А. В. Бараненко. Холодильные машины

го пара p~, зависящего от температуры, относительная влаж-

ность 'Р будет уменьшаться. . ,

Отметим одно важное свойство влажного воздуха. Как следУ­ ет из формулы (4.16), с увеличением давления влажного возду­

ха Рв•в при одном И том же парциальном давлении пара Рп его

влагосодержание уменьшается. Вследствие этого при охлажде­

нии сжатого компрессором воздуха до температуры, близкой

к температуре при входе в компрессор, в холодильнике также

может выпадать конденсат, если в процессе охлаждения дости­

гается относительная влажность 'Р = 1.

Выпадение влаги в холодильнике. Рассмотрим холодильник ВХМ, работающей по разомкнутому циклу (рис. 4.7). Компрес­ сор А всасывает из атмосферы влажный воздух с температурой tl' при давлении Р1 и относительной влажности 'Р1' Парциаль­

ное давление пара в атмосферном воздухе определяется в соот­

ветствии с формулой (4.17):

сор и при входе в холодильник.

Температуру влажного воздуха tз при выходе из холодиль­ ника определяют расчетом, либо принимают на Мх = 5+10 ос

выше средней температуры промежуточного теплоносителя,

Давление roрможения при выходе из холодильника определяет-

ве, необходимо знать влагосодержание dЗ насыщенного воз­

в холодильнике не будет. При d1 > dз влага будет выпадать

в количестве

(4.22)

При этом уменьшится расход влажного воздуха Gв. вЗ!.. посту­

пающего в расположенные за холодильником элементы нХМ -

регенератор или детандер. Расход влажного воздуха

Gв•вз :: GB• B1 - Gw'

Например, в компрессоре ВХМ с Х:Хl = 3 и GB• В = 4 кг/с при

условиях всасывания Р1 = 760 мм рт. СТ., t 1 = 20 ос и 'Р1 = 0,8

в холодильнике, воздух при выходе из которого имеет темпера­

туру tз = 25 ос, будет выпадать конденсат в виде воды в количе­

стве G = 0,015 кг/с (или 54 кг/ч). При этом расход влажного

воздуха GJ:. вЗ уменьшится до 3,985 кг/с, или приблизительно

на 0,4%. U>Oтветственно уменьшатся мощность детандера, хо­

лодопроизводительностьи холодильный коэффициент ВХМ.

Выпадение влаги в регенераторах и условия их самоочистки. Причина влаговыпадения в регенераторах та же, что и в про­

межуточном холодильнике, однако из-за низких температур боль­

шей части насадки влага оседает на ее поверхности в виде инея и не может быть удалена иначе, как 40братным. потоком возду­ ха после переключения регенераторов. Именно по этой причине

в низкотемпературных ВХМ, работа-

схемы, двумя клапанными коробкамИЖ1 и Ж2 (рис. 4.8). Через

регенератор Е1 идет • прямой • (теплый) поток, который охлаж­ дается от состояния 3 до состояния 4, отдавая свою теплоту на­ садке регенератора, а в это время через регенератор Е2 идет .об­

ратный. (холодный) поток, который нагревается от состояния 6

до состояния 1, отбирая теплоту от насадки регенератора и ох­

лаждая ее. Давление р; при входе в компрессор и давление при

выходе из регенератора .обратного. потока воздуха одинаковы.

Давление при входе .прямого.потока в регенератор меньше

давления нагнетания компрессора р; на значение гидравличес­

ких потерь в холодильнике, которое оценивается коэффициен­

том сохранения давления торможения )',1 = 0,95+0,98:

(4.23)

Давление при выходе .прямого. потока из регенератора

(4.24)

где )',2 - коэффициент сохранения давления торможения в ре­

генераторе, )',2 = 0,95+0,98. ,

Давление .обратного. потока при входе в регенератор

При работе ВХМ в холодильной камере могут возникать утеч­

ки холодного воздуха, вследствие которых массовый расход влаж­ ного воздуха в .прямом. потоке через регенератор будет боль­

