
§ 6.3. Холодильные установки
Удельное количество теплоты (кДж/кг), отводимое 1 кг хладагента, определяется по формуле
q0=i1-i4=r(x1-x4), (6.29)
где i1 — энтальпия пара хладагента, поступающего из испарителя в компрессор, кДж/кг; i2 — энтальпия хладагента, поступающего в испаритель, кДж/кг; r — теплота парообразования, кДж/кг; x1 — степень сухости пара хладагента, поступающего из испарителя в компрессор; х4 — степень сухости хладагента, поступающего в испаритель.
Объемное количество теплоты (кДж/м3), отводимое 1 кг хладагента:
qV=q0/v1=(i1-i4)/v1, (6.30)
где v1 — удельный объем пара хладагента, всасываемого компрессором, м3/кг.
Массовый расход (кг/с) хладагента, циркулирующего в холодильной машине:
Gx=Q0/q0, (6.31)
где Q0 — холодильная мощность машины, кВт.
Объемный расход пара, всасываемого компрессором (м3/с) холодильной установки:
V=(Q0/q0)v1=Gxv1. (6.32)
Теоретическая удельная работа компрессора (кДж/кг), затрачиваемая на сжатие 1 кг хладагента:
lк= i2-i1, (6.33)
где i2 — энтальпия пара хладагента на выходе из компрессора, кДж/кг.
Холодильный коэффициент находится по формуле
ε=q0/lк. (6.34)
Холодильный коэффициент зависит от температур цикла и свойств рабочего тела, которое применяется в установке.
Теоретическая мощность (кВт), затрачиваемая в компрессоре холодильной установки на сжатие паров хладагента, определяется по формуле
Nт=Gхlк=Q0/ε. (6.35)
Стандартная холодильная мощность установки (кВт)
, (6.36)
где Q0 — холодильная мощность установки при рабочих параметрах, кВт; qVc — объемное количество теплоты, отводимое хладагентом при стандартных параметрах, кДж/м3; ηVc и ηV — коэффициент подачи компрессора при стандартных и рабочих параметрах.
Индикаторная удельная холодильная мощность машины (кВт/кВт)
ki=Q0/Ni. (6.37)
Эффективная удельная холодильная мощность машины (кВт/кВт)
ke=Q0/Ne. (6.38)
Задача 6.29. Фреоновая холодильная установка работает при температуре испарения t1=-15°C и температуре конденсации t4=30°С. Определить удельное и объемное количество теплоты, отводимое 1 кг фреона-12, если пар из испарителя выходит сухим насыщенным.
Ответ: Gx=118,6 кДж/кг; qV= 1279,2 кДж/м3.
Задача 6.30. Фреоновая холодильная установка холодильной мощностью Q0=100кВт работает при температуре испарения t1=-10°С и температуре конденсации t4=20°C. Определить массовый расход циркулирующего фреона-12 и объемный расход пара фреона, всасываемого компрессором установки, если пар из испарителя выходит сухим насыщенным.
Ответ: Gx=0,763 кг/с; V=0,067 м3/с.
Задача 6.31. Аммиачная холодильная установка работает при температуре испарения t1=-15°С и температуре конденсации t4=25°C. Определить холодильный коэффициент, если энтальпия аммиака на выходе из компрессора i2=1896 кДж/кг. Пар из испарителя выходит сухим насыщенным.
Ответ: ε=4,83.
Задача 6.32. Фреоновая холодильная установка холодильной мощностью Q0=118кВт работает при температуре испарения t1=-15°С и температуре конденсации перед регулирующим вентилем t4=25°C. Определить массовый расход циркулирующего фреона-12, холодильный коэффициент и теоретическую мощность компрессора установки, если энтальпия пара фреона-12 на выходе из компрессора i2=610 кДж/кг. Пар из испарителя выходит сухим насыщенным.
Решение: Пользуясь табл. 4 (см. Приложение), находим энтальпию пара фреона-12, поступающего из испарителя в компрессор, i1=566,39 кДж/кг и энтальпию фреона-12, поступающего в испаритель, i4=442,81 кДж/кг.
Удельное количество теплоты, отводимое 1 кг фреона-12, определяем по формуле (6.29):
q0=i1-i4=566,39-442,81=123,58 кДж/кг.
Массовый расход циркулирующего фреона-12, по формуле (6.31),
Gx=Q0/q0=118/123,58=0,955 кг/с.
Теоретическая удельная работа компрессора, затрачиваемая на сжатие 1 кг фреона-12, по формуле (6.33),
lк= i2-i1=610-566,39=43,61 кДж/кг.
