н = 10 кПа.

25. В действительном про­цессе компрессора стенки цилиндра в процессе всасывания имеют более высокую температуру, чем всасываемый пар. Поэтому пар во время всасывания подогревается, и его удельный объем увели­чивается, а следовательно, уменьшается масса пара, поступаю­щего в единицу времени в цилиндр компрессора. Потери, выз­ванные теплообменом, учитывают коэффициентом подогрева _w, равным отношению удельного объема пара до процесса всасыва­ния к удельному объему пара в цилиндре после всасывания. Ко­эффициент подогрева нельзя определить по индикаторной диаг­рамме, так как он учитывает потери объема в результате измене­ния плотности пара. Такие потери называют «невидимыми» в отличие от «видимых» потерь, которые учитываются коэффици­ентом подачи i и определяются по индикаторной диаграмме. Ко­эффициент подогрева _w зависит от отношения давлений р_к/ р₀: чем оно больше, тем выше температура пара в конце сжатия, а следовательно, и более интенсивно происходит теплообмен. В прямоточных компрессорах _w больше, чем в непрямоточных, так как в последних всасывание и нагнетание происходят через об­щую плиту сверху и теплообмен больше. При работе влажным хо­дом (по сравнению с сухим) теплообмен между стенками цилинд­ра и паром более интенсивен. Примерное значение _w в аммиач­ных прямоточных компрессорах приведено на рис. 79.

26. При работе компрессора неизбежны утечки пара через неплотности в поршневых кольцах, сальниках и клапанах, которые учитываются коэффициентом плот­ности _пл. Этот коэффициент дает некоторый запас объемной пода­чи компрессора. При проектировании принимают _пл = 0,96...0,98. Коэффициенты _w и _пл учитывают «невидимые» потери компрес­сора. И. И. Левин предложил определять произведение

_w _пл =_w (5.2)

по эмпирическим формулам в зависимости от типа компрессора: для крупных горизонтальных и непрямоточных бескрейцкопфных _{w '} = Т₀(Т_к + 26);

для бескрейцкопфных прямоточных _{w '} = Т₀ / Т_к

где То и Т_к — абсолютные температуры кипения и конденсации.

27. Коэффициент подачи компрессора. Все объемные потери дей­ствительного компрессора учитываются коэффициентом подачи , т. е. отношением действительной объемной подачи компрессора V_д к теоретической объемной подаче V_т:

 = V_д / V_т= m_д / m_т,

где m_д, m_т — соответственно действительная и теоретическая массовая подача ком­прессора, кг/с.

Объемной подачей компрессора (м³/с) называют объем пара, вса­сываемого компрессором в единицу времени.

Массовой подачей компрессора (кг/с) называют массу пара с удельным объемом V₁ (м³/кг), соответствующую заполнению V_д или V_т.

Коэффициент подачи  определяется как произведение четы­рех коэффициентов:  = _с_др_w_gk. (5.3)

Подставив выражения (5.1) и (5.2) в (5.3), получим

 = _i_w.

Коэффициент подачи компрессоров можно приближенно оп­ределять по графикам: для поршневых и ротационных компрессо­ров (рис. 80, а), для винтовых компрессоров (рис. 80, 6) в зависи­мости от р_к/р_о = n.

28. Теоретический рабочий процесс компрессора показан на рис. 78, а в виде индикаторной диаграммы, которая представляет собой запись изменяющегося давления в цилиндре по ходу порш­ня в обе стороны. При движении поршня вправо пар всасывается в цилиндр компрессора по линии 4—1, при постоянном давлении Ро, при обратном движении поршня пар сжимается в процессе /— 2 от начального давления р₀ до конечного давления р_к,, а затем вы­талкивается по линии 2— 3 при постоянном давлении р_к. В теоре­тическом компрессоре отсутствует мертвое пространство, поэтому линия 3—4 совпадает с осью ординат, т. е. в мертвой точке давле­ние изменяется мгновенно от р_к до р_о. Кроме того, в нем прини­мается равным нулю гидравлическое сопротивление всасываю­щих и нагнетательных клапанов, т. е. линии 4—1 и 2—3 совпада­ют с линиями р_к, р₀ = const. В идеальном компрессоре нет трения в движущихся частях; отсутствуют клапаны, и, следовательно, по­тери давления в них; температура всасываемого пара равна темпе­ратуре

стенок цилиндра, значит, нет вредного теплообмена. Дав­ление всасывания постоянное и равно давлению кипения, а по­стоянное давление нагнетания равно давлению конденсации. Отсутствуют перетечки пара через неплотности.