ше, чем в .обратном. потоке: GB• в4 > GB • в6' Учтем это коэффи­

циентом утечек

c B4

и

Gc•B6 '=Gc•B60yт,(4.28)

где Gc• в - массовый расход сухого воздуха через компрессор,

Gc• в = Gc• в4'

Нормальная, не ограниченная временем работа ВХМ возмож­

на только тогда, когда вся влага,' оставленная в регенераторе

.прямым. потоком, будет вынесена .обратным. и к моменту

нового переключения на .прямой. поток он будет полностью осушен. Теоретически, если считать процессы сублимации и ис­ парения влаги обратимыми и происходящими MГHOBeH~O, усло- _ вия самоочистки регенераторов должны быть обеспечены авто­

матически, особенно, если учесть, что наибольшее влагосодер­

жание .обратного. потока. соответствующее насыщенному со­ стоянию, всегда больше, чем .ПРЯМОГО.,из-за более низкого дав­ ления. Однако, в действительности имеют место и необратимос­ ти, и задержка во времени, а в жидкой фазе - перераспределе­ ние жидкости в насадке из-за ее стекания под действием сил тяжести. Вследствие этого влажный воздух, выходящий из реге­

нератора с .обратным. потоком, как правило, далек от насыще­

ния. Кроме того, как уже отмечалось, из-за утечек в холодиль­ ной камере расход воздуха в .обратном. потоке может быть мень­ ше, чем в .прямом•. Поэтому, для того чтобы об~печить пол­ ное осушение регенераторов, в реальной ВХМ неОбходимо под­ держивать вполне определенное отношение давлений в компрес­ соре. Его можно определить и<;ходя из следующих соображений.'

Количество воды в жидкой и твердой фазах, оставленной

в регенераторе Е1 .прямым. потоком (рис. 4.8),

(4.29)

.ОбратныЙ. поток выносит из регенератора Е2 водяной пар

в количестве

Условие самоочист*~ регенераторов имеет вид

Введем в него зависимости (4.29), (4.30) и получим

Раскрыв влагосодержания в точках 3, 4, 1, 6 по формуле (4.15)

с учетом зависимостей (4.23}-(4.25) для давлений влажного воз­

духа р;, р:, р; и заменив парциальные -давления водяного

пара произведениями Рпt = CPtP~t' вытекающими из определе­

ния относительной влажности (4.16), найдем уравнение для на­ хождения наименьшего допустимого отношения давлений тор­ можения в компрессоре ВХМ, работающей по циклу с избыточ­

ным давлениеМ:

(4.33)

Для ВХМ, работающей по вакуумному циклу, уравнение бу­

В этой формуле обозначения точек соответствуют схеме и ва­ куумному циклу, представленным на рис. 4.4. Точка 1 - вход «прямого. потока, 2 - выход «прямого. потока из регенератора Ер 4 - вход «обратного. потока, 5 ---:- выход «обратного. потока из регенератора Е2; 'Хl - коэффициент сохранения давления

торможения в нт:иет,!iтельном тр'акте, расположенном за ком­

прессором, 'Хl =Рl/Р6 =-Рl/Р6; хк - отношение давлений тор-

можения в компрессоре, x~ = p~/ р; =- Р6/Р5'

При опред~лении x~ предварительно принимают значения

давления Рl при входе в компрессор (или при вакуумном цикле -

в регенератор), коэффициентов 'Хl и 'Х2' относительных влаж­ ностей <Р! и температуры t j в характерных точках цикла. Зна­

чения температур задают с учетом недорекуперации в холодиль­

нике и недорегенерации в регенераторах, которые либо извест­

ны из расчета этих аппаратов, либопринимают в пределах

М, =5+7 ос. Зачения давлений насыщения p~j ={(t,) находят

по психрометрическим таблицам. Коэффициент, учитывающий утечки воздуха в холодильной камере, принимают либо по опыт­

ным данным, либо в пределах бут = 0,93+0,98. При полном от­

сутствии утечек бут = 1. Значения относительной влажности

при выходе «обратного. потока из регенератора с учетом отме­

ченных выше особенностей работы принимают с запасом в пре­

делах q>1(q>5) = 0,6+0,8. В скобках указано значение для вакуум­

ного цикла (точка 5 на рис. 4.4).