Холодильный коэффициент, по формуле (6.34),
ε=q0/lк=123,58/43,61=2,83.
Теоретическая мощность компрессора холодильной установки, по формуле (6.35),
Nт=Gхlк=0,955·43,61=41,65 кВт.
Задача 6.33. Аммиачная холодильная установка холодильной мощностью Q0=205кВт работает при температуре испарения t1=-10°С и температуре конденсации перед регулирующим вентилем t4=20°С. Определить стандартную холодильную мощность при температуре испарения t1'=-15°С и температуре конденсации перед регулирующим вентилем t4'=25°С, если коэффициент подачи компрессора для рабочих параметров ηV=0,7 и коэффициент подачи компрессора для стандартных параметров ηVc=0,63. Пар из испарителя выходит сухим насыщенным.
Ответ: Qoc=147,6 кВт.
Задача 6.34. Фреоновая холодильная установка холодильной мощностью Q0=100кВт работает на фреоне-12 при температуре испарения t1=-5°С и температуре конденсации перед регулирующим вентилем t4=25°С. Определить холодильный коэффициент и стандартную холодильную мощность установки при температуре испарения t1'=-15°C и температуре конденсации перед регулирующим вентилем t4'=30°С, если теоретическая мощность компрессора установки Nm=26 кВт и коэффициент подачи компрессора для рабочих параметров ηV=ηVc=0,69. Пар из испарителя выходит сухим насыщенным.
Решение: Объемное количество теплоты, отводимое хладагентом для стандартных параметров, определяем по формуле (6.30):
qVc=(i1'-i4')/v1'=(566,39-447,83)/0,09268=1279,2 кДж/м3.
Объемное количество теплоты, отводимое хладагентом для рабочих параметров, по формуле (6.30),
qV=(i1-i4)/v1=(571,16-442,81)/0,06635=1934,4 кДж/м3.
Значения i1, i4, i1', i4', v1, v1' находим по табл. 4 (см. Приложение).
Стандартную холодильную мощность установки определяем по формуле (6.36):
=66Д
кВт.
Холодильный коэффициент, из формулы (6.35),
ε=Qoc/Nт=66,1/26=2,54.
Задача 6.35. Фреоновая холодильная установка холодильной мощностью Q0=105кВт работает при температуре испарения t1=-15°С и температуре конденсации перед регулирующим вентилем t4=25°С. Определить индикаторную удельную холодильную мощность машины, если энтальпия пара фреона-12 на выходе из компрессора i2=604 кДж/кг и индикаторный кпд ηi=0,865. Пар из испарителя выходит сухим насыщенным.
Ответ: ki=2,84 кВт/кВт.
Задача 6.36. Фреоновая холодильная установка холодильной мощностью Q0=102кВт работает при температуре испарения t1=-5°С и температуре конденсации перед регулирующим вентилем t4=25°C. Определить эффективную удельную холодильную мощность машины, если энтальпия пара фреона-12 на выходе из компрессора i2=610кДж/кг, индикаторный кпд ηi=0,87 и механический кпд ηм=0,905. Пар из испарителя выходит сухим насыщенным.
Решение: По табл. 4 (см. Приложение) находим энтальпию пара фреона-12, поступающего из испарителя в компрессор, i1=571,16 кДж/кг и энтальпию фреона-12, поступающего в испаритель, i4=442,81 кДж/кг.
Удельное количество теплоты, отводимое 1 кг фреона-12, определяем по формуле (6.29):
q0=i1-i4=571,16-442,81=128,35 кДж/кг.
Массовый расход циркулирующего фреона-12, по формуле (6.31),
Gx=Q0/q0=102/128,35=0,795 кг/с.
Теоретическая удельная работа компрессора, затрачиваемая на сжатие 1 кг фреона-12, по формуле (6.33),
lк= i2-i1=610-571,16=38,8 кДж/кг.
Теоретическая мощность, затрачиваемая в компрессоре холодильной установки на сжатие паров хладагента, по формуле (6.35),
Nт=Gхlк=0,795·38,84=30,9 кВт.
Индикаторная мощность компрессора
Ni=Nm/ηi=30,9/0,87=35,5 кВт.
Эффективная мощность компрессора
Ne=Ni/ηм=35,5/0,905=39,2 кВт.
Эффективную удельную холодильную мощность машины определяем по формуле (6.38):
ke=Q0/Ne=102/39,2=2,6 кВт/кВт.