Схема и цикл паровой компрессионной холодильной машины

Принципиальная схема и термодинамический цикл в S, Т-диаграмме паровой компрессионной холодильной машины показаны на рис. 3.1 и 3.2. Основными элементами машины являются компрессор КМ, конденсатор КД, дроссельный вентиль ДВ и испаритель И, соединенные между собой трубопроводами.

Компрессор отсасывает пары холодильного агента из испарителя, сжимает их по адиабате 1 / –2 / с давле­ния кипения р₀ до давления конденсации р_к и нагнетает в конденсатор. В конденсаторе от холодильного агента отводится энергия холодной водой или окружающим воздухом и сжатые пары при постоянном давлении р_к и температуре Т_к конденсируется (изотерма 2 / – 3 / ). Жидкий холодильный агент из конденса­тора направляется через дроссельный вентиль в испари­тель. Проходя через дроссельный вен­тиль, холодильный агент дросселируется с давления кон­денсации р_к до дав­ления кипения р₀.

Рис. 3.1 — Схема паровой компрессионной холодильной машины:

КМ – компрессор, КД – конденсатор, ДВ – дроссельный вентиль,

При этом происходит понижение температуры холодиль­ного агента от Т_к до Т₀. Принимается, что процесс дрос­селирования идет при постоянной энтальпии. Поэтому процесс в дроссельном вентиле на рассматриваемой диаграмме изображается линией 3’–4′, представляющей собой изоэнтальпу. В испарителе холодильный агент ки­пит при постоянном давлении р₀ и температуре Т₀ (про­цесс 4’–1′).

Рис. 3.2 — Изображение цикла паровой компрессионной холодильной

машины в S, T-диаграмме

Пары холодильного агента в состоянии, характери­зуемом точкой 1′, засасываются компрессором.

Количество тепла q₀, отнимаемое 1 кг холодильного агента от охлаждаемой среды, на диаграмме пропорцио­нально площади а-b-1′-4′-а, а работа l, затрачи­ваемая на осуществление цикла и отнесенная тоже к 1 кг холодильного агента, – площади 1′-2′-3′-с-1′. Коэффициент цикла может быть выражен:

(3.1)

Дата добавления: 2015-03-07 ; просмотров: 1210 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Паровые компрессионные холодильные машины

В цикле паровой компрессионной холодильной машины про­исходит непрерывное фазовое превращение рабочего тела (ки­пение, а затем конденсация). Принципиальная схема односту­пенчатой паровой холодильной машины и ее рабочий цикл приведены на рис. 5.4. Основными элементами оборудования установки являются компрессор, конденсатор, детандер (расши­ритель) и испаритель. Цикл машины, представляющий собой обратный цикл Карно, происходит в области влажного пара.

Рис. 5.4. Схема паровой компресси­онной машины и ее цикл в Т, s — диа­грамме:

1 – испаритель; 2 –турбокомпрессор с электродвигателем; 3 –конденсатор;

Холодильный агент кипит в испарителе 1 при давлении р₀и температуре Т₀(линия 4–1 в Т,s–диаграмме). При этом отво­дится теплота q₀от охлаждае­мого тела.

Влажный пар из испари­теля засасывается компрессо­ром 2 и сжимается адиабати­чески до давления р₁(линия 1–2)с повышением темпера­туры до Т. Компрессор нагне­тает сжатый пар в конденса­тор, где пар конденсируется при постоянных давлении р и температуре Т (линия 2–3),от­давая охлаждающей воде теп­лоту q.

Жидкий хладоагент посту­пает в детандер 4 и расширя­ется адиабатно до давления р₀и температуры Т₀(линия 3–4),производя полезную работу за счет внутренней энергии. Далее хладоагент поступает в испаритель и рабочий цикл повторяется снова. Теплота, отведенная в испаритель q₀и отданная охлаж­дающей воде q,измеряется соответственно площадями 1–4–5–6 и 2–3–5–6,а работа, затраченная в цикле, – площадью 1–2–3–4. Холодильный коэффициент цикла, как указывалось выше, равен

Величины хладоагента q₀и q могут быть выражены через энтальпии

(5.13)

(5.14)

где i₁, i₂, i₄ – энтальпии пара соответственно в точках 1, 2 и 4 рабочего цикла (см. рис. 5.4); i₃ – энтальпия жидкости при давлении р и температуре Т; r₀– теплота парообразования при давлении р₀; x₁и x₄ – степень сухости пара в точках 1 и 4 ра­бочего цикла.

