Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Холодильные машины для охлаждения промежуточного хладоносителя. Методические указания к лабораторным работам
.pdf
Министерство образования и науки России
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
«Казанский национальный исследовательский
технологический университет»
ХОЛОДИЛЬНЫЕ МАШИНЫ
ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ПРОМЕЖУТОЧНОГО
ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ
Методические указания
к лабораторным работам
Казань
Издательство КНИТУ
2016
1
УДК 621.56, 621.57
Составители:
доц. Э. А. Хакимов
Рецензенты:
доц. каф. ТОТ
А. А. Мухамадиев
доц. М. С. Хамидуллин
ассист. В. В. Акшинская
ассист. А. А. Филонычев
Холодильные машины для охлаждения промежуточного
хладоносителя : методические указания к лабораторным работам /
сост. : Э. А. Хакимов [и др.]; М-во образ. и науки России, Казан. нац.
исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2016. – 36 с.
Изложена методика определения эксплуатационных
характеристик паровых холодильных машин и оценка энергетической
эффективности действительной паровой холодильной машины.
Предназначены для выполнения самостоятельной работы
студентов направлений 14.04.01 «Ядерная энергетика и теплофизика»
и 16.03.03 «Холодильная, криогенная техника и системы
жизнеобеспечения».
Подготовлены на кафедре холодильной техники и технологии.
Печатаются по решению методической комиссии института
химического и нефтяного машиностроения
доц. каф. ВТЭУ А. Х. Садыков
2
Лабораторная работа №1
Определение эксплуатационных характеристик
одноступенчатой паровой холодильной машины
Цель работы: освоить методику определения эксплуатационных
характеристик одноступенчатой паровой холодильной машины.
Эксплуатационными характеристиками одноступенчатой паровой
холодильной машины принято считать зависимости
холодопроизводительности, эффективной мощности, холодильного
коэффициента и КПД от двух важнейших параметров, определяющих
холодильный цикл: температуры кипения T
конденсации T
:
к
и температуры
=(T,T
)
; е=(T,T
к
)
;д=(T,T
к
)
;=(T,T
к
)
.
к
Холодопроизводительность машины определяется
действительной объемной производительностью компрессора
удельной объемной холодопроизводительностью
рабочего тела в
д
и
заданных условиях холодильного цикла. Связь между этими
величинами определяется выражением
=д∙=∙∙
.
Объем, описываемый поршнем
для выбранного компрессора
при неизменном числе оборотов вала, является величиной постоянной.
Коэффициент подачи зависит от конструкции компрессора, степени
сжатия пара, температуры всасывания T
и других факторов.
вс
Поскольку в паровой холодильной машине степень сжатия
определяется температурами конденсации и кипения, для выбранного
компрессора =(T,Tк,T
повышение температуры конденсации T
)
. Понижение температуры кипения и
вс
приводят к увеличению
к
степени сжатия и уменьшению . Общий вид зависимости
коэффициента подачи от типа компрессора, холодильного агента и
степени сжатия пара представлен на рис.1.
3
Рис. 1. Зависимость коэффициента подачи от
степени сжатия к/
Увеличение перегрева всасываемого пара (Tвс−T), как правило,
способствует росту коэффициента подачи . Величина
определяется выражением
о
=
=
.
д
вс
Для данного рабочего тела удельная массовая
холодопроизводительность
всасывания вс и, следовательно,
холодильного цикла: температурой перед регулирующим вентилем T
температурой кипения T
, удельный объем паров в состоянии
определяется условиями
и величиной перегрева всасываемых паров
н
(Tвс−T):
=(Tн,T,T
)
;вс=(Р,T
к
Понижение температуры кипения T
температуры T
и всасывании насыщенного или слегка перегретого
н
пара приводит к незначительному уменьшению
вследствие падения давления паров Р
удельный объем
. В результате происходит быстрое уменьшение
вс
объемной холодопроизводительности
)
;=(Tн,T,T
вс
при постоянном значении
. Однако при этом
быстро увеличивается
. Понижение температуры
)
к
перед регулирующим вентилем всегда увеличивает значение величин
и
. При отсутствии дополнительного внешнего источника для
4
,
охлаждения жидкого холодильного агента перед регулирующим
вентилем (например, артезианской воды) переохлаждение жидкости в
конденсаторе составляет 2-3 К, и значение температуры перед
регулирующим вентилем T
конденсации T
.
