6.3. Термодинамические циклы холодильных машин

Для проведения детальных расчетов холодильных установок обычно используют lg P-i-энтальпи йную-диаграмму холодильного агента (рис. 6.2).

Рис. 6.2. lg P-i-энтальпийная-диаграмма холодильного агента

Сетка энтальпийной диаграммы образована изоэнтальпами i = const и изобарами P = const, на оси абсцисс отложены значения энтальпии, на оси ординат – давления. Для шкалы давлений P применяют логарифмический масштаб, поэтому энтальпийная диаграмма часто обозначается lg P-i.

На диаграмме нанесены пограничные кривые АК (х = 0) и KB (х = 1), которые вместе с критической изотермой t_кр = const делят поле диаграммы на три области: некипящей жидкости, влажного и перегретого пара.

Изотермы t = const в области влажного пара совпадают с изобарами, в области перегретого пара они круто опускаются вниз, а в области жидкости совпадают с линиями постоянных энтальпий. Изоэнтропы s = const – восходящие кривые. На диаграмме приведены также изохоры v = const и линии постоянной степени сухости пара х = const.

6.4. Построение цикла одноступенчатой холодильной установки на lg p-I-диаграмме

Для теоретического расчета цикла одноступенчатой холодильной установки необходимо знать режим ее работы, который характеризуется следующими температурами: кипения холодильного агента в испарителе (температура испарения хладагента) t₀, ºС, охлаждающей воды t_вк, ºС, конденсации t_кон, ºС, переохлаждения жидкости t_п, ºС, и перегрева пара при всасывании t_пп, ºС, (для фреоновых холодильных машин, в которых пар холодильного агента перед поступлением в компрессор перегревают).

Последовательность построения цикла одноступенчатой холодильной установки на lg P-i-диаграмме:

1. Определяется расчетная холодопроизводительность установки в ТПГ Q_х^уст, Вт, по формуле

(6.1)

где J_Н – энтальпия наружного воздуха в ТПГ, кДж/кг; J_К – энтальпия воздуха, выходящего из оросительной камеры, кДж/кг.

2. Средняя температура воды в испарителе ,°С, определяется по формуле

(6.2)

где и − температуры, принимаются из расчета форсуночной камеры, ºС.

3. Температура испарения хладагента t₀ принимается на 5 °С ниже .

4. Температура охлаждаемой воды t_вк принимается на 3 °С выше температуры по мокрому термометру t_мн (раздел 5.2.2).

5. Температура конденсации t_кон принимается на 8…10 °С выше t_мн.

6. Температура переохлаждения жидкости t_п на 3…4 °С выше t_мн.

7. Температура перегрева пара при всасывании t_пп на 8…15°C выше t_о (раздел 5.2.2).

8. Характеристики хладагента на линии насыщения определяется по табл. 6.1…6.3.

После определения необходимых температур можно построить цикл холодильной машины на lg P-i-диаграмме в следующем порядке (рис. 6.3, а).

Строится изотерма кипения холодильного агента t₀=const. На пересечении изотермы t₀ и правой пограничной кривой находят точку 1. Из точки 1 строится адиабата s = const, характеризующая процесс сжатия паров в компрессоре. Далее строят изотерму конденсации t_кон, точки пересечения последней с правой и левой пограничными кривыми обозначают 2' и 3' соответственно. Поскольку в области влажного пара изотермы совпадают с изобарами, то 2'-3' представляют собой изобару конденсации, продолжив которую в области перегретого пара до пересечения с адиабатой сжатия паров холодильного агента s₁=const, находят точку 2, характеризующую параметры паров холодильного агента при выходе из компрессора.

Положение точки 3 определяется давлением конденсации Р_к и температурой переохлаждения жидкости перед регулирующим вентилем t_п. Проводится изобара конденсации Р_к=const влево от точки 3'; на пересечении изотермы t_п=const и изобары Р_к=const находят точку 3. Из точки 3 проводят линию постоянной энтальпии i₃=const до пересечения с изотермой кипения холодильного агента t₀. Полученная точка 4 характеризует параметры холодильного агента после дросселирования в регулирующем вентиле.

При использовании фреона в качестве охлаждающей жидкости цикла учитывается температура перегрева паров при всасывании t_пп. Построение цикла на lg P-i-диаграмме аналогично указанному выше. Различие заключается в следующем (рис. 6.3, б).

После построения изотермы испарения из точки 1 строится изобара в области перегретого пара. Затем строится изотерма перегрева паров при всасывании t_пп. Точка пересечения указанных линий обозначается 1". Из указанной точки проводится адиабата s₁=const до пересечения с изобарой конденсации. Полученная точка 2" представляет собой состояние паров холодильного агента после сжатия их в компрессоре.

Подбор холодильной машины производят по стандартной холодопроизводительности. Для этого на lg P-i-диаграмме проводится построение рабочего и стандартного циклов. Стандартный цикл строится в зависимости от того, какой холодильный агент применяется в холодильной установке. Для подбора фреоновых холодильных агрегатов, стандартный цикл строится исходя из значений температур t₀, t_кон ,t_п и t_пп.

Рис. 6.3. Построение цикла холодильной установки на lg P-i-диаграмме:

а – построение цикла при использовании воды в качестве охлаждающей

жидкости; б – построение цикла при использовании фреона в качестве

охлаждающей жидкости; 1-2 – адиабатическое сжатие паров в компрессоре; 2-2' – охлаждение паров в конденсаторе при Р_к = const; 2'-3' – конденсация паров при t_кон = const и Р_к = const; 3'-3 – переохлаждение хладагента до t_п; 3-4 – дросселирование при i = const; 4-1 – кипение хладагента

в испарителе при t₀=const и Р₀=const