Бу сығымдағышты тоңазытқыш машина циклдарының жылулық есебі

1-ші мысал. Бір сатылы аммиакты тоңазытқыш машинасының циклының есебі.

Алғашқы деректер:
қайнау температурасы t₀ = -10 ⁰С

шықтану температурасы t_k = +30 ⁰С

тоңазытқыш зат R-717 (аммиак)

Тоңазытқыш машинасының жылулық есебін есептеу үшін берілген алғашқы деректерді T-S немесе lg P-i диаграммаларына салудан бастайды.

Бұл мысалда келтірілен алғашқы деректер тоңазытқыш машинасының циклын толық T-S немесе lg P-i диаграммаларында тұрғызуға жеткіліксіз болып тұр. Сол себебті жеткіліксіз болып тұрған параметрлерді анықтаймыз: тоңазытқыш затының сығымдағыш машинасына кірер алдындағы температурсын (t_вс) және реттегіш вентилге кірер алдындағы температурасын (t_по).

Аммиакты тоңазытқыш манинасы үшін:

t_no=t_к-3 ⁰С – тоңазытқыш затының шықтандырғышта аса сууы:

t_no=t_к-(5÷10)⁰С -тоңазытқыш затының сумен суытылатын бу суытқыштағы аса суыуы.

t_вс= t_o + (5÷10) °C (2.120)

Егер алғашқы деректерде тоңазытқыш затының шықтану температурасы берілмесе онда оны мына теңдеумен анықтауға болады:

t_к =t_w1 + (3÷4) °С

t_w2 = t_w1 +(2÷6)°С (2.121)

мұндағы: t_w1, t_w2 -судың шықтандырғышқа кірер және шыққан уақыттағы температуралары.

Судың шықтандырғышқа кірер алдындағы температурасы t_w1 тоңазытқыш машинасын сумен қамтамасыздау жүйесіне байланысты болады. Егер айналымдағы су болса онда ол:

t_w1 =t_м.т. + (3÷4)°C (2.122)

мұндағы: t_м.т. –ылғалдағы термометр температурасы, I – d диаграмманы қолдана отырып анықтайды.

Ал егер тоңазытқыш машинасын сумен қамтамасыз ету үшін өзен суы қолданылса:

t_м.т. =t_в + (6÷8)°C (2.123)

мұндағы: t_в - ауа температурасы.

Тоңазытқыш машинасының циклын диаграммада тұрғызу қайнау t₀ жене шықтану t_K изотермаларын анықтаудан бастайды. Ол үшін диаграммада-10⁰С, +30⁰С сәйкес келетін t=const сызықтарын анықтайды. Бұл сызықтар диаграммада абсцисса осіне параллель тоңазытқыш затының бу сұйық аймағында орналасады.

42-суретте тоңазытқыш машинасының цикл есебі және lgP-i диаграммасындағы көрсетілуі келтірілген.

42-сурет. Бір сатылы аммиакті тоңазытқыш машинасының циклы (а) және оны жылулық диаграммадағы кескіні (б).

Диаграммадағы циклдың негізгі нүктелерін қарастырайық.

1-нүкте тоңазытқыш затының буландырғыштан шыққан күйін сипаттайды және ол t₀ = -10⁰С түзу сызығымен х=1 қисық сызығы қиылысқан нүктеде орналасады;

1'–нүкте - тоңазытқыш затының сығымдағыш машинасына кірер алдындағы күйі. Диаграммада бұл нүкте t₁' = t_вс изотермасымен Р₀ изобара қиылысқан жерде орналасады;

2–нүкте-тоңазытқыш затының сығымдағыш машинасынан сығымдалып шыққан күйін сипаттайды. 1' –ші нүктеден жүргізілген адиабаттық (S=const) және Р_к изобара сызықтарының қиылысқан нүктесі оның диаграммада орналасқан жерін көрсетеді;

3–нүкте- тоңазытқыш затының шықтандырғыш аппаратынан аса суытылып шыққан күйін сипаттайды. Бұл нүкте диаграммада Р_к изобарасының сұйық дененің сол жағында орналасқан х=0 қисық сызығымен қиылысқан жерінде орналасқан;.

