где q – теплота, отнесенная к единице массы хладагента, а Tm,К – средняя абсолютная температура в течение процесса теплообмена между хладагентом и внешней средой.

Для работы с диаграммой надо помнить, что она делится на три зоны:

жидкости – слева от кривой насыщенной жидкости (на диаграммах кривая черного цвета, имеющая максимальную толщину), где степень сухости пара x=0;

парожидкостной смеси – между кривыми x=0 и x=1 – насыщенный пар;

перегретого пара – справа от линии x=1.

Линию, соответствующую насыщенной жидкости (x=0) называют левой, или нижней, пограничной кривой, а линию, соответствующую насыщенному пару (x=1), называют правой, или верхней, пограничной кривой.

Вдиаграммах состояния термодинамические процессы, протекающие при неизменности одного какого-либо параметра, или изопроцессы, изображают изолиниями; при неизменности объѐма – изохорой (υ); давления

–изобарой (Р) – на диаграммах проходят горизонтально; температуры – изотермой (Т, t); энтропии – адиабатой или изоэнтропой (s); теплосодержания

–изоэнтальпой (i) – вертикально (серые тонкие линии прямоугольной сетки). Кроме того на диаграммы наносят линии постоянного паросодержания (х).

Процессы кипения и конденсации хладагента при постоянном давлении проходят между пограничными кривыми при неизменной (постоянной) температуре, соответствующей температуре насыщения при постоянном давлении.

Вдальнейшем при рассмотрении особенностей реального процесса

парожидкостной компрессионной холодильной машины мы будем пользоваться как Р,i – диаграммой, так и Т,s – диаграммой.СЕВМАШВТУЗ

4.2.4 Детандер и дроссельный вентиль

Назначение расширительного цилиндра (детандера) в схеме холодильной машины состоит в том, чтобы осуществить в нѐм адиабатный процесс расширения рабочего вещества, который сопровождается понижением температура. За счѐт производства некоторой работы хладагент охлаждается и тем самым приводится в состояние, при котором приобретает способность к восприятию тепла от теплоотдатчика.

Теоретический процесс работы холодильной машины с детандером изображается в Т,s – диаграмме площадью 1-2-3-4 (рис.11), холодопроизводительность 1 кг хладагента q0 соответствует площади а-1-4-b- а и количество тепла, отданное им в конденсаторе q – площади a-2-3-b-a.

Работа цикла l, соответствующая площади 1-2-3-4-1, равна разности работ компрессора и детандера.

Соответственно холодильный коэффициент цикла будет иметь вид:

37

38

c-6-4-b, так как работа, которую мог бы произвести хладагент в детандере, потеряна. Количество внешней работы, затрачиваемой на осуществление процесса, в данном случае определяется полной работой компрессора, то есть без вычета из неѐ работы детандера.

Холодильный коэффициент цикла составит:

холодопроизводительность и увеличивает затрачиваемую внешнюю работу. Поэтом холодильный коэффициент машины, работающей с детандером, будет выше, чем у машины, работающей с дроссельным вентилем Д .

Тепловая энергия хладагента, которая могла бы быть использована в детандере, в данном случае переносится за дроссельный вентиль и за счѐт этой энергии происходит частичное испарение холодильного агента.

Разность i6 i4 или i 3 i 4 (так как i3 i6 ) определяет то количество

теплоты хладагента, которое затрачивается на частичное его парообразование, вызываемое дросселированием в вентиле.

Отрицательное влияние дроссельного вентиля на холодильный коэффициент необходимо, по мере возможности, снижать.

4.2.5 Охлаждение жидкого хладагента перед дроссельным вентилем

Понижение температуры жидкого агента перед регулирующим вентилем называется переохлаждением. От сжиженного в конденсаторе хладагента при неизменном давлении, соответствующем температуре конденсации, отводится теплота с таким расчѐтом, чтобы к дроссельному вентилю агент подошѐл с возможно наиболее низкой температурой. Практически, пользуясь холодной водой, удаѐтся понизить температуру агента на несколько градусов по сравнению с температурой конденсации.

Сущность процесса переохлаждения состоит в том, что содержание тепла в жидком хладагенте, поступающем в дроссельный вентиль, уменьшается, благодаря чему снижается парообразование агента в процессе дросселирования.

На Т,s – диаграмме (рис.12) переохлаждение изображено линией 3-4, являющейся изобарой, но практически совпадающей с левой пограничной кривой. Из диаграммы видно, что вследствие переохлаждения удельная холодопроизводительность увеличивается на значение соответствующее площади c-6-5-b-c.

Процесс переохлаждения даѐт достаточно ощутимый положительный

39

41

Всасывание хладагента возобновится лишь в точке 6, когда поршень пройдѐт некоторый путь слева направо, и дальше будет протекать уже по линии 6-2.

Таким образом, в связи с расширением сжатого хладагента, оставшегося в мѐртвом пространстве, уменьшается объѐмное количество засасываемого в компрессор хладагента (объѐмная производительность компрессора).

Объѐмную потерю, связанную с расширением хладагента в цилиндре компрессора, можно характеризовать отрезком С1 индикаторной диаграммы.

Компрессор работает так, что при всасывающем ходе поршня холодный пар заполняющий цилиндр, охлаждает компрессор, при сжимающем ходе поршня хладагент сильно нагревается, в свою очередь, нагревая компрессор.

Очевидно, для уменьшения этой потери нужно стремиться наименьшему мѐртвомуСЕВМАШВТУЗпространству, а также уменьшению отношения давлений Р/Р0 между которыми работает компрессор.

Таким образом, компрессор работает в условиях переменного температурного режима, и цилиндр его попеременно охлаждается и нагревается.

В случае влажного процесса при всасывании в цилиндр компрессора хладагент поступает в виде смеси пара с капельками жидкости. Эта смесь сепарируется, и капельки жидкого хладагента, как более тяжѐлые, оседают на достаточно нагретых стенках цилиндра. Так как коэффициент теплоотдачи между жидкостью и стенками цилиндра достаточно высок, то внутри цилиндра происходит испарение хладагента с образованием большого объѐма пара, препятствующего всасыванию новых частей холодильного агента из испарителя.

Капельки жидкого хладагента, не успевшие испариться, при быстром процессе сжатия скапливаются в мѐртвом пространстве. А так как жидкость практически несжимаема, то наличие еѐ в мѐртвом пространстве может привести к гидравлическому удару в цилиндре компрессора и даже его разрушению.

При сухом процессе сжатия теплообмен между стенками компрессора и хладагентом, хотя и происходит, но менее интенсивно по сравнению с влажным процессом сжатия, так как перегретый пар имеет меньший коэффициент теплоотдачи, чем влажный. Кроме того, теплопроводность перегретого пара меньше, чем влажного.

При сухом процессе уменьшается влияние мѐртвого пространства компрессора. В мѐртвом пространстве и при сухом процессе остаѐтся некоторое количество хладагента в сжатом состоянии, но расширение его при всасывающем ходе поршня пойдѐт по менее пологой кривой по сравнению с влажным процессом. Следовательно, объѐм хладагента, засасываемый в цилиндр компрессора, при сухом процессе будет больше, чем при влажном, и холодильное действие агента практически будет более высоким.

На рис.14 работа холодильной машины с сухим процессом изображена в

42

43