6.3. Термодинамические циклы холодильных машин
Для проведения детальных расчетов холодильных установок обычно используют lg P-i-энтальпи йную-диаграмму холодильного агента (рис. 6.2).
Рис. 6.2. lg P-i-энтальпийная-диаграмма холодильного агента
Сетка энтальпийной диаграммы образована изоэнтальпами i = const и изобарами P = const, на оси абсцисс отложены значения энтальпии, на оси ординат – давления. Для шкалы давлений P применяют логарифмический масштаб, поэтому энтальпийная диаграмма часто обозначается lg P-i.
На диаграмме нанесены пограничные кривые АК (х = 0) и KB (х = 1), которые вместе с критической изотермой tкр = const делят поле диаграммы на три области: некипящей жидкости, влажного и перегретого пара.
Изотермы t = const в области влажного пара совпадают с изобарами, в области перегретого пара они круто опускаются вниз, а в области жидкости совпадают с линиями постоянных энтальпий. Изоэнтропы s = const – восходящие кривые. На диаграмме приведены также изохоры v = const и линии постоянной степени сухости пара х = const.
6.4. Построение цикла одноступенчатой холодильной установки на lg p-I-диаграмме
Для теоретического расчета цикла одноступенчатой холодильной установки необходимо знать режим ее работы, который характеризуется следующими температурами: кипения холодильного агента в испарителе (температура испарения хладагента) t0, ºС, охлаждающей воды tвк, ºС, конденсации tкон, ºС, переохлаждения жидкости tп, ºС, и перегрева пара при всасывании tпп, ºС, (для фреоновых холодильных машин, в которых пар холодильного агента перед поступлением в компрессор перегревают).
Последовательность построения цикла одноступенчатой холодильной установки на lg P-i-диаграмме:
1. Определяется расчетная холодопроизводительность установки в ТПГ Qхуст, Вт, по формуле
(6.1)
где JН – энтальпия наружного воздуха в ТПГ, кДж/кг; JК – энтальпия воздуха, выходящего из оросительной камеры, кДж/кг.
2.
Средняя температура воды в испарителе
,°С,
определяется по формуле
(6.2)
где
и
− температуры, принимаются из расчета
форсуночной камеры, ºС.
3.
Температура испарения хладагента t0
принимается на 5 °С ниже
.
4. Температура охлаждаемой воды tвк принимается на 3 °С выше температуры по мокрому термометру tмн (раздел 5.2.2).
5. Температура конденсации tкон принимается на 8…10 °С выше tмн.
6. Температура переохлаждения жидкости tп на 3…4 °С выше tмн.
7. Температура перегрева пара при всасывании tпп на 8…15°C выше tо (раздел 5.2.2).
8. Характеристики хладагента на линии насыщения определяется по табл. 6.1…6.3.
После определения необходимых температур можно построить цикл холодильной машины на lg P-i-диаграмме в следующем порядке (рис. 6.3, а).
Строится изотерма кипения холодильного агента t0=const. На пересечении изотермы t0 и правой пограничной кривой находят точку 1. Из точки 1 строится адиабата s = const, характеризующая процесс сжатия паров в компрессоре. Далее строят изотерму конденсации tкон, точки пересечения последней с правой и левой пограничными кривыми обозначают 2' и 3' соответственно. Поскольку в области влажного пара изотермы совпадают с изобарами, то 2'-3' представляют собой изобару конденсации, продолжив которую в области перегретого пара до пересечения с адиабатой сжатия паров холодильного агента s1=const, находят точку 2, характеризующую параметры паров холодильного агента при выходе из компрессора.
Положение точки 3 определяется давлением конденсации Рк и температурой переохлаждения жидкости перед регулирующим вентилем tп. Проводится изобара конденсации Рк=const влево от точки 3'; на пересечении изотермы tп=const и изобары Рк=const находят точку 3. Из точки 3 проводят линию постоянной энтальпии i3=const до пересечения с изотермой кипения холодильного агента t0. Полученная точка 4 характеризует параметры холодильного агента после дросселирования в регулирующем вентиле.
При использовании фреона в качестве охлаждающей жидкости цикла учитывается температура перегрева паров при всасывании tпп. Построение цикла на lg P-i-диаграмме аналогично указанному выше. Различие заключается в следующем (рис. 6.3, б).
После построения изотермы испарения из точки 1 строится изобара в области перегретого пара. Затем строится изотерма перегрева паров при всасывании tпп. Точка пересечения указанных линий обозначается 1". Из указанной точки проводится адиабата s1=const до пересечения с изобарой конденсации. Полученная точка 2" представляет собой состояние паров холодильного агента после сжатия их в компрессоре.
Подбор холодильной машины производят по стандартной холодопроизводительности. Для этого на lg P-i-диаграмме проводится построение рабочего и стандартного циклов. Стандартный цикл строится в зависимости от того, какой холодильный агент применяется в холодильной установке. Для подбора фреоновых холодильных агрегатов, стандартный цикл строится исходя из значений температур t0, tкон ,tп и tпп.
Рис. 6.3. Построение цикла холодильной установки на lg P-i-диаграмме:
а – построение цикла при использовании воды в качестве охлаждающей
жидкости; б – построение цикла при использовании фреона в качестве
охлаждающей жидкости; 1-2 – адиабатическое сжатие паров в компрессоре; 2-2' – охлаждение паров в конденсаторе при Рк = const; 2'-3' – конденсация паров при tкон = const и Рк = const; 3'-3 – переохлаждение хладагента до tп; 3-4 – дросселирование при i = const; 4-1 – кипение хладагента
в испарителе при t0=const и Р0=const