76
Тема 5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ХОЛОДИЛЬНЫХ УСТАНОВОК
Холодильные установки предназначены для получения «холода», т.е. для охлаждения тел до температуры ниже температуры окружающей среды. Холодильные установки бывают:
−компрессионные (парожидкостные, газожидкостные, газовые), Уиспользующие механическую (электрическую) энергию для повышенияТдавления рабочего тела (хладагента);
−абсорбционные, использующие тепловую энергию; Н
−струйные, использующие кинетическую энергиюБструи пара или газа.Принципиальная схема аммиачной компрессионнойй холодильной установ-
ки изображена на рисунок 5.1. Из |
дкости |
|
|||
|
теля IV пары хладагента (например, |
||||
|
|
спар |
|
) направляются в компрессор I, |
|
пары аммиака NH3 – легко кипящей ж |
|
||||
альном случае считаем, ч опроцесссжатия в компрессоре 1-2', реальный про- |
|||||
где за счет затраты энергии (механической) от двигателя V, потребляющего |
|||||
|
|
потерь |
|
|
|
электрическую энергию, ни сжимаются от давления р0 до давления рк. В иде- |
|||||
|
и |
|
|
|
|
из |
в компрессоре 1-2. Сжатые до давления рк |
||||
цесс с учетом внутренн х |
|||||
о |
|
|
|
|
|
пары аммиака при температуре перегрева t2 направляются в конденсатор II, ох- |
|||||
лаждаемый в д й |
|
системы оборотного водоснабжения. При этом считаем, |
|||
что процесс хлаждения и конденсации паров происходит при постоянном давлеении ( роцесс 2-3). Жидкий хладагент с давлением в точке 3 направляется в Рдросс льный вентиль III, где давление падает от давления в конденсаторе до давл ния в испарителе. Процесс дросселирования (3-4) – изоэнтальпийный, т.е. i3 =i4 . В точке 4 получается смесь жидкого хладагента и его паров. Эта смесь
направляется в испаритель, где жидкий хладагент испаряется при постоянном давлении р0, а значит и температуре t 0, отбирая теплоту из окружающей среды (процесс 4-1). Непосредственное охлаждение хладагентом (аммиаком), особен-
77
|
|
|
|
|
охлаждающая |
|
|
|
|
|
|
|
|
Т |
|
|
|
|
|
|
Рк |
|
||||
|
|
|
|
|
|
вода |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
II |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
I |
|
t2 |
|
|
|
|
2' |
2 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
III |
|
|
|
|
|
|
IV |
|
|
V |
|
tк |
|
3 |
|
|
|
Ро |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
УS |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
VI |
|
|
|
t0 |
|
|
4 |
|
|
1 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
VII |
|
|
|
|
|
|
i=const |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
Рисунок 5.1 - Принципиальная схема и цикл в T,s –диаграмме |
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
простейшей компрессионной холодильной установки |
|
|
||||||||||||||||
но пищевых продуктов, медикаментов, используется редкоН. Чаще в испарителе |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
й |
|
|
|
|
|
||
охлаждается за счет испарения аммиака так называемый рассол (раствор NaCl |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
||
или CaCl2), которые затем насосом VI направляются в рассольные батареи, на- |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ходящиеся в охлаждаемом помещен |
VII. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
Расчет холодильной |
установки |
т ебует определения удельных энтальпий |
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
хладагента в характерных чках цикла, для этого используются фазовые диа- |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
граммы хладагента. На рисунке 5.1 изображен цикл 1-2-3-4-1 компрессионной |
||||||||||||||||||||||||||
холодильной установки на T,s- диаграмме хладагента (ХА): |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
з |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
го |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
или температуре t0; |
|||||||||||
− точка 1 – сухой насыщенный пар ХА при давлении р0 |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
− (1-2’) и (1-2) – процессы теоретического (адиабатного обратимого) и дейст- |
||||||||||||||||||||||||||
вительн |
|
|
р цессов сжатия ХА в компрессоре; |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
− |
(2-3) – роцесс в конденсаторе при рк = const; |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
Р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− |
точка 3 – конденсат (насыщенная жидкость) при давлении рк; |
|
|
|||||||||||||||||||||||
− |
(3-4) – процесс дросселирования (i3 =i4 ); |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
− (4-1) – процесс кипения ХА в испарителе при ро = const.
78
В процессах (1-2) - затрачивается работа на сжатие ХА, (2-3) - отводится теплота от ХА к охлаждающей воде, (4-1) – подводится теплота к ХА из окружающей среды, например, от рассола.
Расчет цикла компрессионной холодильной установки (КХУ) ведется на
1 кг ХА. |
|
|
|
|
|
|
|
|
У |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Удельная работа, затраченная в компрессоре на сжатие 1 кг ХА, кДж/кг, |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Н |
|
(5.1) |
|
|
|
|
l = i |
− i |
|
|
Т |
||||
|
|
|
|
2 |
|
1 |
|
|
|
||
|
Удельная холодопроизводительность КХУ, кДж/кг, |
|
|
||||||||
|
|
|
qo |
= i1 − i4 |
Б |
|
|
(5.2) |
|||
|
|
|
|
|
|
й |
|
|
|
|
|
|
Удельная тепловая нагрузка конденсатора, кДж/кг, |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
qк |
и |
|
|
|
|
(5.3) |
||
|
|
|
= i2 − i3 |
|
|
|
|
||||
|
|
|
р |
|
|
|
|
|
|
||
|
Уравнение энергетического баланса ассмотренной КХУ |
|
|
||||||||
|
|
о |
+ l = qк |
|
|
|
|
(5.4) |
|||
|
|
т |
qo |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
холодильный ко- |
|||
|
Для оценки эффек ивнос и работы КХУ используется |
||||||||||
эффициент |
з |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и |
ε = |
qo |
|
|
|
|
|
(5.5) |
|
|
п |
l |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
е |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5.2 Методыповышения эффективности компрессионной холодильной |
||||||||||
установки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Основными методами повышения эффективности КХУ являются: переохлаждение конденсата ХА; сухой ход компрессора; многоступенчатое сжатие. Перечисленные выше методы повышения эффективности КХУ рассмотрены в
[7].