Дата добавления: 2016-01-18 ; просмотров: 1485 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Схема и принцип работы компрессионной холодильной машины

Парокомпрессионные холодильные машины являются наиболее распространёнными и универсальными устройствами. Если рассматривать холодильную технику, задействованную в сфере сервиса, то парокомпрессионная холодильная машина является главной частью любой установки и называется компрессионным холодильным агрегатом.

Холодильный агрегат компрессионного типа предназначен для осуществления главного процесса — охлаждения продуктов, жидкостей или воздуха, т.е. отбора их тепла и передачи его в окружающую среду. Иначе говоря, он предназначен для производства холода.

Компрессионный холодильный агрегат — это замкнутая герметичная система, внутри которой принудительно циркулирует хладагент, рабочее тело холодильной машины.

В качестве хладагента в современных холодильных установках используют газы, не разрушающие озоновый слой, и являющиеся различными производными углеводородов, как правило, это фреоны. Фреоны — это в нормальных условиях газы, жидкости, которых кипят при температурах: —29——50 °С. Основное назначение хладагента — перенос тепла продуктов во внешнюю среду. При работе агрегата компрессионного типа, вследствие совершения механической работы сжатия, происходит изменение агрегатного состояния хладагента из газа в жидкость, которая, испаряясь, отнимает теплоту продуктов, жидкостей или воздуха, а затем, на этапе конденсации (превращения газа в жидкость), отдает его в окружающую среду.

Рис. 2.1. Схема типового компрессионного холодильного агрегата : 1 — компрессор (осуществляет сжатие хладагента); 2- конденсатор (теплообменный аппарат, в котором происходит конденсация хладагента); 3 — фильтр осушитель; 4- капиллярная трубка (является дросселирующим элементом холодильного аппарата); 5 — испаритель (теплообменный аппарат, в котором происходит испарение хладагента); 6 — охлаждаемые продукты или среды; 7 — всасывающая трубка.

Поясним, принцип работы холодильного агрегата на примере холодильника для охлаждения продуктов. При включении холодильного агрегата начинает работать мотор-компрессор 1, который представляет собой поршневой насос, приводимый в движение электромотором. Хладагент сжимается поршнем компрессора до давления 8-10 атм. около 50 раз в секунду. Вследствие сжатия, температура хладагента повышается до уровня на 15-20 °С выше, чем температура окружающей среды. Из-за малой продолжительности сжатия хладагента, он не успевает отдать это тепло в окружающую среду, т.е. реализуется ^адиабатное сжатие (процесс, происходящий без изменения внутренней энергии, теплообмена). Затем сжатый до давления 8-10 атм. и «горячий» (на 15-20 °С выше температуры окружающей среды) хладагент попадает в конденсатор 2 —теплообменный аппарат, выполненный в виде трубчатого оребрённого змеевика (рёбра необходимы для увеличения площади теплообмена, т.е. повышения его эффективности при минимальных размерах). В теплообменном аппарате происходит охлаждение горячего хладагента, окружающим змеевик воздухом. Из-за чего и происходит конденсация, т.е. превращение хладагента в жидкость (давление в конденсаторе 8-10 атм. на входе и несколько ниже на выходе из него входе , температура на входе на 15-20 °С выше температуры окружающей среды, а на выходе близка к ней).

Из конденсатора жидкий хладагент, с температурой окружающей среды, попадает в фильтр-осушитель 3. В фильтре-осушителе, заполненном металлическими сетками с гранулами селикагеля, происходит задержание механических примесей и воды, содержащихся в хладагенте. Механические примеси образуются вследствие работы компрессора, а вода из-за химических реакций между хладагентом, маслом и присадками, необходимыми для предотвращения коррозии элементов агрегата.

Из фильтра-осушителя жидкий хладагент попадает в дросселирующий элемент агрегата — капиллярную трубку 4 (дросселирование — процесс понижения давления жидкости или газа вследствие сужения внутреннего диаметра трубопровода и трения о его внутренние стенки). Капиллярная трубка имеет проходной диаметр 0,8 — 1 мм и длину 5 — 6 м, диаметр капиллярной трубки много меньше, чем диаметр фильтра-осушителя. В ней происходит падение давления жидкого хладагента с 8-10 атм. до 1 атм. за счет трения жидкости о стенки капиллярной трубки. Однако вследствие трения происходит выделение тепла, что приводит к частичному закипанию жидкости (образование пузырьков). Для уменьшения такого нагревания хладагента капиллярная трубка «наматывается» на холодную всасывающую трубку.

