Часть II. Построение цикла одноступенчатой холодильной машины. Сравнение термодинамической эффективности циклов непосредственного и косвенного охлаждения

а) Произвести выбор расчетного рабочего режима. Расчетный режим холодильной установки характеризуется температурами кипения t₀, конденсации t_к, всасывания (пара на входе в компрессор) t_вс и переохлаждения жидкого хладагента перед дроссельным устройством t_п. Значения этих параметров выбирают в зависимости от назначения холодильной установки и расчетных наружных условий.

- температуру кипения хладагента t₀ в установках с непосредственным охлаждением принимают в зависимости от расчетной температуры воз­духа в камере t_пм. Для морозильного ларя принять t_пм = -24⁰С, для холодильного шкафа t_пм = 0⁰С. Оптимальная разность температур при охлаждении воздуха составляет 8-10 ⁰С для батарей, 6-8 ⁰С для воздухоохладителей, т.е.

- искусственная конвекция

- естественная конвекция

Чем ниже температура воздуха в камере, тем меньшим принимают перепад между температурой воздуха и кипения.

В холодильных установках с рассольным охлаждением камер темпе­ратуру кипения хладагента принимают на 5 ÷ 6 °С ниже средней темпера­туры рассола в приборах охлаждения, которую в свою очередь принимают на 8 ÷ 10 °С ниже температуры воздуха в камере:

- Температура конденсации определяется температурой и количеством подаваемой воды или воздуха. Для хладоновых холодильных ма­шин с воздушным ох­лаждением конденсатора темпера­туру конденсации принимают на 10 ÷ 20 °С выше средней температуры наружного воздуха (меньшие значения берутся для конденсаторов с искусственной циркуляцией воздуха, большие – с естественной), нагрев которого в конденсаторе составляет 6 ÷ 8 °С.

- Для исключения влажного хода компрессора пар перед ним перегревается. Перегрев производится частично в испарителе, во всасывающем трубопроводе, в регенеративном теплообменнике и при контакте с электродвигателем. Для хладоновых машин с регенеративным теплообменником перегрев пара на всасывании в компрессор 30 °С.

При отсутствии регенеративного теплообменника величина перегрева, обеспечивающая необходимую безопасность работы, составляет 5 ÷ 15 °С.

- Температуру жидкого хладагента перед дроссельным устройством t_п принимают: для хладоновых машин без регенеративного теплообменника - равной темпе­ратуре насыщенной жидкости при расчетном давлении конденсации; для хладоновых холодильных машин с регенеративным теплообменником - по удельной энтальпии жидкости, которую, в свою очередь, находят из теплового баланса теплообменника, согласно которому количество тепла отобранное от переохлаждаемой жидкости, равно количеству тепла переданное пару перед всасыванием в компрессор, т.е.

(2.18)

Выражаем отсюда i₃ и находим пересечение данной линии с линией насыщенной жидкости. Соответствующая пересечению температура и будет t_п.

б) Построить циклы одноступенчатой холодильной машины (непосредственного и косвенного охлаждения), используя T-S диаграмму для хладагента R-134a. Построение производится в следующей последовательности:

- на диаграмму наносятся изотермы, определяющие режим работы установки: t_0, t_к, t_вс, t_п.

- по температурам t₀ и t_к находятся соответствующие изобары p₀ и p_к в области перегретого пара.

- определяются опорные точки: 1' - на пересечении изотермы t₀ с линией сухого насыщенного пара; 2' - на пересечении изотермы t_к с линией сухого насыщенного пара; 3' - на пересечении изотермы t_к с линией насыщенной жидкости; 3 - на пересечении изотермы t_п с линией насыщенной жидкости.

- на пересечении линий t_вс и p₀ в области перегретого пара находится точка 1, определяющая состояние пара, всасываемого компрессором.

- через точку 1 проводится адиабата до пересечения с изобарой p_к в точке 2, определяющей состояние пара в конце сжатия.

- через точку 3 проводится линия постоянной энтальпии, пересекающая изобару p₀ в точке 4 в области влажного пара. Эта точка характеризует состояние хладагента после дросселирования.

в) Рассчитать основные параметры циклов. Произвести сравнение их термодинамической эффективности.

- удельная холодопроизводительность

(2.19)

- удельная теплота, отводимая от рабочего вещества в конденсаторе

– с учетом переохлаждения

– без учета переохлаждения

- удельная работа на сжатие

(2.20)

- холодильный коэффициент цикла без учета потерь на сжатие

(2.21)

г) Построить цикл холодильной машины непосредственного охлаждения без регенеративного теплообмена. Оценить основные его параметры. Сделать выводы.

д) Оформить отчет.