Компрессорной холодильной установки

Цель работы:

изучение устройства и рабочего процесса компрессионной холодильной машины, экспериментальное определение параметров термодинамического цикла и анализ показателей эффективности.

Задачи работы:

1. Изучить устройства компрессионной холодильной машины.

2. Овладеть техникой измерения параметров состояния фреона – 22.

3.Уметь аналитически рассчитывать показатели эффективности работы холодильной машины.

Обеспечивающие средства

Экспериментальная установка, порядок проведения измерений и обработка результатов опыта.

Экспериментальная установка

Объектом испытаний является холодильник "Бирюса-2".

На холодильнике установлен унифицированный компрессионный агрегат, работающий на фреоне-22.

Основными элементами холодильника являются: собственно шкаф, холодильный агрегат и приборы управления.

Технические данные холодильника

Объем основной камеры, дм³ 154

Объем морозильной камеры, дм³ 15

Наружные размеры шкафа, мм 560´570х11

Наружная поверхность шкафа, м² 0,37825

Толщина изоляции шкафа, мм 5

Коэффициент теплопроводности теплоиз. шкафа, Вт/(м×К) 0,041

1–9 – медь-константановые термопары; 10 – термометр; 11 – термос;

12 – переключатель; 13– милливольтметр; 14 – амперметр; 15 – вольтметр;

16 – мотор-компрессор; 17 – конденсатор; 18 – дроссель; 19 – регенеративный теплообменник; 20 – испаритель; 21 – подключение к сети 220 В

Рисунок 3 – Схема холодильной установки

Компрессорный холодильный агрегат (рисунок 3) состоит из моторкомпрессора (16), испарителя (20) и конденсатора (17). В качестве дроссельного устройства используется капиллярная трубка (18). Для уменьшения энергетических потерь предусмотрен регенеративный теплообменник (19).

Для измерения температуры хладагента в различных местах холодильной машины используются медь-константановые термопары (1-9). Для измерения ЭДС установлен милливольтметр (13). Электроды термопар выведены к переключателю (12). Термопары имеют общий холодный спай (1), помещенный в термос (11). Здесь же установлен ртутный термометр (10). Для измерения напряжения и силы тока, потребляемых холодильником, установлены вольтметр (15) и амперметр (14).

Включение установки осуществляется выключателем (21).

3.1 Порядок выполнения работы

Ознакомившись с общим устройством холодильника, холодильным агрегатом и схемой измерения температур, можно с разрешения преподавателя приступить к выполнению работы.

Задать наиболее низкий температурный режим установкой регулятора в положение "X" - холод.

Включить в сеть милливольтметр (13) и тумблер выключателя (21).

По истечении 20 минут, необходимых для установления квазистационарного режима, приступить к измерениям. Для этого снимают показания всех приборов (8 термопар) три раза с интервалом 2-3 минуты.

Следующий режим устанавливается заданием новой мощности холодильника регулятором холода. Температура окружающего воздуха измеряется термометром (10), она же является температурой холодного спая.

Для выполнения работы необходимо исследовать два температурных режима, заданных преподавателем.

После выполнения работы выключить цифровой вольтметр и установку.

Результаты измерений занести в протокол (таблица 3.1).

Таблица 3.1 – Протокол записи наблюдений

№

режимов

№

замеров

Показания приборов

Тем-ра хол. спая

Сила тока

Напряжение

ЭДС

I, A

U, B

E₂

E₃

E₄

E₅

E₆

E₇

E₈

E₉

E₁, t₁, ^оC

1 2 3

3.2 Обработка результатов измерений

Мощность, потребляемая холодильником, Вт, рассчитывается по формуле

. (3.1)

Из трех замеров определяют среднюю ЭДС – .

По таблице (приложение Г) милливольты переводят в градусы Цельсия.

Температура определяется по формуле

, (3.2)

где t – измеряемая температура, °С;

– температура окружающей среды, °С;

– температура, найденная по таблице переводов с применением .