к
практически определяется температурой
н
Применение регенеративного теплообменника позволяет
значительно понизить температуру перед регулирующим вентилем T
В этом случае удельные величины и
заметно возрастают,
н
несмотря на некоторое увеличение удельного объема всасываемых
паров. При постоянной поверхности теплообменника, выбранной по
предварительным расчетам, температура перед регулирующим
вентилем Tн определяется температурами кипения T
T
. Таким образом, можно считать, что основными параметрами
к
холодильного цикла, определяющими изменения и
температуры кипения T и конденсации T
и конденсации
, являются
, поэтому часовая
к
холодопроизводительность машины должна быть прежде всего
функцией этих температур =(T,T
)
. Примерный вид такой
к
зависимости для паровых холодильных машин показан на рис.2а.
Другой важной эксплуатационной характеристикой холодильной
машины является зависимость потребляемой мощности Nот
температуры кипения и конденсации. В паровой холодильной машине
различают электрическую (полную), эффективную, индикаторную и
теоретическую (адиабатную) мощности.
Теоретической называется мощность, затрачиваемая на
адиабатное сжатие действительного количества холодильного агента
без учета трения в компрессоре:
т=∙∙т=д∙
Среднее индикаторное давление
теоретической индикаторной
т
.
т
диаграммы с адиабатным процессом сжатия определяется как работа,
необходимая для сжатия в идеальном компрессоре 1м3 рабочего тела.
Эта величина находится по уравнению:
к
т=
к
к−1
∙
о
к
к
−1,
о
.
анализ которого при условии постоянства показателя адиабаты
указывает на существование максимального значения
для каждого
т
значения давления (температуры) конденсации [1].
5
Рис. 2. Характеристики паровой холодильной машины:
а – холодопроизводительность; б – среднее индикаторное давление
в – расходуемая мощность; г – холодильный коэффициент и КПД.
6
На рис.2б показан вид зависимости т=(T
значениях T
Характер зависимости т=(T,T
видом функции т=(T,T
для рабочего тела R22.
к
)
с учетом изменения коэффициента
к
к
)
определяется прежде всего
)
при различных
подачи. Понижение температуры кипения до значения,
соответствующего
(
, вызывает небольшое увеличение
т)
т
однако при этом наблюдается существенное снижение коэффициента
подачи компрессора. Противоположный характер изменения величин
т и в данной области изменения T
максимум зависимости т=(T
)
. Дальнейшее понижение T
несколько сглаживает
способствует быстрому уменьшению теоретической мощности за счет
одновременного падения т и . Повышение температуры
конденсации всегда приводит к возрастанию т, но уменьшению ,
поэтому суммарное влияние этого параметра на величину
теоретической мощности
По сравнению с теоретической, индикаторная мощность
несколько ослабляется.
т
учитывает дополнительные затраты работы, вызванные
необратимостью реальных процессов сжатия пара в компрессоре.
Относительная величина этих потерь оценивается индикаторным
коэффициентом=т/
, который зависит от конструкции паровой
холодильной машины, интенсивности охлаждения цилиндров и
режима работы. Одним из наиболее существенных факторов,
определяющих
, является теплообмен рабочего тела со стенками
цилиндра [1,2]. В той части цилиндра, где температура пара
вследствие сжатия выше температуры стенки, интенсивный отвод
тепла от рабочего тела охлаждающей водой способствует
уменьшению показателя политропы сжатия. При этом снижается
величина затрачиваемой работы и возрастает индикаторный
коэффициент. В начале процесса сжатия и в период сжатия, пока
температура пара ниже температуры стенки, интенсивный теплообмен
ухудшает объемные и энергетические показатели компрессора,
особенно при всасывании влажного пара. Влияние этого фактора
можно несколько уменьшить выбором конструкции компрессора,
увеличением числа оборотов вала, а также предварительным
перегревом всасываемого пара.