4–тоңазытқыш заттың дросселдеу вентиліне кірер алдындағы күйін сипаттайды. Диаграммада бұл нүкте шықтандырғыш аппаратының құрылымы және оның суу дәрежесімен анықталынады. Егер тоңазытқыш затты шықтандыру үшін сумен суытатын аппарат қолданылса, онда бұл нүктедегі тоңазытқыш затының температурасы мына теңдеумен анықталынады (8-сурет):

t₄ = t_к -(5÷10)°C (2.124)

Диаграммада 4- нүкте орны t₄ изотермиясымен Р_к изобарасы қиылысқан нүктеде орналасады.

5–тоңазытқыш затының дросселдеу вентилінен кейінгі күйін сипаттайды. Диаграммада бұл нүкте 4-нүктеден жүргізілген изоэнтальпия сызығымен Р₀ изобара сызықтары қиылысқан нүктеде орналасады.

Сонымен диаграммада көрсетілген сызықтар тоңазытқыш машинасының циклын сипаттайды:

5 -шінүктемен 1 -шінүкте аралығы – тоңазытқыш затының буландырғыш аппаратында қайнауы;

1-1' үрдісі - тоңазытқыш затының буландырғышпен сығымдағыш машинасының арасындағы қызуы;

1-2 үрдісі - тоңазытқыш затын сығымдағыш машинасында Р₀ - ден Р_к –ға дейін сығымдау;

2-3 үрдісі- тоңазытқыш затының шықтандырғыш аппаратында шықтануы;

3-4 үрдісі – сұйық тоңазытқыш затының сумен суытылатын суытқыш аппаратындағы сууы;

4-5 үрдісі-тоңазытқыш затының реттегіш вентильінде дросселденуі.

1 Кесте- Циклдағы негізгінүктелерінің термодинамикалық параметрлері

Нүкте реті	температура	Қысым	энтальпия	меншікті көлем
^0С	К	Бар	МПа	ккал/кг	кДж/кг	м^3/кг
	-10		2,9	0,29
1'			2,9	0,29			0,45
	+98		11,9	1,19
	+30		11,9	1,19
	+25		11,9	1,19
	-10		2,9	0,29

Кестеде келтірілген көрсеткіштерді қолдана отырып циклды сипаттайтын көрсеткіштерді анықтауға болады. Циклдың жылулық есебін төменгі ретпен анықтайды.

1. Меншікті массалық суық өнімділігі:

q₀=i₁ – i₅=1665-530=1135 кДж/кг. (2.125)

2.Меншікті көлемді суық өнімділігі:

q_v=q₀/V₁'=1135/0,45=2522 кДж/кг. (2.126)

3. Шықтандырғыш аппаратында тоңазытқыш затынан алынатын жылу мөлшері:

q_к=i₂ – i₃=1825-550=1345 кДж/кг. (2.127)

4. Сумен суытылатын аппаратын тоңазытқыш затынан алынатын жылу мөлшері:

q_по=i₂ – i₃=1825-550=1345 кДж/кг. (2.128)

5. Сығымдағыш машинасындағы адиабаталық жұмыс:

l_а= i₂ – i'₁=1895-1690=205 кДж/кг. (2.129)

6. Тоңазытқыш коэффициенті:

ε = = 5,54 (2.130)

2- ші мысал. Бір сатылы фреонді тоңазытқыш машинасының циклын есептеу.

Алғашқы деректер:

тоңазытқыш затының қайнау температурасы t₀ = -20 ⁰С

тоңазытқыш затының шықтау температурасы t_k = +30 ⁰С

тоңазытқыш зат түрі фреон R-22

Цикл схемасы және оны lgP-i диаграммасында кескіндеу 44 - суретте келтірілген.

43-сурет. Бір сатылы фреонды тоңазытқыш машинасының цилы (а) және оны жылулық диаграммада тұрғызылуы (б).

lgP-i диаграммасында 1' және 4 нүктелерінен басқа цикл нүктелерін алдыңғы мысалдағыдай табылады. 1' нүктесіндегі t_1' = t_вс =15÷18⁰С тең деп алады. Ал t_по температурасын табу үшін регенеративтік жылу алмасу аппараты үшін жылулық баланс құрастырамыз. Қарастырылып отырған мысал үшін:

i₃ + i₁= i₄ + i_1' (2.131)

осыдан

i₄ = i₃ + i₁ -i_1' = i₃ – (i_1' – i₁) (2.132)

lgP-i диаграммасында 4-ші нүкте i₄ изоэнтальпиясы бойынша жүргізілген сызықпен Р_к изобара арқылы жүргізілген сызықпен қиылысында орналасады.

