В теоретическом цикле принимаем процесс сжатия изоэнтропным.
Действительная мощность, затрачиваемая на сжатие хладагента (индикаторная мощность), будет равна
,
где Nт – теоретическая мощность;
∆Ni – дополнительные затраты мощности на осуществление цикла в ступени поршневого компрессора. Эти потери учитываются с помощью индикаторного КПД
Мощность подводимая к валу компрессора (эффективная мощность) будет равна
,
где ∆Ni – дополнительные затраты мощности на преодоление механического трения и привод вспомогательных механизмов.
Эффективный КПД равен
.
Мощность, подводимая к клеммам электродвигателя определяется по формуле
,
где ηэл.дв – КПД электродвигателя;
ηпер – КПД передачи.
Лекция 4. Влияние режима работы на холодопроизводительность
Компрессора
Холодопроизводительностью машины или компрессора является количество теплоты, которое холодильная машина отнимает от охлаждаемой среды в единицу времени. Холодопроизводительность обозначают через Q0 (Вт).
|
|
Холодопроизводительность машины характеризуется массовым расходом холодильного агента в испарителе G (кг/с) и его массовой холодопроизводительностью q0 (Дж/кг)
где i1’ и i4 – энтальпии холодильного агента на выходе из испарителя и входе в него, Дж/кг.
Холодопроизводительность, подсчитанная по испарителю холодильной машины, должна соответствовать производительности компрессора, поэтому величину холодопроизводительности (Вт) выражают также произведением объемного расхода пара в компрессоре V (м3/с) и объемной холодопроизводительности qv (Дж/м3)
Объемный расход пара в компрессоре можно выразить через объем, описываемый поршнем Vh,
В этом случае
,
где v1 – удельный объем пара, засасываемого компрессором, м3/кг.
Объем, описываемый поршнем, определяется размерами цилиндра и частотой вращения вала
где D – диаметр цилиндра, м;
S – ход поршня, м;
n – частота вращения вала компрессора, c-1;
z – число цилиндров.
Для одного и того же компрессора при постоянной частоте вращения величина Vh неизменна. Объемная и массовая холодопроизводительности qv и q0, а также коэффициент подачи λ – величины переменные. Они зависят от температурного режима работы установки, особенно от температур кипения t0, конденсации tK и температуры перед регулирующим вентилем tn. Следовательно, холодопроизводительность компрессора – величина не постоянная и зависит от цикла работы холодильной машины.
На рис. 17, а показаны два цикла (1-2-3-4 и 1'-2'-3-4'), в которых температура конденсации одинаковая, а температуры кипения различные. Циклы изображены без переохлаждения жидкости, поэтому температура перед регулирующим вентилем будет соответствовать температуре конденсации.
|
|
Рис. 17. Циклы различных холодильных машин при различных
температурах кипения (а) и конденсации (б)
Из рис. 17, а видно, что с понижением t0 (t'0<t0) объемная холодопроизводительность qv= уменьшается, т.к. несколько уменьшается массовая холодопроизводительность (q'0 <q0) и значительно увеличивается удельный объем засасываемого компрессором пара v'1>v1 вследствие понижения давления в испарителе (p'o<p0). Коэффициент подачи λ компрессора с понижением р0 также уменьшается, так как при этом увеличивается степень сжатия . Следовательно, с понижением температуры и давления в испарителе холодопроизводительность компрессора уменьшается.
На рис. 17, б изображены два цикла (1-2-3-4 и 1-2'-3'-4'), в которых температура кипения одинаковая, а температуры конденсации разные. Объемная холодопроизводительность qv с повышением tк (t'к>tк) уменьшается, т.к. q'0<.q0, a v1 не изменяется. Коэффициент подачи с повышением tк также уменьшается. Следовательно, с повышением температуры конденсации холодопроизводительность компрессора уменьшается. Такое же влияние на холодопроизводительность оказывает температура переохлаждения жидкости перед регулирующим вентилем tn.
Таким образом, при разных температурах t0, tп и tк холодильная машина с одним и тем же компрессором имеет разную холодопроизводительность Q0. С повышением температуры кипения t0 и понижением температур конденсации tK и переохлаждения tп холодопроизводительность машины увеличивается, а с понижением t0 и с повышением tK и tn холодопроизводительность уменьшается. Температура кипения холодильного агента оказывает наиболее резкое влияние на холодопроизводительность.