Уравнения (4.33) и (4.34) не могут быть в явном виде разре­

шены относительно х:, и их приходится решать итеративным

метоДQмпоследовательных приближений, минимально допустимые

значения х; обычно находятся в пределах х: = 2,1+2,3, причем

более высокие x~ соответствуют меньшим бут' 'Хl' 'Х2 И q>Jq>5)'

Зависимости для определения минимального значеНИЯ1tк су­

щественно упрощаются, если в холодильной камере утечек воз­

духа нет, т. е. бут = 1. В этом случае зависимость (4.32) принl,I­ мает такой вид:

da - d.. = d 1 - dв,

а если учесть, что в низкотемпературных ВХМ на холодном конце

регенераторов при температуре ниже -60 ос влarocодержанце

140

насыщенного воздуха чрезвычайно мало и можно принять d.. ::=~, то В итоге имеем

Раскрыв это выражение так же, как и .раньше, найдем для ВХМ, .работаЮщей по циклу с избыточным давлением,

Это уравнение может быть разрешено относительно х: в яв­

ном виде так:

Если пренебречь ввиду малости парциальными давлениями

пара <P1P~1 и q>зР~з, то получим

Для вакуумного цикла (рис. 4.4) имеем при тех же допуще­

ниях

и

Раскрывая э~о равенство, получим

П~е преобразований это уравнение разрешается Q.~носитель­

но х к,

Расчеты по формулам (4.36). (4.37), (4.39) и (4.40) дают оди­

наковые результаты, и поэтому на практике следует использо­

вать более простые из них, т. е. формулы (4.37) и (4.40). Так

как в этих зависимостях не учтены утечка воздуха в холодиль­

ной камере и ГИДРti!lлические пртери в регенераторах Х2' ТО они дают более низкие значения Хк' чем формулы (4.33) и (4.34).

Влияние ВJI3Жности воздуха на его температуру при выходе

из детаидера. Такое влияние может быть весьма значительным,

особенно в нерегенеративных холодильных машинах с высоким

отношением давлений вдетандере Х; = р;/р; == Рз/Р.( (обозна­

чения точек см. на рис. 4.5).

Относительная влажность воздуха при входе в детандер всег­

да в таких ВХМ равна единице. и влагосодержание dздостигает максимума. Газовая постоянная и изобарная теплоемкость влаж­

ного воздуха:

Перепад энтальпий вдетандере

Энтальпия торможения влажного воздуха при входе в детан­

дер (кДж/кг)

(4.44)

где t; - температура торможения при входе вдетандер, ·с.

Энтальпия торможения влажного воздуха при выходе из де­

тандера

в KOHЦ~ процесса расширения, проходящего без выпадения

влаги, температура влажного в~здуха определялась по формуле

Р В.В

Однако, ~ли конденсация, выпадение влаги н, при низких

температурах, ее кристаллизация будут происходить, то вслед-

ствие выделения теплоты в этих процессах*~мпература Т; в конце

Повышение температуры из-за подвода теплоты фазовых пре­ вращений необходимо при расчетах предварительно задать в пре-

влaroсодержание насыщенного влажного воздуха в конце процес­

Получив новое значение t;, определяют по нему уточненное

значение влагосодержания и сопоставляют его с найденным ра­

нее. При необходимости следует повторить расчет с новым зна­

чением d:;'.

Таким образом, и при расширении в детандере влияние влажнос­ ти сказывается отрицательно на работе ВХМ, так как приводит

к увеличению температуры воздуха, выходящего из детандера.

При этом удельная ХОJЮДОПроизводительность ВХМ qo = t; -t:,

если энтальпии находить для влажного воздуха по формулам

(4.48), (4.49), практически не изменяется, но увеличение t4 мо­

жет повлиять на уровень температур охлаждаемого источника.