29. Действительный рабочий процесс компрессора отличается от тео­ретического тем, что расширяется пар, оставшийся в мертвом про­странстве; существуют гидравлические сопротивления всасывающих и нагнетательных клапанов, теплообмен пара в процессе всасывания, неплотности, а также трение в трущихся частях компрессора. Все эти факторы уменьшают холодопроизводительность компрессора и уве­личивают затраты работы, а мертвое пространство и сопротивление клапанов изменяют его индикаторную диаграмму (рис. 78, б). При наличии мертвого пространства нагнетание сжатых паров заканчива­ется в точке 3, не лежащей на оси давлений.

В мертвом пространстве остаются сжатые пары, которые при обратном ходе поршня расширяются в процессе 3—4 до давления несколько меньшего, чем давление в испарителе р₀- Минималь­ное давление пара в точке Охарактеризует момент открытия вса­сывающего клапана, затем давление повышается и происходит всасывание пара 4—1. Когда всасывающий клапан закроется, на­чинается сжатие пара 1—2 до давления несколько большего, чем давление в конденсаторе. Максимальное давление в точке 2харак­теризует момент открытия нагнетательного клапана и начало на­гнетания 2—3.

30. Прямоточные компрессоры. Принцип действия бескрейцкопф-ного прямоточного компрессора показан на рис. 44.

Рис. 44. Принцип действия вертикального прямоточного компрессора:

/— нагнетательный клапан; 2— всасывающий клапан; 3 — цилиндр; 4—поршень

При движе­нии поршня вниз объем цилиндра увеличивается и давление пара, оставшегося в цилиндре, снижается. Когда давление в цилиндре станет несколько меньше давления в испарителе, открывается вса­сывающий клапан 2, и пар из всасывающего трубопровода начи­нает поступать в цилиндр компрессора. При перемещении порш­ня 4 вверх пар сжимается, всасывающий клапан закрывается, и когда давление пара в цилиндре 3 станет больше, чем давление в нагнетательном трубопроводе, открывается нагнетательный кла­пан 1 и пар выталкивается из цилиндра.

Компрессоры АВ-100, АУ-200, АУУ-400 составляют унифици­рованный ряд с ходом поршня 130 мм. Компрессор АУ-300 имеет ход поршня 150 мм. Компрессор АВ-100 — двухцилиндровый, вертикальный; АУ-200 — четырехцилиндровый, У-образный с уг­лом развала между цилиндрами 90°; АУУ-400 — восьмицилиндро­вый с углом между цилиндрами 75°. В марке компрессора буквы обозначают: А —аммиачный, В — вертикальный, V—V-образный, VV—W-образный; число после буквенного обозначения показыва­ет холодопроизводительность компрессора в тыс. ккал/ч при t₀ ⁼ = -15°С; t_к= +30 'С.

Независимо от марки все компрессоры имеют следующие ос­новные части: блок-картер, гильзы цилиндров, всасывающий и нагнетательный клапаны, поршень с поршневыми кольцами, кривошипно-шатунный механизм, уплотнение вала, смазочное уст­ройство.

Блок-картер. Он чугунный, литой, закрытого типа. В верх­ней его части имеется водяная охлаждающая рубашка, в передней и задней стенках выполнены отверстия для установки коленчатого вала и масляного насоса, закрытые крышками. Боковые люки с крышками служат для сборки нижних головок шатунов, установ­ки противовесов. Материал для изготовления блок-картера — чу­гун СЧ18, СЧ21 и СЧ24.

Гильзы цилиндров. Гильзы — чугунные литые. В верхней и нижней частях гильзы по наружной поверхности имеются две ка­навки для уплотнительных (рис. 46) резиновых колец. Верхнее уп-лотнительное кольцо отделяет всасывающую и нагнетательную по­лости, нижнее — всасывающую полость и картер. Для соединения полости цилиндра с полостью всасывания имеется четыре окна.

Клапаны. В прямоточных компрессорах применяют само­действующие пластинчатые кольцевые и полосовые клапаны. Нагнетательные клапаны — кольцевые пружинные. Всасывающие клапаны изготовляют как с пружинами, так и без них. В последнем случае клапан открывается и закрыва­ется под действием сил инерции.

Кроме кольцевых клапанов большое распространение получи­ли полосовые самопружинящие. В них вместо кольце­вых пластин применяют полосовые, посадка на седло которых происходит в результате упругой деформации пластины, стремя­щейся принять прямолинейную форму, и обратного давления пара. Седло и розетку клапанов выполняют из углеродистой стали марок Сталь 40 и Сталь 45 или чугуна СЧ24. Материал для изго­товления полосовых пластин — светлые холоднотянутые стали марки 70С2ХА или У10А.

