Цикл паровой холодильной машины с дросселированием в области влажного пара

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 7Следующая ⇒

                                                                   12

Цикл паровой холодильной машины с детандером в области влажного пара. Цикл такойпростейшей холодильной машины осуществляется в двухфазной области состояния вещества. Он содержит четыре линии, которые соответствуют четырем процессам в основных элементах паровой компрессорной холодильной машины (рис. 3.2). Компрессор Iотбирает пар холодильного агента из испарителяIV, поддерживая в нем постоянное низкое давлениеР0, адиабатически сжимает пар в процессе 1, 2 и проталкивает в конденсаторII. В конденсаторе от каждого килограмма холодильного агента отводится теплотаqk, в результате чего он конденсируется. Процесс конденсации 2, 3 протекает при постоянных давленииРки температуреtk, величины которых зависят от температуры теплоотводящего источника (проточной воды, либо охлаждающего воздуха). Конденсат в состоянии 3 поступает в детандер (расширительный цилиндр)III, где происходит адиабатическое снижение давления жидкости отРkдо первоначальногоР0в процессе 3, 4. Состоянию холодильного агента 4 соответствует парожидкостная смесь с преимущественным содержанием жидкой фазы.

Рис. 3.2. Цикл в T,s-диаграмме и принципиальная схема холодильной машины с детандером.Эта смесь подается в испаритель, где кипит при постоянных Р0,t0, отбирая у охлаждаемого тела теплотуq0(ранее эта теплота была названа удельной холодопроизводительностью).

Таким образом, в результате осуществления цикла у охлаждаемого тела была отнята теплотаq0, при низкой температуреt0, которая в компрессоре холодильной машины была трансформирована к более высокой температуреtки в количествеqкпередана окружающей среде. При этом холодильный агент дважды изменял свое агрегатное состояние: в испарителе, где кипящая жидкость превратилась в пар, и в конденсаторе, где пар снова превратился в жидкость. Также как и рассмотренный ранее цикл газовой холодильной машины, приведенный здесь цикл паровой холодильной машины состоит из двух адиабат (1, 2 и 3, 4) и двух изобар (2, 3 и 4, 1). Но, поскольку в области влажного пара изобары совпадают с изотермами, с полным основанием можно считать, что рассматриваемый цикл состоит из двух адиабат и двух изотерм. Следовательно, теоретический цикл паровой компрессорной холодильной машины, протекающий в области влажного пара, при определенных допущениях можно идентифицировать с обратным циклом Карно Естественно, что реализация такого цикла в реальных условиях невозможна уже по той причине, что цикл Карно предполагает нулевой температурный напор в теплообменных аппаратах холодильной машины. А это невозможно осуществить.

Холодильный коэффициент рассматриваемого цикла можно рассчитать по известной формуле:

где lк– удельная работа сжатия в компрессоре;

lд– удельная работа расширения в детандере.

Циклы реальных паровых холодильных машин существенно отличаются от теоретического цикла, осуществляемого в области влажного пара. Рассмотрим некоторые отступления от этого цикла.

                                                                13

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 Рк – 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 Рк 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 Gп + Gж=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 li=i2-i1, или определяется площадью 23'351bd2.Теплота отведенная в конденсаторе равна сумме подведенной энергии к циклу: qк=q0+li,– это так называемое уравнение энергетического баланса цикла. На T, s–диаграмме qк отображается площадью 2354ad2. Но так как i3=i4, то легко доказать, что площади 3f53 и acf4 равны, следовательно qк 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.

Познавательные статьи:



Коммуникативные барьеры и пути их преодоления

Рынок недвижимости. Сущность недвижимости

Решение задач с использованием генеалогического метода

История происхождения и развития детской игры