Цикл паровой компрессорной холодильной установки
Основные понятия о работе холодильных установок
В соответствии со вторым законом термодинамики (см. гл. VIII) отмечалось, что при обратном цикле Карно можно, затрачивая механическую работу, отнять некоторое количество теплоты от источника с низкой температурой и перенести ее к источнику с более высокой температурой. Машины, непрерывно поддерживающие температуры тел ниже температуры окружающей среды, называют холодильными.
Искусственное охлаждение помещений и различных тел находит широкое применение в народном хозяйстве (при строительстве подземных железных дорог, в угольной, горной, рудной, химической и газовой промышленностях, на машиностроительных заводах, где производится термическая обработка деталей машин при низких температурах). Холод имеет огромное значение для сохранения пищевых продуктов. Для получения холода используются различные установки, в которых применяют в качестве рабочего тела газообразные тела.
Холодильные установки можно разделить на две группы. К первой группе относятся газовые или воздушные установки, в которых впервые было осуществлено промышленное получение холода. Ввиду малого холодильного эффекта и больших размеров отдельных аппаратов такие установки не получили широкого распространения.
Ко второй группе относятся компрессорные паровые установки. Рабочим телом (холодильным агентом) в них являются пары различных веществ: аммиака (NH3), углекислоты (СО2), сернистого (ангидрида (SO2), фреонов (фторохлорпроизводные углеводородов, характерным представителем которых является фреон-12 CF2CI2) и др. Паровые холодильные установки, обладающие большой надежностью действия, получили в промышленности самое широкое распространение. Кроме газовых и паровых, существуют холодильные установки, основанные на других принципах: пароэжекторные и абсорбционные. В них для производства холода затрачивается не механическая работа, а теплота какого-либо рабочего тела с высокой температурой.
В пароэжекторной холодильной машине для сжатия холодильного агента используется кинетическая энергия струи рабочего пара произвольного вещества. Такая холодильная установка отличается невысоким термодинамическим совершенством и в промышленности применяется редко. Более широкое распространение получили абсорбционные холодильные установки. В них для получения холодильного эффекта используется (как и в па-роэжекторных) энергия в виде теплоты.
Холодильная установка, в отличие от теплового двигателя, работает по обратному, или холодильному, циклу, наиболее совершенным типом которого является обратимый обратный цикл Карно (рис. 21-1). В процессе 1-4 к холодильному агенту подводится теплота q2, отнимаемая от охлаждаемых тел; она изображается пл. 51465. В процессе 2-3 от холодильного агента отводится теплота q1 изображаемая пл. 52365. Эта теплота передается верхнему источнику теплоты при температуре, равной постоянной температуре в процессе 3-2. Пл. 12341 эквивалентна затрачиваемой механической работе.
Показателем совершенства обратного цикла является холодильный коэффициент
.
Чем больше отнимается теплоты q2 и чем меньше при этом затрачивается механической работы или чем больше в, тем совершенней будет холодильный цикл. Холодильный коэффициент произвольного обратного цикла имеет по сравнению с холодильным коэффициентом обратного цикла Карно меньшее числовое значение.
Цикл паровой компрессорной холодильной установки
Наибольшее распространение для охлаждения тел до температуры — 20° С получили холодильные установки, в которых холодильным агентом являются легкокипящие жидкости — аммиак, фреоны, сернистый ангидрид и другие при невысоких давлениях (желательно близких к атмосферному).
Схема холодильной компрессорной установки, работающей на парах аммиака (NH3), представлена на рис. 21-8. В компрессоре сжимается аммиачный сухой насыщенный пар или влажный пар с большой степенью сухости по адиабате 1-2 до состояния перегретого пара в точке 1 (рис. 21-9). Из компрессора пар нагнетается в конденсатор, где полностью превращается в жидкость (процесс 1-5-4). Из конденсатора жидкий аммиак проходит через дроссельный вентиль, в котором дросселируется, что сопровождается понижением температуры и давления. Затем жидкий аммиак с низкой температурой поступает в охладитель, где, получая теплоту (в процессе 3-2), испаряется и охлаждает рассол, который циркулирует в охлаждаемых камерах. Процесс дросселирования, как необратимый процесс, изображается на диаграмме условной кривой 4-3.
В паровой компрессорной установке не применяется расширительный цилиндр (детандер), а рабочее тело дросселируется в регулировочном вентиле. Замена расширительного цилиндра дросселем сопровождается возрастанием энтропии, что вызывает некоторую потерю холодопроизводительности, по эта замена значительно упрощает установку и дает возможность легко регулировать давление пара и получать необходимую температуру в охладителе, так как в области двухфазных состояний эффект охлаждения при дросселировании будет таким же, как и при адиабатном процессе расширения. При наличии расширительного цилиндра процесс пошел бы по адиабате 4-9. Потеря холодопроизводительности от замены расширительного цилиндра дроссельным вентилем измеряется пл. 93769, поэтому холодопроизводительность всей установки уменьшается и будет изображаться пл. 73287 (i2 — iз) = (i2 — i4)-
Количество теплоты q2, получаемое 1 кг аммиака от охлаждаемых тел, изображается пл. 73287. Количество теплоты q1, отведенное охлаждающей водой в конденсаторе, изображается пл. 645186. Работа, затраченная на совершение цикла, равна l = q1 — q2 = = пл. 64512376 = пл. 10451210 - i1, — i2. Равенство пл. 64512376 и 10451210 следует из условия, что дросселирование аммиака протекает при равенстве энтальпий в точках 4 и 3.
Холодильный коэффициент компрессорной аммиачной установки будет
где — количество теплоты, воспринимаемое аммиачным паром в охладителе; - работа, затраченная при адиабатном сжатии пара в компрессоре.
Отсюда холодильный коэффициент установки равен
(21-4)
Значения энтальпий в уравнении (21-4) определяют по is-диаграмме или по таблицам для аммиака. Паровые холодильные установки имеют большое преимущество перед воздушными. Они компактны, дешевы и имеют более высокий холодильный коэффициент.
Дата добавления: 2015-04-15; просмотров: 3581;