31. Непрямоточные компрессоры. Принцип действия бескрейцкопфного непрямоточного компрессора показан на рис 53. В не прямо­точных компрессорах всасывающие 1 и нагнетательные 2 клапаны смонтированы отдельно на плите 3, которая служит верхней крышкой цилиндров. При движении поршня 5 вниз в цилиндре 4 понижает­ся давление, благодаря чему открыва­ется всасывающий клапан и начинает­ся процесс всасывания пара в цилиндр. При движении поршня 5 вверх пар сжимается и через нагнетательный кла­пан нагнетается из цилиндра.

Рис. 53. Принцип действия бескрейцкопфного непрямоточного компрессора:

/ — всасывающий клапан; 2— нагнетательный клапан; 3 — плита; 4— цилиндр: 5— поршень

32. Удельная массовая и объемная холодопроизводительность хлада­гента. Количество теплоты, отводимое в единицу времени искус­ственным охлаждением, называют холодопроизводителъностъю хо­лодильной машины Q_о (Вт).

Холодопроизводительность, отнесенную к единице массы хла­дагента, называют его удельной массовой холодопроизводительностью q₀ (кДж/кг). Удельную массовую холодопроизводитель­ность, отнесенную к единице объема хладагента, называют объем­ной холодопроизводительностью хладагента q_в (кДж/м³): q_v = q₀ / V,

где v— удельный объем сухого насыщенного или перегретого пара, м³ / кг.

33. Охлаждение дросселированием (эффект Джоуля—Томсона). Дросселированием называют снижение давления жидкости или газа при прохождении их через суженное отверстие (вентиль, кран). В этом процессе не совершается внешней работы, и энталь­пия остается постоянной. Внутренняя энергия газа расходуется на преодоление внутреннего трения при прохождении газа через су­женное отверстие. Изменение температуры реального газа при дросселировании называют эффектом Джоуля—Томсона. Этот эффект применяют в технике глубокого охлаждения. Температура при дросселировании понижается во много раз меньше, чем при адиабатическом расширении.

34. Термоэлектрическое охлаждение. Оно основано на явлении Пельтье (открыто в 1834 г.): при пропускании тока в цепи, состоя­щей из двух различных проводников, один из спаев нагревается, другой — охлаждается. Поглощенное или выделенное количество теплоты пропорционально силе тока I и времени t:

Q_п = ПIt

где П—коэффициент Пельтье, зависящий от физических свойств применяемых материалов и температуры спаев.

Рис. 3. Термоэлектрическое охлаждение:

а — полупроводниковый термоэлемент; 6 — термобатарея

Явление Пельтье получило практическое применение, когда ста­ли известны свойства полупроводников. Для охлаждения используют термоэлементы, состоящие из двух полупроводников /, 2, последо­вательно соединенных медными пластинками (спаями) 3 (рис. 3, а). Термоэлементы можно последовательно соединять в батареи (рис. 3, б). Если через термоэлемент пропустить постоянный ток, то на одном из спаев поглощается теплота Q₀ и он охлаждается до t_х. На другом спае выделяется теплота Q_г, и он нагревается до t_г.

Термоэлектрическое охлаждение — сравнительно новое на­правление в холодильной технике. Его преимущества — бесшум­ность, отсутствие веществ, находящихся под давлением, компакт­ность ; недостатки — повышенный расход электроэнергии и высо­кая стоимость. Исследования показали перспективность этого способа для очень малых холодильных установок. Расширение об­ласти его применения связано с повышением эффективности тер­моэлементов и снижением их стоимости.

35. Охлаждение при фазовых превращениях веществ. Агрегатное со­стояние вещества (твердое, жидкое, газообразное) зависит от вне­шних условий — температуры t и давления р. При определенном изменении этих условий форма связи между молекулами в теле меняется и оно переходит в другое агрегатное состояние. Переход однородного тела из одного агрегатного состояния в другое назы­вают фазовым превращением.