При повышении t0 на 1 °С холодопроизводительность машин, работающих на аммиаке, увеличиваемся примерно на 6 %, а машин, работающих на R12 – на 4 %.Зависимость холодопроизводительности Q0 от температур кипения t0 и конденсации tK называется- характеристикой холодильных компрессоров.
Холодильные машины (компрессоры) можно сравнивать только при одинаковых температурных условиях работы, которые характеризуются температурами кипения to, конденсации tK, всасывания tвc и переохлаждения жидкости перед регулирующим вентилем tn. Сравнительные температурные режимы, принятые в СССР для холодильных машин, приведены в табл. 1.
Таблица 1
Сравнительный температурный режим | Температуры, °С | |||
t0 | tвс | tк | tп | |
Стандартный для машин: аммиачных; фреоновых; Плюсовой для условий кондиционирования воздуха Низкотемпературный для машин: фреоновых; аммиачных. | -15 -15 +5 -35 -30 | -10 +15 +15 -20 -30 | +30 +30 +35 +30 +35 | +25 +25 +30 +25 +30 |
В каталогах и справочниках холодопроизводительность компрессоров дается в сравнительных условиях работы. А машины практически работают при режимах, определяемых эксплуатационными или так называемыми рабочими условиями, которые, как правило, отличаются от сравнительных (стандартных). Температура кипения to поддерживается такой, какая требуется для охлаждаемого объекта, а температура конденсации tw определяется температурой и расходом охлаждающей, воды или воздуха. Температура воды и воздуха в свою очередь зависит от источника, климатических условий и времени года. Холодопроизводительность компрессора в рабочих условиях Q0 раб отличается от Q0 ст, указанной в каталогах и справочниках.
Зависимость между рабочей и стандартной холодопроизводительностью можно выразить следующими уравнениями:
;
.
По этим формулам можно пересчитать холодопроизводительность с одних температурных условий на другие. Однако такой пересчет рекомендуется только в том случае, когда отсутствуют графические характеристики компрессоров. Для моделей машин, серийно выпускаемых промышленностью, при определении холодопроизводительности в заданном режиме следует пользоваться графическими характеристиками Q0–t0, приведенными в каталогах и специальной литературе.
|
|
Раздел VII
Лекция 1. Сложные циклы паровых холодильных машин
Для получения низких температур в охлаждаемом объекте (например, в камерах для замораживания продуктов) в испарителе холодильной машины поддерживают низкую температуру кипения (ниже -25÷-30° С) при соответствующем низком давлении р0-. В связи с этим возрастает степень сжатия и происходят следующие изменения:
снижение холодопроизводительности машины вследствие уменьшения коэффициента подачи λ компрессора и увеличения парообразования при дросселировании в регулирующем вентиле;
увеличение нагрузки на механизм движения;
повышение температуры пара холодильного агента в конце сжатия, что может нарушить работу системы смазки компрессора и привести к другим нежелательным последствиям.
Температура пара в конце сжатия (нагнетания) является основным фактором, ограничивающим возможность применения цикла одноступенчатой холодильной машины. В современных компрессорах она не должна превышать 160 ° С.
Если при построении одноступенчатого цикла температура в конце сжатия будет выше 160 °С, что наблюдается при температурах кипения в испарителе ниже -25÷-30° С, следует применить двухступенчатую холодильную машину, а при температурах кипения ниже –70 °С – трехступенчатую или каскадную холодильную машину.
В цикле двухступенчатых машин пары сжимаются от давления кипения р0 до давления конденсации рк последовательно в двух цилиндрах (ступенях), а между ступенями сжатия пары охлаждаются водой или жидким холодильным агентом. Пар после первой ступени сжатия не удается охладить водой до температуры насыщения, соответствующей промежуточному давлению, и такое охлаждение водой называют неполным промежуточным. Охлаждение пара между ступенями сжатия до состояния насыщения называют полным промежуточным охлаждением. Для осуществления его используют жидкий холодильный агент.
|
|
Лекция 2. Цикл двухступенчатой паровой холодильной машины