Практическая работа 2. Расчет температурных условий работы холодильной установки

Задание. Найти при каких условиях и при каком коэффициенте рабочего времени установится соответствие между производительностью отдельных элементов холодильной установки, характеризуемых следующими данными:

компрессор марки ФУ12 с частотой вращения 24 об/c;

холодильный агент фреон R-22;

в компрессор поступает пар, перегретый на 15 ºС;

температура камеры t_к = 0 ºС;

поверхность охлаждающих приборов в камере F₀ = 130 м²;

коэффициент теплопередачи k₀ = 12 Вт/м²·К;

температура конденсации t_конд = 32 ºС;

давление конденсации Р_конд = 1,35 МПа;

температура наружного воздуха, окружающего камеру t_н = 25 ºС.

Теплоприток считать только через ограждения камеры; поверхность ограждений F_н = 800 м²; коэффициент теплопередачи ограждений k_н = 0,6 Вт/м²·К.

Найти также необходимую площадь проходного сечения регулирующего вентиля. Определить, как изменяется температура кипения, температуру камеры и проходное сечение регулирующего вентиля при тех же температурах конденсации и наружного воздуха, если компрессор будет работать непрерывно при коэффициенте рабочего времени b = 1.

Решение:

1. Для построения характеристики компрессора следует воспользоваться выражением для его холодопроизводительности:

где λ – коэффициент подачи компрессора;

V_h – объем, описываемый поршнем компрессора. Для компрессора ФУ12 при n = 24 об/c объем V_h = 0,0172 м³/c;

q₀ – удельная массовая холодопроизводительность рабочего тела; q₀ = i₁ – i₄, кДж/кг;

v₁ – удельный объем пара при входе в компрессор в м³/кг.

При постоянной температуре конденсации величины λ, q₀ и v₁ зависят от температуры кипения. Характеристику строим для температур кипения t₀ -25ºС, -20 ºС, -15 ºС, -10 ºС, -5 ºС, 0 ºС, 5 ºС. Результаты вычисления холодопроизводительности компрессора при различных температурах кипения сведены в табл. 2. Изображение цикла холодильной машины и обозначение узловых точек цикла дано на рис. 4. По данным для Q_0км построена линия на рис. 5.

Табл. 2 – Холодопроизводительность компрессора при различных температурах кипения

t0, ºC	Р0, МПа	t1, ºC	v1, м3/кг	i1–i4, кДж/кг		λ	qv, кДж/м3	Q0км, кВт
-25	0,2	-10	0,125	163	6,75	0,64	1304	14,35
-20	0,25	-5	0,1	168	5,4	0,68	1680	19,6
-15	0,3	0	0,082	170	4,5	0,73	2073	26
-10	0,34	5	0,07	178	3,97	0,76	2543	33,2
-5	0,42	10	0,06	180	3,13	0,79	3000	40,76
0	0,5	15	0,05	182	2,7	0,82	3640	51,33
5	0,59	20	0,045	185	2,29	0,85	4111	60,1

Рис. 4 – Цикл холодильной машины в диаграмме lgP-i

2. Характеристика испарителя строится по выражению для холодопроизводительности испарителя:

которое представляет собой уравнение прямой линии в координатах t – Q₀. Эта прямая линия выходит из точки на оси абсцисс, соответствующей температуре помещения t_к, и проводится под углом α к оси абсцисс, тангенс которого равен:

На рис. 5 построение выполнено в таких масштабах: по оси ординат 7 мм = 10000 Вт, следовательно, линейный масштаб ; по оси абсцисс 13 мм = 5 ºС, следовательно, линейный масштаб Значит:

Построенная под этим углом характеристика испарителя Q_0и пересекает характеристику компрессора в рабочей точке А, абсцисса которой t₀ = - 16,4 ºС и ордината Q_0км = 25 кВт.

3. Характеристика охлаждаемого помещения строится по выражению для внешнего теплопритока:

которое представляет собой также уравнение прямой линии в принятых координатах. Эта прямая выходит из точки на оси абсцисс, соответствующей температуре наружного воздуха t_н, и проводится под углом β к оси абсцисс, причем:

Построенная под этим углом характеристика помещения Q_н пересекает перпендикуляр, восстановленный из точки t_к = 0 ºС, в точке В, ордината которой дает величину теплопритока в помещение при этой температуре Q_н = 11,6 кВт.

Рис. 5 – Характеристики холодильной машины и охлаждаемого помещения

4. Коэффициент рабочего времени:

При непрерывной работе компрессора (b =1) температура камеры будет понижаться ниже заданного значения, так как Q_0км > Q_н. Построение, выполненное на рис. 5, позволяет найти температуры, при которых установится равновесие. Это и (точка А^’) при Q_0км = Q_н = 18,3 кВт.

5. Уравнение гидравлической характеристики регулирующего вентиля имеет вид:

где µ – коэффициент расхода. Если протекание жидкости через дроссельное отверстие сопровождается парообразованием, как это происходит в регулирующем вентиле, то считают для аммиачных дроссельных устройств µ = 0,35…0,40; для фреоновых µ = 0,5…0,6, так как во фреоновых машинах удается обеспечить большее переохлаждение, что уменьшает относительное парообразование при дросселировании; принимаем µ = 0,55;

Р_конд – давление конденсации при t_к = 32 ºС, Па;

Р₀ – давление кипения при t₀ = -16,4 ºС, Па;

f – проходное сечение регулирующего вентиля;

ρ_а – плотность протекающей жидкости в состоянии перед регулирующем вентилем; при t_конд = 32 ºС насыщенный жидкий фреон R-22 имеет ρ_а = 1165 кг/м³.

Количество жидкости, протекающей через вентиль:

где значение энтальпии в точке 4 i₄ определяется по диаграмме lgP-i для R-22 при t₀ = -16,4 ºC и P₀ = 0,28 МПа.

В данных условиях должно быть:

Для нахождения других точек гидравлической характеристики можно воспользоваться данными табл. 2. Вычисление произведено в табл. 3 для данного открытия регулирующего вентиля, характеризуемого f = 5,8 мм².

По данным табл. 3 на рис. 5 нанесена кривая Q_0рв – характеристика регулирующего вентиля.

Табл. 3 – Определение параметров точек гидравлической характеристики регулирующего вентиля

t0, ºC	P0, Па	Рконд-Р0, Па	Ga, кг/c	i1-i4, кДж/кг	Q0РВ, кВт
32	1,35·106	0	0	0	0
5	0,59·106	0,76·106	0,134	185	24,8
-5	0,42·106	0,93·106	0,148	180	26,7
-20	0,25·106	1,1·106	0,161	168	27,13