Фазовые превращения однородных тел происходят при посто­янной температуре, зависящей от внешнего давления. Для осуще­ствления фазового превращения необходимо подводить или отво­дить теплоту, называемую теплотой фазового перехода, которая расходуется на внутреннюю работу по перегруппировке молекул тела и вызывает скачкообразное изменение плотности тела без хи­мических изменений.Процессы изменения агрегатного состояния тела изображены на рис. I, а, на примере диаграммы равновесия фаз диоксида уг­лерода. В диаграмме линия АБ разделяет области твердого веще­ства и газа, линия АВ — области твердого вещества и жидкости, линия АГ— области жидкости и газа. В отдельных точках линий АБ, ЛВ, АГ тело может быть одновременно в двух фазах: твердой и газообразной, твердой и жидкой, жидкой и газообразной. В точ­ке А (тройная точка) вещество может быть в трех фазах: твердой, жидкой и газообразной. Такое состояние называют эвтектичес­ким. Параметры тройной точки зависят от физических свойств ве­щества. При t > t_кр (в точке Г— критической) остается только газо­образная фаза.

Для получения холода используют такие фазовые превраще­ния, которые протекают при низких температурах с поглощени­ем теплоты из охлаждаемой среды: плавление, кипение, субли­мация.

Плавление. Переход вещества из кристаллического состоя­ния в жидкое называют плавлением. При нагревании твердого кристаллического тела его температура плавно возрастает до опре­деленного значения, при котором тело начинает переходить из твердого состояния в жидкое, плавиться.

Соответствующую температуру называют температурой плавле­ния t_пл. Теплота, затрачиваемая на плавление 1 кг твердого веще­ства, называется удельной скрытой теплотой плавления q_пл. В хо­лодильной технике широко используют плавление водного льда для охлаждения при t > 0°С. Для получения более низких темпе­ратур в лед или снег добавляют соль. Смеси приготовляют из ве­ществ, которые в процессе растворения поглощают теплоту. Соль и вода образуют двойную систему. Процессы изменения состояния различных компонентов этой смеси А и В показаны на рис. 1, б в координатах температура Т— концентрация п. При охлаждении раствора от точки а вначале его температура понижается при по­стоянной концентрации до точки Ъ, в которой начинают образо­вываться кристаллы компонента А, плавающие в жидкости В. При этом температура жидкости понижается по линии / до точ­ки К. В точке А" начинается и заканчивается кристаллизация ком­понента В. Раствор состава а отличается от всех других тем, что он замерзает при постоянной температуре, наиболее низкой для дан­ных компонентов. Эта температура называется эвтектической, или криогидратной. Наиболее распространенные смеси для охлаж­дения: хлорид натрия со льдом (до —21,2 °С) и хлорид кальция со льдом (до —55 °С). С понижением температуры плавления компо­нентов раствора /_пл уменьшается и теплота плавления охлаждаю­щей смеси q_пл.

Рис. 1. Диаграмма равновесия фаз:

а — диоксида углерода; б — двойной системы компонентов А и В

В практике для охлаждения применяют лед из эвтектических растворов, низшая температура плавления t_пл которого определя­ется эвтектической точкой. Так, например, водные растворы тиосульфита натрия (Na₂S₂Оз) и нитраты натрия (NaNO₃) имеют тем­пературу замерзания t₃ соответственно —11 и —18,5 ^оС.

Низкие температуры можно получить при смешении льда с разведенными кислотами. Например, смесь из равных количеств 66%-ной серной кислоты (Н₂SO₄) и снега или измельченного льда имеет (₃ —37 °С. С уменьшением количества кислоты температура замерзания t₃ раствора повышается.

Кипение. Процесс испарения насыщенной жидкости при подводе к ней теплоты с образованием пузырьков пара называют кипением. Соответствующую этому процессу температуру называ­ют точкой или температурой кипения t₀. Температура кипения за­висит от внешнего давления — давления кипения р₀. Чем больше давление кипения, тем выше и температура кипения. Количество теплоты, подведенное к 1 кг насыщенной жидкости для превра­щения в сухой насыщенный пар при постоянных t₀ и р_о, называют скрытой те/нотой кипения или парообразования q_п. Для охлажде­ния применяют жидкости, имеющие при атмосферном давлении р_ат низкую температуру кипения t₀ и большую теплоту парообра­зования q_п;t₀ и q_п зависят от р₀: с увеличением его t₀ повышается, q_п уменьшается. Процесс кипения жидкости широко применяют в циклах паровых холодильных машин, т. е. при искусственном ох­лаждении.

Сублимация. Процесс, когда тело переходит из твердого со­стояния в парообразное, минуя промежуточное жидкое, называют сублимацией или возгонкой. Для охлаждения применяют субли­мирующий твердый диоксид углерода или «сухой» лед. Температу­ра сублимации «сухого» льда при р_ЗТ равна —78,9 °С, теплота суб­лимации 574 кДж/кг; уменьшая давление до вакуума, можно по­низить температуру сублимации «сухого» льда до —100 ^оС.