При выводе уравнений, полученных в этом параграфе, при­

нималось, что состояния воды во всех ее фазах являются равно-

весными и стабильными. Метастабильные состояния, такие как

переохлажденная жидкость, пересыщенный воздух, наличие

тумана, из рассмотрения исключались, хотя вполне возможно,

что в самом п~цессе расширения влажного воздуха вдетандере,

а также при его охлаждении в холодильнике или регенераторах

эти состояния могут на короткое время возникать. Однако, так

как нас интересуют только начальное и конечное равновесные

состояния влажного воздуха, эти явления не учитывались.

§ 4.4. КОНСТРУКЦИИ ГАЗОВЫХ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН СДЕТАНдЕРАМИ

В ГХМ чаще всего применяют компрессоры и детандеры ди­

намического принципа действия. Это связано с тем, что тепло­

емкость ер газов и, в частности, воздуха невелика, поэтому для

получения даже и не очень больших холодопроизводительнос­ тей ,IIрИХQДИТСЯ обеспеч~вать значительные массовые расходы

газа.

у ГХМ холодопроизводительностью Qo = 100 кВт с темпера­

турами воздуха при входе и выходе из теплообменного аппарата

(или камеры) -80 и -60 ос массовая производительность ком­

прессора должна составлять 5 кг/с. Компрессор объемного дей­

ствия на такую производительность был бы весьма громоздким. При малых холодопроизводите.дьностях возможно применение

винтовых и поршневых компрессоров идетандеров.

К о м пр е с с о р ы r ХМ. Центробежные и осевые компрес­

соры, которые могут применяться в ГХМ, описаны в гл. 9.

В ГХМ специального назначения малой холодопроизводитель­ НQCТИ могут .найти применение винтовые компрессоры· сухого

сжатия, описанные в гл. 8.

Д е т а н Д еры r ХМ. Радиальные центростремительные и осе­

вые детандеры, применяющиеся в ГХМ, описаны в гл. 10.

Воздушная холодильная машина ТХМ-1-25.

Схема и теоретический цикл этой машины аналогичны показан~

ным на рис. 4.4, а действительный цикл ~ на рис. 4.5, б. Ком­ прессор осевой, семиступенчатый (см. рис. 9.49), детандер осе­ вой, одн~енчатый (см. рис. 10.31). Отношение давлений в ком­ прессоре Хк = 2,17. Компрессор и детандер располагаются на

одной оси и крепятся к корпусу мультипликатора. Частота вра­

щения ротора компРессорно-детандерного агрегата n = 343 c-1•

Расход воздуха равен 1 кг7с. Электродвигатель мощностью 75 кВт

с частотой вращения nДВ = 49 с-! приводит во вращение тихоход­

ный вал мультипликатора. Регенераторы представляют собой теп­

лоизолированные цилиндры из листовой стали, установленные

в горизонтальной плоскости рядом. В регенераторы уложена на­

садка в виде цилиндрических галет, свернутых из гофрирован­

ной алюминиевой ленты толщиной 0,35 мм и шириной 50 мм.

Полный массовый расход воздуха через вихревую трубу

Давление торможения газа при входе в вихревую трубу

(4.57)

3десь Рх* - давление торможения холодного потока, Рх* = Ро*!х'вых'

где х'вых - коэффициент сохранения давления торможения в вы­ ходном устройстве трубы, х'вых = 0,95+0,99.

Площадь узкого сечения сопла определяют так:

(4.58)

для докритического отношения давлений (для воздуха это соот­

ветствует хс < 1,89) и

для сверхкритического отношения давлений (для воздуха это соответствует хс > 1,89).

