Цикл парокомпрессорной холодильной установки

Идеальным циклом холодильных машин является обратный цикл Карно (рис. 9.1.).

Обход контура осуществляется против часовой стрелки.

В результате осуществления этого цикла затрачивается внешняя работа над рабочим телом (), которая идет на отбор тепла (q ₂) более нагретому телу ().

Показателем эффективности цикла является отношение отведенной от охлаждающей среды теплоты (произведенного холода) к затраченной работе () и называется холодильным коэффициентом: .

Рис. 9.1. Обратный цикл Карно:

q ₂ – полученное отобранное рабочим телом тепло (Дж/кг);

q ₁– отданное рабочим телом тепло (Дж/кг)

Для обратного цикла Карно

Холодильный коэффициент обратного цикла Карно (обратимый процесс) имеет наибольшее значение по сравнению с другими циклами холодильных машин, осуществляемыми в том же интервале температур теплоисточников.

В парокомпрессорных холодильных установках рабочим телом (хладагентом) является низкокипящие вещества – аммиак (NH₃), углекислота (СО₂),сернистый ангидрид (SО₂), фреоны и т.д. Значения термодинамических параметров берутся из таблицы термодинамических свойств хладагентов.

Принципиальная схема установки представлена на рис. 9.2, соответствующая T-s -диаграмма цикла – на рис. 9.3, h-s- диаграмма цикла – на рис. 9.4. (обход контура – против часовой стрелки!).

Установка, реализующая цикл, представленный на рис. 9.3, 9.4, работает следующим образом. Подаваемый на вход компрессора пар (P = P₂, Т = T_s (P ₂), X≈1 адиабатно сжимается в компрессоре до давления P₁> P₂ (участок 1-2) и переходит в перегретое состояние. В конденсаторе перегретый пар сначала охлаждается до X =1 (участок 2-3), затем, конденсируясь при том же давлении P ₁ и Т = T_s (P ₁), охлаждается до X =0 (участок 3-4). На участке 2-3-4 в изобарном процессе (P = P₁ =const) в окружающую среду хладагентом передается тепло q ₁.

Рис. 9.2. Схема парокомпрессорной холодильной установки (ПКХУ): КП – компрессор; ЭД – электродвигатель;

КН – конденсатор; ДВ – дроссельный (редукционный) вентиль; ИС – испаритель; q ₂ – полученное в цикле хладагентом тепло;

q ₁ – отданное в цикле хладагентом тепло

Рис. 9.3. T-s -диаграмма цикла ПКХУ:

АК – жидкость на линии насыщения (Х =0); КВ – сухой насыщенный пар (Х =1); линия «2–3–4» – изобара P = P₁; линия «5–1» – изобара P = P₂; h ₄= h_s = h ′(P₁); s ₄= s (P₁)= s ₅

Рис. 9.4. h-s - диаграмма цикла ПКХУ

В дроссельном (редукционном) вентиле (т. 4–5) происходит процесс адиабатного дросселирования (изоэнтальпийный процесс – эффект Джоуля-Томсона). Этот процесс адиабатный (∆ q =0), но принципиально необратимый и поэтому неизоэнтропийный (∆ s=s₅ – s₄ > 0). При использовании расширительного цилиндра (детандера) вместо дроссельного вентиля процесс, практически, изоэнтропийный (участок 4–5¢).

Наконец, в испарителе (участок 5–1) по изобаре-изотерме влажный насыщенный пар, отбирая тепло q ₂ у охлаждаемой среды, переходит в состояние «сухой насыщенный пар» (X =1).

Холодильный коэффициент (ε) цикла, как это видно из рис. 9.4

(, , ; ).

Основной характеристикой холодильной установки является холодопроизводительность (Q ₀) – количество тепла, отбираемое от охлаждаемой среды (полученное хладагентом) в единицу времени ([ Q ₀]=Вт). Так как в наших обозначениях q ₂ – это количество тепла, отбираемое 1 кг хладагента от охлаждаемой среды, то

,

где G – массовый расход хладагента ([ G ] = кг/c).

По определению, , следовательно,

,

где GA ₀– мощность компрессора (теоретическая).

Формализм решения задач этого раздела и задач предыдущего раздела (цикл Ренкина) практически один и тот же.

Дата добавления: 2015-10-29