Затем жидкий закипающий хладагент попадает в испаритель 5, представляющий собой листотрубный теплообменный аппарат, внутри которого находятся продукты. Вследствие испарения, а диаметр трубки испарителя 8-10 мм, происходит отбор тепла от продуктов, а температура опускается до температуры, близкой к температуре кипения (у современных холодильников -18^ -24 °С и даже ниже) при этом давление хладагента остаётся неизменным , т.е. около 1 атм. Эта температура несколько ниже, чем температура кипения из-за частичного закипания хладагента в капиллярной трубке и других потерь.

Холодные пары хладагента по всасывающей трубке 7 попадают в компрессор, и цикл продолжается пока он работает. Температура на входе всасывающей трубки -18 + -24 «С, а на выходе +15 + +20°С.

Таким образом, пока работает компрессор, продукты охлаждаются. Экономия электроэнергии достигается отключением компрессора, что приводит к медленному повышению температуры продуктов. Как только эта температура повышается до установленного терморегулятором предела, компрессор вновь включается и температура понижается, т.е. автоматически организуется экономичная прерывистая работа компрессора.

— простота конструкции; — наличие трущихся частей в -технологичность изготовления и компрессоре;

ремонта; — шум при работе, который

— экономичность при работе; возрастает при длительной

— простота эксплуатации; эксплуатации.

В зависимости от вида холодильного компрессора парокомпрессионные машины подразделяются на поршневые, турбокомпрессорные, ротационные и винтовые. Для повышения экономической эффективности холодильной машины (снижения затрат энергии на единицу отнятого от охлаждаемого тела количества теплоты) иногда перегревают пар. всасываемый компрессором, и переохлаждают жидкость перед дросселированием. По этой же причине для получения температур ниже -30 °С используют многоступенчатые или каскадные холодильные машины. В многоступенчатых холодильных машин сжатие пара производится последовательно в несколько ступеней с охлаждением его между отдельными ступенями. При этом в двухступенчатых холодильных машинах получают температуру кипения хладагента до -80 °С (см. рис.2.2). В каскадных холодильных машинах, представляющих собой несколько последовательно включенных холодильных машин, которые работают на различных, наиболее подходящих по своим термодинамическим свойствам для заданных температурных условий хладагентах, получают и более низкую температуру кипения.

Рис. 2.2. Двухкаскадная компрессионная холодильная машина.

Схема и цикл паровой компрессионной холодильной машины

Принципиальная схема и термодинамический цикл в S, Т-диаграмме паровой компрессионной холодильной машины показаны на рис. 3.1 и 3.2. Основными элементами машины являются компрессор КМ, конденсатор КД, дроссельный вентиль ДВ и испаритель И, соединенные между собой трубопроводами.

Компрессор отсасывает пары холодильного агента из испарителя, сжимает их по адиабате 1 / –2 / с давле­ния кипения р₀ до давления конденсации р_к и нагнетает в конденсатор. В конденсаторе от холодильного агента отводится энергия холодной водой или окружающим воздухом и сжатые пары при постоянном давлении р_к и температуре Т_к конденсируется (изотерма 2 / – 3 / ). Жидкий холодильный агент из конденса­тора направляется через дроссельный вентиль в испари­тель. Проходя через дроссельный вен­тиль, холодильный агент дросселируется с давления кон­денсации р_к до дав­ления кипения р₀.

Рис. 3.1 — Схема паровой компрессионной холодильной машины:

КМ – компрессор, КД – конденсатор, ДВ – дроссельный вентиль,

При этом происходит понижение температуры холодиль­ного агента от Т_к до Т₀. Принимается, что процесс дрос­селирования идет при постоянной энтальпии. Поэтому процесс в дроссельном вентиле на рассматриваемой диаграмме изображается линией 3’–4′, представляющей собой изоэнтальпу. В испарителе холодильный агент ки­пит при постоянном давлении р₀ и температуре Т₀ (про­цесс 4’–1′).

Рис. 3.2 — Изображение цикла паровой компрессионной холодильной

машины в S, T-диаграмме

Пары холодильного агента в состоянии, характери­зуемом точкой 1′, засасываются компрессором.

Количество тепла q₀, отнимаемое 1 кг холодильного агента от охлаждаемой среды, на диаграмме пропорцио­нально площади а-b-1′-4′-а, а работа l, затрачи­ваемая на осуществление цикла и отнесенная тоже к 1 кг холодильного агента, – площади 1′-2′-3′-с-1′. Коэффициент цикла может быть выражен:

(3.1)