4. Принципиальные схемы и циклы одноступенчатых компрессорных холодильных машин Введение

Парожидкостные компрессорные ХМ являются наиболее распространенным типом холодильных машин. Холодопроизводительность таких машин охватывает диапазон от нескольких сотен Вт до десятков тысяч кВт.

Для сжатия рабочего вещества используются поршневые, винтовые, центробежные, осевые и пластинчатые компрессоры. Выбор цикла зависит от температуры получаемого холода, температуры конденсации, вида используемого ХА, типов компрессора и теплообменных аппаратов.

На практике используются три основные схемы одноступенчатых компрессорных ХМ.

4.1. Холодильная машина с дросселированием в области влажного пара и сжатием сухого пара

Принципиальная схема и рабочий цикл такой машины приведены на рис. 4.1. Она составлена из четырех минимально необходимых составных элементов, без которых не может работать ни одна парожидкостная компрессорная холодильная машина.

Рис.4.1. Схема и рабочий цикл простейшей одноступенчатой парокомпрессионной холодильной машины:

I – компрессор; II – конденсатор; III – дроссель (регулирующий вентиль); IV – испаритель.

Под действием теплоты теплоотдатчика (ХН) q₀ в испарителе (как правило в межтрубном пространстве) кипит хладагент при температуре T₀ давлении P₀. На выходе из испарителя (в т. 1) – сухой насыщенный пар с теми же параметрами. Этот пар поступает в компрессор, где сжимается до давления Р_к – процесс 1-2.

Перегретый пар с параметрами т.2 нагнетается в конденсатор, где он охлаждается и конденсируется, процесс 2-3. Конденсат рабочего тела дросселируется от давления Р_к до давления Р₀, процесс 3-4, который протекает при i=const. В результате дросселирования часть жидкости вскипает. Это так называемые потери дросселирования.

Так как в цикле циркулирует всегда 1 кг рабочего вещества, то количество пара в т.4 может быть определено из соотношения (правило рычага):

, где G_п + G_ж=1. (4.1)

Оставшийся жидкий ХА поступает в испаритель, где он кипит под воздействием теплоты теплоотдатчика (ХН) q₀.

Удельное количество теплоты, подведенной в испарителе к рабочему агенту (холодопроизводительность цикла) определяется разностью q₀=i₁ –i₄. Необходимо понимать, что холодопризводительность цикла из-за потерь дросселирования, всегда меньше удельной массовой холодопроизводительности ХА (при отсутствии питающего отделителя жидкости у испарителя). На T, s–диаграмме холодопроизводительность цикла эквивалентна площади прямоугольника a41ba.

Внутренняя удельная работа сжатия в неохлаждаемом компрессоре l_i=i₂-i₁, или определяется площадью 23'351bd2.

Теплота отведенная в конденсаторе равна сумме подведенной энергии к циклу: q_к=q₀+l_i,– это так называемое уравнение энергетического баланса цикла. На T, s–диаграмме q_к отображается площадью 2354ad2. Но так как i₃=i₄, то легко доказать, что площади 3f53 и acf4 равны, следовательно q_к эквивалентна площади 23cd2.

Холодильные машины такой схемы широко используются в народном хозяйстве. Это, как правило, крупные аммиачные агрегаты с винтовыми и поршневыми компрессорами траулеров, искусственных катков, крупных продуктохранилищ и др.

В действительности в конденсаторе происходит некоторое переохлаждение жидкого ХА (на 4-5 градусов). Оно зависит от температуры воды и интенсивности охлаждения. На всасывании происходит некоторый перегрев паров ХА за счет естественного теплопритока через теплоизоляцию и стенки всасывающих трубопроводов. Методы учета этих явлений показаны в рассмотрении последующих схем и циклов.