Насосы, компрессоры, холодильные установки

Взависимости от химических свойств сжимаемого газа рабочей жидкостью могут служить не только вода, но также масло, ртуть, кислоты и др. Например, для перекачивания газообразного хлора рабочей жидкостью служит серная кислота.

Втабл. 3 приведена характеристика получивших наибольшее распространение ротационных жидкостных компрессорных машин (вакуум-насосов).

Описание лабораторной установки и ее работы

Установка (рис. 5) состоит из водокольцевого вакуумнасоса 1, электродвигателя 2, всасывающего трубопровода 3, диафрагмы 4, дифманометра 5, вентиля 6 на всасывающем трубопроводе, вакуумметра 7 и водоотделителя 8. Подача воды в корпус вакуум-насоса осуществляется из водопровода и регулируется краном (вентилем) 9. Для определения температуры всасываемого воздуха используется термометр 10. Барометрическое давление определяется по барометру 11. Для определения мощности, потребляемой насосом, используется ваттметр 12.

Приступить к выполнению лабораторной работы можно только после детального ознакомления с установкой. Перед пуском установки необходимо произвести внешний осмотр установки, обратив особое внимание на наличие ограждений вращающихся частей, убедиться в исправности проводов и надежности заземления, убрать посторонние предметы, мешающие работе.

21

Изменив величину вакуума на 0,1 кг/см2, повторить замеры показаний приборов. Последний режим соответствует вакууму

0,8 кг/см2.

Барометрическое давление В и температура всасываемого воздуха измеряются один раз.

После окончания испытаний произвести остановку вакуумнасоса в следующем порядке:

1)закрыть вентиль подвода воды;

2)остановить электродвигатель.

Все измеренные величины занести в табл. 4.

Таблица 4

Результаты опытов

Барометрическое давление В = ___________ мм рт. ст. Температура всасываемого воздуха T = __________ ºС. Цена одного деления ваттметра – 20 Вт.

Порядок расчета

1. Рассчитывается давление воздуха во всасывающем трубопроводе вакуум-насоса, Па:

где Pвс – разрежение во всасывающем патрубке, кг/см2; B – ба-

рометрическое давление, мм рт. ст.

2. Определяется давление газа в нагнетательном патрубке насоса, Па:

23

где Рм – показания манометра на нагнетательном патрубке, мм вод. ст.

Величина Рм составляет при полностью открытом нагнета-

тельном патрубке несколько миллиметров, поэтому ею можно пренебречь. Тогда конечное давление определится как

Р2 В 104 9,8.

735,6

3. Рассчитывается вакуум S в процентах от барометрического давления:

S 735,6 Рвс 100 %.

В

4. Определяется подача вакуум-насоса Qд , м3/с, по показанию дифманометра диафрагмы:

где H – перепад давления в диафрагме, м; ρв – плотность жидкости в дифманометре, кг/м3; ρ – плотность воздуха, проходящего через диафрагму, кг/м3,

ρ 22,429 273273T ,

здесь T – температура всасываемого воздуха, ºС.

5. Рассчитывается изотермическая мощность вакуумнасоса, кВт:

Nиз Р1 Qд ln Р2 .

1000 Р1

24

6. Рассчитывается мощность, потребляемая электродвигателем:

Nдв Nа Nb Nс 20 /1000,

где Nа , Nb , Nс – показания ваттметра по фазам. 7. Определяется изотермический КПД:

N

ηиз Nдв изηдв ,

где ηдв – КПД электродвигателя, ηдв = 0,95

Рассчитанные величины необходимо занести в табл. 5 и использовать для построения характеристик:

Qд f S ; Nдв f S ; ηиз = f(S).

Графики выполнить простим карандашом на миллиметровой бумаге или бумаге в клетку. Шкалы по всем осям равномерные, начиная от нуля.

Таблица 5

Расчетные результаты

8. Проанализировать результаты экспериментов и сделать выводы.

25

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3 «ИСПЫТАНИЯ ПАРОКОМПРЕССИОННОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ»

Цели:

–познакомиться с устройством и работой парокомпрессионной холодильной установки (машины);

–работа с диаграммой состояния фреона и теоретический расчет по диаграмме параметров холодильной установки;

–экспериментально определить параметры холодильной установки.

Краткие теоретические сведения

Многие процессы современной промышленности могут быть осуществлены только прииспользовании низких температур.

Такими процессами являются, например, сжижение паров и газов, разделение сложных газовых смесей, некоторые процессы абсорбции и экстракции, кристаллизации и сушки.

Охлаждение до температур более низких, чем температура окружающей среды, связано с переносом тепла с низшего температурного уровня на высший. Этот процесс может быть осуществлен лишь при соответствующей затрате работы.

В холодильной технике большое практическое значение имеют испарительное охлаждение, а также охлаждение при расширении предварительно сжатых газов: адиабатическое в детандере и изоэнтальпическое при пропускании хладагента через дросселирующее устройство (шайбу, вентиль).

Явление изменения температуры реального газа при его дросселировании и отсутствии теплообмена с окружающей средой получило название эффекта Джоуля–Томсона.