Диаграммадан табылған циклдың негізгі нүктелері 2-ші кестеде келтірілген.

Циклдың жылулық есебі реті төменде келтірілген.

1. Меншікті массалық суық өнімділігі:

q₀= i₁ – i₅=544-410=134 кДж/кг. (2.133)

2. Меншікті көлемді суық өнімділігі:

q_v= q₀/V₁' = 134/0,13 = 1030 кДж/кг. (2.134)

2 кесте- Циклдағы негізгінүктелерінің термодинамикалық параметрлері

нүктелер реті	температура	Қысым	энтальпия	меншікті көлем
^0С	К	бар	МПа	ккал/кг	кДж/кг	м^3/кг
	-20		1,3	0,13
1'	+15		1,3	0,13			0,13
	+62		8,0	0,8
	+30		8,0	0,8
	+20		8,0	0,8
	-20		1,3	0,13

3. Шықтандырғыш аппаратында тоңазытқыш затынан алынатын жылу мөлшері:

q_к = i₂ – i₃ = 595-430 =165 кДж/кг. (2.135)

4. Сығымдағыш машинасындағы адиабаталық жұмысы:

l_а = i₂ – i'₁ =595-564 = 31 кДж/кг. (2.136)

5. Тоңазытқыш коэффициенті:

(2.137)

3-ші мысал. Екі сатылы екі регенеративті жылу алмасу аппараты бар фреонды тоңазытқыш машинасының циклының есебі

Алғашқы деректер:

суық өндірімі Q_о = 83 кВт

тоңазытқыш затының қайнау температурасы t_o = - 40 ⁰С

тоңазытқыш затының шықтану температурасы t_к = +43 ⁰С

тоңазытқыш зат түрі фреон R-22.

Алдын ала диагрммадан t₀ және t_к бағаналары бойынша Р_о, Р_к тауып алып мына теңдеумен аралық қысымды анықтаймыз:

Р_т = = = 0,41 МПа (2.138)

Тоңазытқыш затының бірінші сатыда жұмыс істейтін сығымдағыш машинасына кірер алдындағы температурасы:

t_вс= t_o + 40 = - 40 + 40 = 0°C (2.139)

Цикл схемасы және оны lgP-i диаграммасында кескіні 46-суретте көрсетілген.

44- сурет. Екі сатылы фреонды тоңазытқыш машинасының циклы (а) және оны жылулық диаграммада кескіні (б).

Циклдың негізгі нүктелерінің диаграммада орналасуын анықтайық.

1-нүкте Р_о және t_вс сызықтарының қиылысқан жерінде орналасады;

1' – нүкте– тоңазытқыш затының бірінші сатыда жұмыс істейтін сығымдағыш машинасына кірер алдындағы күйін сипаттайды. Бұл нүкте t_1'=t_вс изотермасымен Р_о изобарасы қиылысқан жерде орналасады;

2- нүкте бірінші (төменгі) сатыда жұмыс істейтін сығымдағыш машинасынан сығылып шыққан тоңазытқыш затының күйін сипаттайды. 1'–нүктеден жүргізілген адиабаттың (S=const) Р_m жүргізілген изобарамен қиылысқан жерінде 2-ші нүкте орналасады;

3-нүкте–тоңазытқыш затының сумен суытылатын жылуалмастырғыш аппаратынан шыққан күйін сипаттайды. Бұл нүкте t₃ изотермиясымен Р_m изобарасы қиылысқан жерде орналасады:

t₃ = t_w2 + (5÷7)⁰C (2.140)

мұндағы: t_w2 – сумен суытылатын жылуалмасу аппаратын шығатын су температурасы;

4- нүкте - i₄ изоэнтальпиясымен Р_m изобарасы қиылысқан жерінде орналасады;

5-екінші (жоғарғы) сатыда жұмыс істейтін сығымдағыш машинасынан сығылып шыққан тоңазытқыш затының күйін сипаттайда. 5- нүкте 4- нүктеден жүргізілген адиабатпен (S=const) Р_к изобарасы қиылысқан жерде орналасады;

6 –нүкте – тоңазытқыш затының сұиылтқыш аппаратынан шыққан күйін сипаттайда және ол нүкте t_к изотермасымен диаграмманың сол жағында орналасқан шекаралық қисық сызығымен қиылысқан жерінде орналасады;

11-нүкте–тоңазытқыш затының екінші реттегішпен дроссельденіп шыққан күйін сипаттайды;

i₄ изоэнтальпиясын жылулық балансын түзу арқылы анықталынады (45- суреттің а) қара).