Аналитическое описание зависимости индикаторного
коэффициента от режима работы холодильной машины довольно
сложно. На рис.3 представлены зависимости
от степени сжатия,
,
,
7
которые были получены при испытании одноступенчатых
холодильных поршневых компрессоров, работающих на различных
агентах.
Рис. 3. График =(Pк,P
)
Эффективная мощность представляет собой сумму индикаторной
мощности и мощности, затрачиваемой на трение в компрессоре:
е=+
. Потери на трение зависят от конструкции и размеров
тр
компрессора, числа оборотов вала, температуры и вязкости масла
и очень слабо – от режима работы холодильной машины. Обычно
принимают, что мощность трения равна мощности холостого
хода компрессора, т.е. некоторой постоянной величине:
тр=
=. В действительности с повышением разности
е(х.х.)
давлений конденсации и кипения наблюдается возрастание мощности
трения [3]. Относительное влияние потерь трения, оцениваемое
механическим КПД
мех
=/
, наиболее заметно при низких
е
температурах, где абсолютное значение теоретической и
индикаторной мощностей невелико. Общий вид зависимости
е=(T,T
)
, представленной на рис.2в, аналогичен изменению
к
индикаторной мощности, однако кривая действительной мощности
более полога и максимум практически не заметен.
Полная, или электрическая мощность, учитывает также потери в
электродвигателе и при передаче энергии:
э=
е
перед∙дв
.
8
Для современных машин потери при передаче энергии
незначительны(
зависят от нагрузки. Величина
=0,96÷1), а потери в электродвигателе
перед
максимальна при номинальной
дв
нагрузке и быстро падает при ее уменьшении, поэтому при низких
температурах кипения, потери мощности в электродвигателе заметно
возрастают. Зависимость э=(T,T
)
, которая является
к
эксплуатационной характеристикой для герметичных машин, более
сглажена, чем е=(T,T
)
.
к
Энергетическая эффективность работы холодильной машины
оценивается холодильным коэффициентом:
о
,
е
д=
который также зависит от режима работы машины. Общий вид кривой
д=(T
температуры кипения приводит к быстрому уменьшению
о убывает быстрее, чем мощность
конденсации вызывает смещение кривой д=(T
низких значений д, т.к. изменение о и
)
при различных T
показан на рис.2г. Понижение
к
поскольку
д
. Повышение температуры
е
)
в область более
в данном случае
е
противоположно по знаку.
Степень термодинамического совершенства холодильной машины
характеризуется действительным КПД:
д
=
пер∙др∙∆Т∙∙мех
ид
,
где
пер,др,∆Т
д=
– коэффициенты, учитывающие соответственно
потери от перегрева, дросселирования и конечной разности
температур при теплообмене.
Зависимость д=(T
)
(см.рис.2г) имеет пологий максимум в
интервале T=263÷273К (для одноступенчатых машин). Быстрое
падение КПД при понижении температуры кипения обусловлено,
прежде всего, ростом относительной доли мощности трения (падением
) и снижением , кроме того, понижение T
мех
уменьшением
, др,∆Т. Снижение
пер
после максимального
д
значения при увеличении T объясняется тем, что и
сопровождается
мех
уменьшаются быстрее, чем возрастают остальные коэффициенты.
9
Описание экспериментальной установки
Схема стенда для испытания одноступенчатой паровой
холодильной машины представлена на рис.4.
1 – компрессор, 2 – маслоотделитель, 3 – теплообменный бак,
4 – конденсатор, 5 – испаритель, 6 – осушитель, 7 – фильтр, 8 – насос,
9,10 – расходомеры
Рис. 4. Схема стенда:
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]