В этих выражениях ас - коэффициент расхода сопла,

ас = 0,94+0,96; хс - отношение давлений в сопле, хс = р; jpc;

Ре - статическое давление при выходе из сопла. Величину хс

определяют'по эмпирическому уравнению, полученному при ис­

следованиях на воздухе в диапазоне 2 ~ 7t ~ 6:

(4 .60)

Диаметр горячей трубы определяют по эмпирической зави­

симости:

Длина вихревой зоны L = (8+10)D. Приведенные эмпири­

ческие зависимости дают удовлетворительную точность при

20 ~ D ~ 50 мм.

Конструкция ГХМ с вихревой трубой. Конструкции вихре­ вых труб весьма разнообразны и зависят от конкретных усло-

На рис. 4.10 изображена регенеративная ГХМ с.вихревой тру­ бой. В ней применен силикагелевый осушитель для осушки по­

ступающего сжатого воздуха, что позволяет повысить эффект

охлаждения.

Сжатый воздух от внешнего источника подается через патру­ бок 12 в силикагелевый осушитель 11, откуда по трубке регене­

ративного теплообменника 9 направляется в полость 6 и через

сопло 7 в вихревую трубу 8. После разделения в трубе холодный поток через отверстие в диафрагме 5 и раскручивающий диффу­ зор направляется в холодильную камеру 4, где охлаждает загру­ женный в нее материал. Из холодильной камеры через отверстия 2 и кольцевую полость 3 воз~

ГЛАВА 5

ТЕriЛОИСПОЛЬЗУЮЩИЕ ХОЛОДИЛЬНЫЕ МАШИНЫ

ТеПJIоиспользующие холодильные машины нашли широкое

применение в различных отраслях промышленности. К ним от­ носятся пароэжекторные (ПЭХМ), абсорбционные (АХМ) и сорб­ ционные холодильные машины. Отличительной особенностью

перечисленных типов ма1Пин от парокомпрессорных и газовых

холодильных машин является nринцип по.цучения в них холода

за счет использования теплоты греющих источников. Для при­ вода насосов в пэхм и АХМ необходимо небольшое количество

электроэнергии, которое практически не учитывают в их тепло­

вых балансах. В ПЭХМ и АХМ искусственный холод вырабаты­ вается с помощью системы совмещенных прямого и обратного

циклов.

В пэхм совмещены пароэнергетическая установка с двига­ телем-эжектором и холодильная машина со струйным компрес­

сором-эжектором. Пароэнергетическая установка включает в себя

парогенератор, эжектор, конденсатор и насос. В состав холодиль­ ной машины входят эжектор, конденсатор, дроссельный (регу­

лирующий) вентиль и испаритель.

В теоретической схеме АХМ функцию пароэнергетической ус­

тановки выполняют генератор, расширительная машина (турби­

на), абсорбер, насос и растворный детандер. функцию холодиль­

ной машины выполняют испаритель, компрессор, конденсатор

и детандер. В действительной схеме АХМ расширительная ма­

шина в прямом цикле и компрессор - в обратном взаимно ис­

ключают друг друга, а детандеры заменяются на дроссельные вен­

тили. В результате получается единый контур теплоиспользую­

щей машины - АХМ с совмещенными прямым и обратным цик­ лами. Одним из основных дроцессов АХМ является абсорбция, которая в общем виде представляет собой поглощение газа (пара)

жидким поглотителем (абсорбентом). В абсорбционных процес­

сах участвуют две фазы - жидкая и газовая, и происходит пере­

ход вещества из газовой фазы в жидкую. Таким образом, аб­

сорбционные процессы являются одним из видов процессов массо­ передачи. В абсорбl(ИОННЫХ холодильных машинах абсорбция

пара хладагента сопровождается выделением теплоты, следова­ тельно, в данном случае происходит одновременный массо­

и теплоперенос•

Аналогично теплопереносу массоперенос является сложным

процессом, состоящим из процессов переноса вещества в преде­

лах каждой из фаз и переноса вещества через границу раздела

фаз. Поэтому при протекании абсорбционных процессов поверх­

ность соприкосновения фаз должна быть как можно большей,

что реализуется в конструкциях абсорбционных аппаратов.