а - бөлшек үшін жылулық тепе-теңдік теңдеуі

G_н·i₃+(G_в-G_н)·i₁₀ = G_в·i₄ (2.141)

i₄ = (2.142)

Бұл теңдеуден i₄ энтальпиясының мағанасын анықтау үшін жоғары сатыда айналыста жүрген тоңазытқыш заттың шамасын анықтау қажет. Ол үшін I- бөлшекке жылулық тепе-теңдік теңдеуін жасау керек (45- суреттің б) қара).

б - бөлшек үшін жылулық тепе-теңдік теңдеуі мынадай болады:

G_в·i₆+G_н·i₁ = G_н·i₈+ G_н·i'₁+ (G_в-G_н)·i₁₀, (2.143)

G_н(i₁-i₈-i'₁+i₁₀) = G_в(i₁₀-i₆), (2.144)

осыдан

(2.145)

7- нүкте i₇ изоэнтальпиясымен Р_к изобарасы қиылысқан жерінде орналасады. Бұл жерде i₇ изоэнтальпиясын тағыда жылулық тепе-теңдік теңдеуін құру арқылы анықталынады (45- суреттің в) қара):

в - бөлшегі үшін жылулық баланс теңдеуі:

G_в(i₆-i₇) = G_н(i_1' - i₁) (2.146)

(2.147)

45- сурет. Бөлшектер схемасы

8- нүкте t₈ изотермасымен Р_к изобарасы қиылысқан жерінде орналасады:

t₈ = t₉+(5÷7)⁰C = t_m+(5÷7)⁰C. (3.120)

Циклдың негізгі нүктелеріндегі термодинамикалық параметрлерін төменгі 3-кестеге түсіреміз

3 кесте- Циклдағы негізгінүктелерінің термодинамикалық параметрлері

Нүктелер реті	температура	Қысым	энтальпия	меншікті көлем
^0С	К	Бар	МПа	ккал/кг	кДж/кг	м^3/кг
	-40		1,1	0,11
1'			1,1	0,11			0,23
	+63		4,1	0,41
	+45		4,1	0,41
	+35		4,1	0,41			0,07
	+100		15,0	1,5
	+45		15,0	1,5
	+30		15,0	1,5
	+2		15,0	1,5
	-5		4,1	0,41
	-5		4,1	0,41
	-40		4,1	0,41

Екі сатылы фреонды тоңазытқыш машинасының жылулық есебі төменгі параметрлерді анықтаумен сипаттанылады:

1. Меншікті массалық суық өнімділігі:

q₀ = i₁-i₁₁ = 590 - 402 = 188 кДж/кг (2.148)

2. Меншікті көлемді суық өнімділігі:

q_v = q₀/V₁' =188/0,213 = 817 кДж/кг. (2.149)

3.Төменгі сатыда жұмыс істейтін сығымдағыш машинасының тоңазытқыш затының буының массасы:

G_н = Q₀/q₀ = 83/188 = 0,45 кг/с. (2.150)

4. Жоғары сатыда жұмыс істейтін сығымдағыш машинасының тоңазытқыш затының буының массасы:

кг/с (2.151)

5. i₇ және i₄ энтальпияларын былай анықтаймыз

кДж/кг. (2.152)

кДж/кг. (2.153)

6.Шықтандырғыштағы тоңазытқыш затынан алынатын жылу шамасы:

q_к = i₅ – i₆ = 670-450 = 220 кДж/кг. (2.154)

7.Циклдың толық меншікті жұмысы:

l_a = l₁ = µl₂=(i₂-i₁)+µ(i₅-i₄) =

= (655-613)+ = 87 кДж/кг (2.155)

мұндағы: µ =

8. Тоңазытқыш коэффициенті:

(2.156)

Дата добавления: 2015-10-23