Охлаждение газа при его расширении в детандере происходит за счет уменьшения внутренней энергии и с совершением внешней работы.

26

Для получения низких температур используют различные холодильные циклы, в которых хладагенты легко переводятся в сжиженное состояние при обычных температурах.

Наиболее совершенным (идеальным) является такой процесс охлаждения, который обеспечивает отвод максимального количества тепла при минимальной затрате работы. Этому условию, как известно из термодинамики, удовлетворяет рабочий процесс, протекающий по обратному циклу Карно.

В парокомпрессионной холодильной машине, работающей по идеальному циклу, хладагент изотермически испаряется в охлаждаемом аппарате (испарителе), поглощая количество тепла, равное его скрытой теплоте испарения. Образующиеся пары адиабатно сжимаются в компрессоре до требуемого давления, изотермически сжижаются в конденсаторе, после чего полученный жидкий хладагент адиабатно расширяется до первоначального давления в расширительной машине (детандере), производя работу.

Идеальная холодильная установка предполагает всасывание и сжатие компрессором влажного пара. В действительной одноступенчатой холодильной установке (рис. 6) расширение

Рис. 6. Принципиальная схема парокомпрессионной холодильной установки: I – компрессор; II – испаритель; III – дроссель; IV – конденсатор

27

жидкого хладагента осуществляется не в расширительной машине, а при дросселировании. Это обусловлено незначительной сжимаемостью капельной жидкости.

Замена расширительной машины дросселем приводит к уменьшению холодопроизводительности Q0 из-за бесполезного

парообразования.

Холодопроизводительность холодильной установки учитывает холод, необходимый для технологических целей, а также потери холода (например, теплоприток через трубопроводы и изоляцию испарителя).

Потери холода могут составлять до 20 % от полезной холодопроизводительности.

Величина теоретической мощности, которая необходима для осуществления холодильного цикла, вычисляется по формуле

N Q Q0 ,

где Q – количество тепла, расходуемое при конденсации паров хладагента.

Отношение холодопроизводительности к теоретической мощности называется холодильным коэффициентом ε, который характеризует термодинамическое совершенство цикла и показывает количество произведенного холода, приходящееся на единицу затраченной мощности:

Парокомпрессионные холодильные установки могут работать с «сухим ходом» и «влажным ходом» компрессора.

В большинстве случаев используются холодильные машины с «сухим ходом» компрессора и перегревом сжатого пара. В этом случае отсутствуют гидроудары, уменьшаются потери холода, повышается коэффициент подачи компрессора, увеличивается холодопроизводительность. Однако при «сухом ходе» компрессора холодильный коэффициент ниже, чем для влажного цикла, увеличивается работа сжатия.

28

В цикле с «сухим ходом» (рис. 7) компрессор всасывает сухой пар и сжимает его по адиабате 2–3 до рабочего давления Р2.

Далее следуют охлаждение перегретых паров до насыщенного состояния по изобаре 3–4, конденсация паров по изотерме 4–5, дросселирование по изоэнтальпе 5–6 ииспарениепо изотерме6–1.

Переохлаждение жидкости исключает парообразование в жидкостном трубопроводе и увеличивает холодопроизводительность.

Переохлаждение возможно в нижней части конденсатора либо в специальном переохладителе.

Температуру переохлаждения хладагента обычно принимают на 2–3 градуса выше температуры воды (воздуха).

Перегрев пара при работе с «сухим ходом» (линия 1–2) частично осуществляется в конце испарителя, частично – во всасывающем трубопроводе.

Рис. 7. Цикл действительной холодильной машины с «сухим ходом» компрессора в координатах P–h (давление – энтальпия)

Общий перегрев, обеспечивающий работу с «сухим ходом», должен быть не менее 10 градусов. Однако перегрев пара уменьшает производительность компрессора, увеличивает температуру в конце сжатия.

29

Описание установки и ее работы

Лабораторная установка (рис. 8) состоит из фреоновой холодильной машины и термостата.

Рис. 8. Принципиальная схема лабораторной установки: 1 – компрессор; 2 – вентилятор; 3 – дроссель; 4 – конденсатор;

5 – испаритель; 6 – ротаметр; 7 – вентиль; 8 – термостат; 9 – насос

Холодильная машина включает в себя поршневой герметичный компрессор 1, конденсатор (аппарат воздушного охлаждения) 4, испаритель 5 и дросселирующее устройство 3.

Термостат служит для нагревания воды, подаваемой в испаритель (холодильную камеру), до необходимой температуры.

Охлаждение и конденсация фреона осуществляются воздухом, нагнетаемым осевым вентилятором 2.

Горячая вода подается из термостата в холодильную камеру центробежным насосом 9. Расход воды контролируется ротаметром 6 и регулируется вентилем 7. Для измерения температуры воды используются термометры.

Установка работает следующим образом.

Поршневой компрессор засасывает из испарителя пары фреона R12 исжимает их, повышая давление от0,1 до 0,75 МПа.

30