Цикл холодильної компресійної установки

Для побудови циклу холодильної установки і визначення параметрів холодильного агента використовують діаграму координатах h-lgP (ентальпія - тиск).

В h-lgP - діаграмі (рис.9) по осі абсцис відкладають ентальпію, а по осі ординат – абсолютний тиск в логарифмічному масштабі. Сітка діаграми створена ізобарами (горизонтальні лінії) і ізоентальними (вертикальні лінії), на одержану сітку нанесені верхня і нижня граничні криві. Між ними розташована область вологої пари. Нижня гранична крива (х=0) відділяє область вологої пари від області рідини, а верхня (х=1) – область вологої пари від області перегрітої пари. На діаграмі показані лінії сталого об'єму (V=const) сталого ступеня сухотності (х=const) і сталої ентропії (S=const). В області вологої пари ізотерми (t=const) співпадають з ізобарами, а в області перегрітої пари являють собою криві, що круто опускаються в області рідини – криві, що вертикально піднімаються.

Рис. 9. Діаграма h – lg P.

На полі діаграми наносять лінії, які відповідають процесам теоретичного циклу холодильної установки (рис.10).

В цьому циклі процес 1-2 відповідає адіабатному стиску пари холодильного агента в компресорі. Процес 2-3 характеризує відведення тепла від холодильного агента при сталому стиску в конденсаторі, причому 2-2' – відведення теплоти перегріву, 2'-3' – конденсацію, 3'-3 – переохолодження рідини; процес 3-4 – дроселювання холодильного агента, який умовно зображується ізоентальпою. Процес 4-1 – ізобарно-ізотермічний процес відводу теплоти від тіла (середовища), що охолоджується, до холодильного агента при його кипінні в випарнику (4-1') і перегріву в теплообміннику (1'-1)

Для розрахунку побудови теоретичного циклу парової компресійної холодильної машини необхідно знати такі температури холодильного агента: кипіння в випарнику t₀, конденсації t_к, переохолодженого рідкого холодильного агента перед терморегулюючим вентилем t_п і пари на вході в компресор t_вс. Ці температури в сукупності визначають температурний режим роботи холодильної машини і можуть бути приблизно визначені по заданій температурі повітря в холодильній камері біля випарника t_пх і температурі повітря біля конденсатора t_пк шляхом розрахунку, або експериментально.

Для малих холодильних машин, які працюють на фреоні-12, температура кипіння може бути визначена з виразу

, °С.

Температура конденсації в холодильних машинах з конденсаторами повітряного охолодження:

, °С.

Температура переохолодженого рідкого фреону:

, °С.

Температура перегріву пари перед всмоктуванням в компресор:

, °С.

Рис. 10. Цикл холодильної компресійної машини.

Побудову циклу холодильної компресійної машини виконують таким чином. Наносять на діаграму ізотерми процесів кипіння t₀, конденсації t_к, температури переохолодження фреону перед ТРВ – t_п і температури пари на всмоктуванні в компресор t_вс. Визначають ізобари, які відповідають температурам кипіння, Р₀ і конденсації Р_к.

На перетині t_вс і Р₀ знаходять точку 1, яка характеризує стан фреону на вході в компресор. Через точку 1 проводять лінію сталої ентропії S = const до перетину з ізобарою Р_к в точці 2, яка характеризує стан пари фреону в кінці стиску. Лінія 1-2 зображує процес адіабатного стиску в компресорі.

Точка 3, яка відповідає переохолодженому фреону перед ТРВ, знаходиться на перетині ізобари Р_к з ізотермою t_п.

Процес 2-3 відповідає відведенню тепла від фреону в конденсаторі, ресивері і в трубопроводах від конденсатора до ТРВ при Р_к= const. Ізобара Р_к від точки 2 до перетину її з верхньою граничною кривою x = 1 в точці 2' (процес 2-2') відповідає процесу охолодження фреону від стану перегрітої пари до сухої пари; від точки 2' до перетину ізобари з нижньою граничною кривою x = 0 в точці 3' (процес 2'-3') – процесу конденсації пари, а ізобари 3' 3 – процесу переохолодження рідкого фреону.

Процес дроселювання холодильного агента в ТРВ характеризується зниженням його тиску і температури при незмінній ентальпії до стану вологої пари після ТРВ. Його лінія проходить через точку 3 до перетину ізоентальни з ізобарою Р₀ в точці 4 (процес 3-4). Після ТРВ холодильний агент поступає в випарник, де проходить процес пароутворення при сталому тиску Р₀ спочатку до стану сухої пари в точці 1' (перетини ізобари Р₀ з верхньою пограничною кривою), а потім до стану перегрітої пари (точка 1), і цикл змикається. В характерних точках теоретичного циклу (точки 1, 2, 3, 4) визначають з допомогою діаграми h-lgP основні, необхідні для розрахунку, параметри холодильного агента.