Таблица 3.2 – Протокол обработки результатов опыта

Определяемая величина и

её обозначение

Позиция

переключателя

Средняя ЭДС

Номера

режимов

Температура, °С Т₁ окружающего воздуха Т₂ воздуха внутри морозильной камеры Т₃ наружной стенки шкафа Т₄ внутренней стенки шкафа Т₅ воздуха внутри шкафа Т₆ стенки морозильной камеры Т₇ фреона на выходе из конденсатора Т₈ фреона на входе в компрессор Т₉ фреона на выходе из компрессора N потребляемая из сети мощность, кВт В барометрическое давление, мм рт. ст.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 - -

3.3 Определение параметров фреона-22 в переходных точках

термодинамического цикла

Прежде всего необходимо составить эскиз термодинамического цикла в T,S -координатах компрессорной холодильной установки и подготовить таблицу параметров в этих точках (таблица 3.2).

Определение параметров рекомендуется вести в следующем порядке. С помощью таблиц насыщенных паров фреона-22 (приложение Д) по значениям соответствующих температур, найденным из опыта, определяются абсолютные давления насыщенных паров в испарителе (р₆, р₇) и конденсаторе (р₃, р₄).

Рисунок 4 – Процессы, проходящие в холодильной установке

Затем на пересечении изобары 4-3-2 и изотермы Т₂ находят остальные параметры фреона-22 в точке (2). Они определяются с помощью таблицы перегретого пара фреона-22 (приложение Д).

Т₂ – температура фреона на выходе из компрессора.

Определяем параметры в точке (1), руководствуясь тем, что точка (1) принадлежит адиабате 1-2, а поэтому S₁ = S₂. Зная давление в точке р₁-р₆-р₇ и значение S_1, находим точку (1) и параметры этого состояния. По таблице насыщенных паров находим параметры точек (3), (4) и (7).

Энтальпия жидкого хладагента, кДж/кг, определяется по балансу энергии регенеративного подогревателя, который можно выразить в виде

. (3.3)

Из уравнения (3.3) находят энтальпию переохлажденного жидкого фреона на выходе из регенератора – .

С помощью таблицы определяют все остальные параметры кипящего фреона. По известным температурам и давлению в точке (6) с помощью таблицы и уравнения определяется степень сухости х

. (3.4)

Энтропия в точке S₆, кДж/(кг·К), определяется с помощью уравнения

, (3.5)

где – теплота парообразования;

– температура каления фреона.

Таблица 3.3 – Параметры точек цикла по рисунку 4

Название

величин

Обозначение величины

Номера переходных точек

Температура Абс. давление Удельный объем Энтальпия Энтропия Степень сухости

Т, К р, кПа u, м³/кг h, кДж/кг S, кДж/(кгК) х

Количество теплоты, отводимой из холодильной камеры одним килограммом хладагента, называется удельной холодопроизводительностью.

Отвод этого тепла и является полезным эффектом холодильной машины, который рассчитывается по формуле

, (3.6)

где – удельная холодопроизводительность;

– энтальпия сухого насыщенного пара;

– энтальпия влажного насыщенного пара.

Удельные энергозатраты определяются величиной работы, затраченной на сжатие и перемещение одного килограмма хладагента, т.е. технической работой привода компрессора.

По первому закону термодинамики

. (3.7)

Для неохлаждаемого герметичного компрессора =0.

Тогда

, (3.8)

где – работа компрессора, кДж/кг.

При охлаждении и конденсации паров хладагента тепло перегрева и теплота парообразования отдаются окружающему воздуху в помещении. По первому закону термодинамики удельная тепловая нагрузка конденсатора, кДж/кг, выразится так:

. (3.9)

Одним из показателей, характеризующих совершенство термодинамического цикла холодильной машины, является теоретический холодильный коэффициент. Он выражается отношением удельной холодопроизводительности к удельной теоретической работе:

, (3.10)