Движущей силой процесса переноса вещества является от­

клонение системы от равновесия. Применительно к АХМ ~ па­

ровой фазе ею является разность давлений пара хладагента в об­ щем объеме и непосредственно у поверхности соприкосновения фаз, в жидкой фазе - разность концентраций хладагента у по­ верхности контакта фаз и в общем объеме абсорбента.

Вследствие разности давлений молекулы пара подлетают

к поверхности соприкосновения фаз и захватываются (притягива­ ются) абсорбентом. это происходит в результате того, что в рас­

творе между молекулами абсорбента и хладагента всегда имеет место физическое взаимодействие, выражающееся во взаимном притяжении молекул. На повер~ности абсорбента пар хладаген­

та превращается в жидкость с въщелением теплоты фазового

перехода. И далее жидкий хладаГент в результате наличия гра­ диента концентраций растворяется в абсорбенте с выделением

теплоты растворения. Таким образом, теплота абсорбции на 1 кг

хладагента в основном включает в себя удельную теплоту кон­

денсации хладагента и дифференциальную теплоту растворения

хладагента в абсорбенте.

При абсорбции чистых компонентов, что имеет место в АХМ,

сопротивление Переносу массы преJfмущественно определяется

сопротивлением жидкой фазы, зависящим, как правило, от мо­ лекулярной и конвективной диффузий хладагента в абсорбенте.

Эффективность применения теплоиспользующих холодильных

машин в значительной степени зависит от стоимости теплоты

греющих источников, требуемых температурных потенциалов и

практически всегда является высокой при использовании вто­ ричных энергетических ресурсов (вэр), а также при одновре­ менной выработке холода и теплоты.

§ 5.1. ПАРОЭЖЕКТОРНЫЕ ХОЛОДИЛЬНЫЕ МАШИНЫ

Рабочим веществом ПЭХМ преимущественно является вода,

а в. последнее время и хладоны. Использование воды в качестве

рабочего вещества целесообразно вследствие ее безвредности и относительной дешевизны. Однако применить воду в компрес­

сорных машинах невозможно из-за очень ,больших значений уде,льного объема сухого насыщенного пара при низких темпе­

ратурах. это можно бы,ЛО бы осуществить лишь при огромных размерах цилиндров или колес в центробежной машине. Однако

такие машины будут характеризоваться большими потерями энергии, а также высокими капитальными затратами. К тому

же конструкция указанных машин окажется ,ложной из-за не­ обходимости их работы в области глубокого вакуума. Отсасыва­

ние водяного пара из испарителя паровым эжектором позволило создать относительно компактную и надежную в эксплуа!l'ации'

машину.

Недостатками ПЭХМ являются низкая энергетическая эффек­ тивность из-за больших потерь в эжекторе, а также необходи­

мость ПОдАержания глубокого вакуума в испарителе, конденса­ торе и пароструйном аппарате.

Наиболее широко ПЭХМ применяют в системах кондициони- ,,:рования воздуха на судах с парогенераторными энергетически­

'Ми устано~ками, а также на промышленных предприятиях, рас­

полагающих вторичными энергетическими ресурсами повышен­

ного температурного потенциала.

Привцип действия и теоретический процесс работы паро­

эжекторвой маmивы. Пароэжекторная машина представляет со­

бой систему совмещенных неразделимых процессов прямого и

обратного циклов, т. е. в ней совмещены пароэнергетическая ус­

тановка с двигателем-эжектором и холодильная машина со струй­

ным компрессором-эжектором. Пароэнергетическая установка

включает в себя парогенератор, эжектор, конденсатор и насос. В сос­

тав холодильной машины, входят эжектор, конденсатор, регули­

рующий вентиль и испаритель.

Схема пароэжекторной машины показана на рис. 5.1.

