Лекция №7
Принципиальные схемы и диаграммы одноступенчатых парокомпрессионных холодильных машин.
Основным преимуществом ПКХМ по сравнению с другими, есть возможность приблизится к процессам, осуществляемым в цикле Карно. Это становится возможным, если в качества холодильного агента применить легкокипящие жидкости; тогда подвод и отвод теплоты будут происходить при фазовых превращениях холодильного агента (кипение, конденсация), протекающих при постоянной температуре и постоянном давлении.
В испарителе И хладагент кипит при t0об и Р0' за счет теплоты охлаждаемо объекта 4'-1'. Влажный пар хладагента непрерывно отсасывается из испарителя компрессором КМ, адиабатно сжимается в нём 1'-2' до давления конденсации Рк' tω и подается в конденсатор КН где происходит его конденсация при неизменном давлении и температуре 2'-3'. Отвод теплоты конденсации осуществляется охлаждающей забортной водой ЗВ. Жидкий хладагент возвращается в испаритель через расширительный цилиндр-детандр РЦ, в котором происходит адиабатное понижение давления и температуры хладагента 3'-4' до исходных значений Р0' и tоб.
Схема парокомпрессионной холодильной машины осуществляющей обратный цикл Карно
Р
ис.13
Принципиальная схема одноступенчатой
парокомпрессионной холодильной машины
с расширительным цилиндром (а);
Цикл Карно
в T-S
диаграмме (б);
и lgp-i диаграмме
(в)
Непрерывными линиями показан необратимый теоретический обратный цикл Карно. Учитывает внешнюю необратимость обусловленную конечною разностью температур при естественном теплообмене: конденсирующийся хладагент – охлаждающая забортная вода Δtk= tk-tω; охлаждаемый объект – кипящий хладагент в реальном испарителе Δt0=tоб-t0. Оба теоретических цикла расположены в области влажного пара т.к. 4-1, 4'-1', 2'-3', 2-3 должны быть изобарными.
Удельная массовая холодопроизводительность хладогента
в обратимом q′0=i′1-i′4 (в S-T) q′0~S4′-1′-a′-b′-4′
в необратимом й0=ш1-ш4 й0ЁЫ4-1-ф-и-4
Удельная работа на адиабатное сжатие в компрессоре
в обратимом l′км=i′2-i′1 ~ S1′-2′-3′-c′-1′
в необратимом lкм=i2-i1 ~ S1-2-3-c-1
Удельная работа при адиабатном расширении в РЦ передаваемая на вал компрессора
в обратимом l'рц=i′3-i′4 ~ S3′-4′-c′-3′
в необратимом lрц=i3-i4 ~ S4-3-c-3
Удельная работа, затрачиваемая на осуществление цикла
обратимого l′=l′км-l′рц ~ S1′-2′-3′-4′-1′
необратимого l =lкм-lрц ~ S1-2-3-4-1
Холодильный коэффициент циклов Карно
обратимого
необратимого
Т0- t кипения хладогента в реальном испарителе [К]
Тк- t конденсации хладогента в реальном конденсаторе [К]
∆Т0= Тоб-То [К]
∆Тк= Тк-Тω [К]
Уменьшение разности температур ∆То и ∆Тк позволяет снизить потери (на внешней необратимости) увеличивая S теплообменной поверхности испарителя и конденсатора. Из экономических соображений ∆То=∆to=8-120C непосредственная система охлаждения; ∆То=∆to=12-150С при системе охлаждения с помощью хладоносителей и ∆Тк=∆tк=5-80С.
Обратимый и необратимый цикл Карно невозможно реализовать в холод. машине, так как нельзя сделать идеальными теплообменные аппараты, компрессор и особенно расширительный цилиндр.
Применять расширительный цилиндр нецелесообразно:
трудность изготовления (р повышается в 35-50 раз)
в реальном обратимом процессе расширения полезная работа из-за ряда потерь близка к 0, а процесс расширения – близким к процессу дросселирования. В связи с этим от расширительного цилиндра отказались, заменив его – регулирующим клапаном.