56 Действительный цикл паровой холодильной компрессионной машины

При помощи уравнения (23) можно установить соотношение между «рабочей» и «стандартной» холодопроизводительностью в действи-тельном процессе.

Для рабочих и стандартных условий имеем

Энергетические потери 57

где — коэффициенты подачи при рабочих и стандартных усло-виях;

— теоретические объемные холодопроизводительности при тех же условиях.

Не все количество холода, вырабатываемого машиной, расхо­дуется на охлаждение продуктов или на поддержание в холодиль­ных камерах необходимой низкой температуры. Часть холода те­ряется в самой холодильной машине вследствие теплопритоков через трубопроводы и от некоторых вспомогательных механизмов, применяемых при произ-водстве холода. К таким механизмам, как увидим далее, относятся насосы для циркуляции рассола, ме­шалки, вентиляторы в холодильных камерах и др.

Холодопроизводительность, необходимую для охлаждения про­дуктов и для поддержания в камерах низкой температуры, назы­вают полезной, или холодопроизводительностью нетто. Общее же количес-тво холода, вырабатываемого машиной с учетом потерь и самой маши-не, называют холодопроизводительностью брутто.

Коэффициент потерь зависит от качества изоляции

трубопроводов, их длины, системы охлаждения, производитель­ности машины температурного режима работы и т. д. При рассоль­ной системе охлаждения ; при непосредственном охлаждении .

§ 2. Энергетические потери

Увеличение работы сжатия в действительном процессе по сравне-нию с теоретической происходит главным образом в результате нали-чия теплообмена в цилиндре компрессора и гидравлических сопротив-лений при всасывании и выталкивании пара.

Изменение состояния рабочего вещества в цилиндре действительно-го компрессора и соответствующие потери удобно показать на sT-диаг-рамме (рис. 30). Пусть из испарителя в компрессор по­ступает несколько перегретый пар, состояние его определяется точкой 1 на изобаре . Теоретический процесс сжатия изображается прямой линией 1—2, которая представляет собой адиабату (S- const). В действительном про-цессе состояние холодильного агента в цилиндре перед сжатием опре-делится точкой а. Давле­ние пара в точке а будет меньше, чем в точке 1, вследствие наличия гидравлических сопротивлений при всасывании (на величину ).

Температура, наоборот, будет несколько выше от соприкосновения с более теплыми стенками цилиндра, а также подогрева всасываемого

58 Действительный цикл паровой холодильной компрессионной машины

пара при его смешении в цилиндре с паром из мертвого пространства

.

Сжатие пара в действительном процессе будет происходить по кривой линии а—b—с, которая представляет собой политропу

с переменным показателем т. Величина его зависит от интенсив­ности внутреннего теплообмена между паром и стенками цилиндра и направления потока тепла. На участке а—b процесс сжатия характеризуется притоком тепла от горячих стенок цилиндра к агенту; в связи с этим показатель политропы т на данном участке будет больше показателя адиабаты k — политропа отклоняет-ся вправо. В точке b температура сжимаемого пара вырав­нивается с температурой стенок цилиндра (т — к). Но далее на участке b—с вследствие дальнейшего повышения температу-ры пара тепло станет переходить в обратном направлении (от холодильного агента к стенкам цилиндра), в связи с чем политропа сжатия отклоняется влево, так как показатель ее становится меньше показа­теля адиабаты.

Из-за сопротивлений на нагнетатель­ной стороне компрессора (в нагнетатель­ных клапанах и трубопроводах) пар в ци­линдре бу-дет сжиматься до давления не­сколько большего, чем в конденса-торе (на величину ). Состояние пара в конце сжатия определяет-ся точкой с. После этого сжатый пар нагнетается из цилиндра в конденсатор; в это время теплообмен внутри цилиндра продол-жается, стенки цилиндра подогреваются, а пар частично охлаж­дается. Состоянию пара, оставшегося в мертвом пространстве, соответствует точка d, от которой начинается процесс расширения из мертвого пространства (линия (d—е). Температура пара в конце расширения (точка е) выше температуры всасываемого пара, что способствует его подогреву перед сжатием.

В результате указанных явлений работа, потребляемая ком­прессором в действительном процессе, увеличивается по сравне­нию с теоретической. Увеличение работы на sT-диаграмме прибли­зительно равно площади, заключенной между линией действитель­ного процесса сжатия а—b—с и адиабатой 1—2.

Энергетические потери 59

Увеличение работы в действительном процессе учитывают при помощи индикаторного к. п. д.

где — теоретическая работа, затрачиваемая на адиабатное сжа- тие 1 кг холодильного агента;

• —действительная работа сжатия 1 кг агента.

Величина , зависит главным образом от интенсивности вну­треннего теплообмена в компрессоре и депрессии при всасывании и нагнетании . Интенсивность теплообмена, как указано, зависит от степени сжатия в компрессоре и других факторов.

Для повышения используют устройства для охлаждения цилиндров компрессоров (водяные охлаждающие рубашки, охла­ждающие ребра), при наличии которых внутренний теплообмен между холодильным агентом и стенками цилиндра заметно умень­шается.

Величина индикаторной мощ­ности определится по уравнению

Рис. 31. Зависимость коэффициента от степени сжатия для аммиачных бескрейцкопфных компрессоров сред­ней и большой производительности

Значение устанавливают путем экспериментальных ис­следований для каждого типа компрессоров в зависимости от отношения .

На рис. 31 даны примерные значения -для аммиачных компрессоров типа ВП и УП (вертикальное и угловое расположение цилиндров) с водя­ным охлаждением.

Для приближенного вычисления -можно пользоваться эмпи­рической формулой проф. И. И. Левина

где -коэффициент подогрева, определяемый по уравне­нию (19);

-температура кипения;

- коэффициент (для аммиачных горизонтальных машин

b= 0,002, для вертикальных b = 0,001, для фреоновых верти-кальных b = 0,0025).

Механический коэффициент полезного действия учитывает потери, вызываемые трением движущихся частей компрессора,

и представляет отношение индикаторной мощности компрессора к его эффективной мощности:

60 Действительный цикл паровой холодильной компрессионной машины

Мощность трения N_тр зависит главным образом от размеров компрессора и изменяется незначительно. Поэтому механический к. п. д. для данного компрессора зависит в основном от его наг-рузки . С увеличением нагрузки возрастает. У современ­ных компрессоров с вертикальным и угловым расположением

цилиндров , а у горизонтальных компрессоров

Полная или эффективная мощность, необходимая для компрес­сора,

где — эффективный коэффициент полезного действия.

Пример. У компрессора 4АУ-15 аммиачной холодильной ма­шины

Определить холодопроизводительность машины и мощность двигателя компрессора при стандартных условиях и при следую­щем рабочем режиме: температура кипения ; темпе­ратура конденсации t = 30° С; температура переохлаждения .

Для определения холодопроизводительности машины восполь­зуемся уравнением (25).

Теоретическую удельную объемную холодопроизводитель-ность аммиака принимаем из таблиц (приложение 3). Для стандар-тных условий (при и ) = 528,9 ккал/м³ =

=2210кдж/ м³, для рабочих условий (при

Коэффициент подачи при стандартных и рабочих условиях определим по графику (см. рис. 29, а); предварительно определим при помощи таблицы насыщенных паров аммиака (приложение 1)

отношение давлений .

Для стандартных условий

для рабочих условий

Соответствующие значения коэффициентов подачи

Характеристики холодильной машины 61

Определяем стандартную и рабочую холодопроизводительность машины:

Для стандартных условий по уравнениям (11) и (14)