Рабочий пар из парогенератора Г, образованный в нем за счет

подвода теплоты qr' направляется в сопло эжектора Э. В сопле

потенциальная энергия пара цреобразуется в кинетическую энер­

гию - скорость пара возрастает. Струя рабочего пара, увлекая

холодный пар, идущий из испарителя И, смешивается с ним

в камере смешения эжектора. Смесь рабочего и холодного пара

направляется в диффузор эжектора, в котором давление смеси

повышается вследствие снижения скорости. Таким образом, за

счет кинетической энергии струи рабочего пара осуществляется

работа сжатия смеси рабочего и холодного пара от давления

в испарителе РО до давления в конденсатореРК• Теплота' конден­

сации qK в конденсаторе ГК отводится водой, а образовавшийся

конденсат направляется по двум потокам: одна часть конденса­ та в количестве, равной массе рабочего пара, подается конден­

сатным насосом КН в парогенератор Г, другая - через дрос­

сельный вентиль РВ1 поступает в испаритель И. Вода в испари­

теле охлаждается в результате ее частичного испарения при глу­

боком вакууме. Количество теплоты, отводимой холодным па­

ром, зависит от удельной теп­

лоты парообразования воды при

давлении и температуре в ис­

парителе и расхода холодного

пара. ИЗ испарителя И обра­

зующийся пар непрерывно от­

сасывается эжектором, благо­

даря чему в испарителе поддер­

кулирует между испарит.елем И и потребителем холода пх. Рабочая вода подается к потребителю холода циркуляционным

насосом ЦН, в испаритель она возвращается через вентиль РВ2.

Теоретический совмещенный цикл ПЭХМ на 8-Т- и 8-i-диа­

граммах, а также прямой и обратный циклы на 8-Т-диаграмме

показаны на рис. 5.2. Рабочий пар с давлением Рр расширяет­

ся в сопле до давленияро изоэнтропно - процесс 1-28. Из испа­ рителя подсасывается холодный пар состояния 9. В камере сме­

шения образуется влажный пар состояния 3, который сжимает­

ся в диффузоре до давления рк изоэнтропно - процесс 3-48.

Процесс 48-5 - конденсация; процесс 5-6 соответствует адиа­

батной работе насоса, пере~ачивающего конденсат в парогенера­ тор. Процесс 5-8 - дросселирование части конденсата, идущего в испаритель. Процесс 8-9 - кипение в испарителе, а 6-7-1-

процессы нагрева воды и парообразования в парогенераторе. В ма­ шине совершаются два цикла. Если условно представить сжатие

в эжекторе отдельно рабочего пара (процессе 28-11) и холодного

пара (процесс 9-10), то прямой цикл будет изображаться про­ цессами 1-11-5-6-7-1, а обратный - процессами 9-10-5-8-9.

В сопле потенциальная энергия давления преобразуется в кине­

тическую - процесс 1-28; энергия прямого цикла передается обратному в камере смешения - процесс 28-3-9; работа в об­ ратном цикле затрачивается в диффузоре - процесс 3-48. Про-

Рис. 5.2. Теоретический ЦИКJI пароэжекторвой ХОJIОДИJIЫЮЙ машины на тепловых диаграммах: а - совмещеввый ЦИКJI на в-Т-диаграмме:

(J - совмещеввый ЦИКJI на в-'-диаграмме: 8 - прямой ЦИКJIj г -

обратный ЦИКJI

цессы расширения 11-28 от давления Рк до давления Ро с после­

дующим сжатием смешанного пара (процесс 3-48) от давления

Таким образом, в машине осуществляются два I1;икла: круго­ вой процесс 1-2-3-4-5-6-7-1 является прямым циклом, а кру­ говой процесс 9-3-4-5-8-9 - обратным (холодильным) цик­ лом. Для большей наглядности эти циклы показаны на 8-Т­

диаграмме отдельно (рис. 5.2, в, г).

Если принять, что через испаритель проходит 1 кг рабочего

вещества, что через парогенератор пройдет а (кг) рабочего пара,

причем

G

а = --R. (5.1)

Gx

Величина а, определяемая отношением массовых расходов ра­

бочего пара Gp к холодному G , называется "раmн.осmью цuр"у­

.nяцuu или "оэффuцuен.mоJК уАе.nьн.огорасхода пара.

Принимая условие передачи работы прямого цикла обратно­

му без потерь, можно ~аписать для теоретического цикла, что

й.rl = lo' где 1 и lo - соответственно работы прямого и обратного

циклов, или

(5.2)

где i - энтальпия в соответствующих точках цикла (см. рис. 5.2).

Тепловой баланс машины можно представить в следующем

Эффективность работы ~рямого цикла оценивается термичес-

Холодильный коэффициент является энергетической харак­

теристикой обратного цикла: .

Для энергетической оценки эффективности всей машины ис­ пользуют тепловой коэффициент l;T' равный отношению холо­ допроизводительности цикла к затраченной теплоте:

Термодинамическое совершенство цикла эжекторной холо­

дильной машины так же, как и для других типов холодильных

машин, можно оценить коэффициентом обратимости

Здесь l;T' ~T И 11 t соответственно тепловой, холодильный и терми­

h

где То - температура охлажденной воды на выходе из испари­

теля, К; То•с - температура окружающей среды, К; Th - тем­

пература греющего источника, К.

Особенности газодинамических процессов в эжекторе. Схе­

матический разрез одного из основных элементов машины -

эжектора - представлен на рис~ 5.3. Он состоит из сопла РС,

приемной камеры ПК, камеры смешения КС и диффузораД. На

типу сопла Лаваля. Сопло Лаваля состоит из сужающейся и рас­ ширяющейся частей, разделенных коротким цилиндрическим участком. Оно спрофилировано таким образом, чтобы в дозвуко­

вом режиме его сечение уменьшалось до тех пор, пока скорость

потока не станет равной скорости звука. Для перехода через

скорость зву~а и дальнейшего ускорения потока сопло должно

быть выполнено расширяющимся. В этом случае для создания

кинетической энергии потока будет использован весь перепад

Эжекторы холодильных машин работают при больших сте­

пенях расширения рабочего пара (Р/Р2 > 50) и больших степе­

нях сжатия (Р/Р2 > 2,5), поэтому для увеличения предельного

коэффициента эжекции и сохранения большой степени сжатия камеру смешения в этих аппаратах выполняют из двух частей: развитой конической сужающейся части (КОНфузора) и после­ дующей укороченной цилиндрической части (горловины).

Рабочий (эжектирующий) пар с параметрами Рр и t p подво­

критической скорости WKp' достигаемой паром в узком (крити­

ческом) сечении сопла {кр (см. рис. 5.3).

Рабочий пар, выходящий из сопла в приемную камеру со ско­

ростью W p1 ' подсасывает из камеры холодный эжектируемый пар,

скорость W x которого незначительна. По мере удаления от сопла массовый расход движущегося потока непрерывно увеличивает­

ся за счет присоединения массы эжектируемой среды и возрас­ тает поперечное сечение движущегося потока. На некотором расстоянии от выходного сечения сопла поток, движущийся по

направлению к камере смешения, заполняет все сечение прием­

ной камеры. Профиль скоростей в этом сечении имеет большую

неравномерность по радиусу - от очень малой у стенок камеры

до близкой к скорости W p1 истечения рабочего пара из сопла на оси потока. Сечение, где площадь сверхзвуковой струи стано­ вится наибольшей, называется сечен.uе.м заnuран.uя. До этого сечения эжектирующий и эжектируемый потоки текут раздель­

но, не смешиваясь, а интенсивное смешение происходит за этим

сечением. Сечение запирания является характерным участком

начального участка смешения. С удалением от сопла граница

между потоками размывается, сверхзвуковое,ЯДРО эжектирую­

щей струи уменьшается, постепенно, ~ыравниваются скорости в результате обмена импульсами между частицами, движущи­

мися С большей и меньшей скоростями, и повышается давление перемешиваемых потоков по сечению камеры. Поток имеет сред­

нюю скорость Wз и статическое давление РЗ' Далее поток по­

ступает в расширяющуюся насадку - диффузор. В последнем

кинетическая энергия преобразуется в потенциальную и теплоту.