Расчет основных расходных и энергетических параметров цикла

Исходными данными являются:

§ рабочее вещество (холодильный агент);

§ холодопроизводительнсть Q ₀;

§ температура кипения (давление кипения р ₀);

§ температура конденсации (давление конденсации р_к);

§ коэффициенты подачи компрессоров первой λ_I и второй λ_II ступени:

§ температура в т.3.

Последовательность расчета:

1) определяют промежуточное давление = (температуру Т_m);

2) принимают температуру в т. 10 из условия Т₁₀ = Т_m + (2…5);

3) состояние рабочего вещества в т. 4 рассчитывают из уравнения смешения

i₄ = i₈ + G_a^І(i₃ – i₈)/G_a^ІІ,

где G_a^І, G_a^ІІ – массовый расход рабочего вещества компрессоров первой и второй ступеней;

4) величину G_a^І определяют для заданной холодопроизводительности из соотношения

G_a^І = Q₀/(i₁ – i₁₁);

5) величину G_a^ІІ рассчитывают из уравнения теплового баланса промежуточного сосуда VІ

G_a^І i₆ + (G_a^ІI – G_a^І) i₇ = G_a^І i₁₀ +(G_a^ІІ– G_a^І) i₈, (3.2)

из которого после несложных преобразований и, учитывая, что i₆ = i₇, получают

G_a^ІІ = G_a^І(i₈ – i₁₀)/(i₈ – i₇);

6) объемные производительности компрессоров в цикле первой и второй ступенях из условия всасывания

W_ц^І = G_a^І υ₁; (3.3) W_ц^ІI = G_a^ІІ υ₄; (3.4)

7) теоретические объемные производительности компрессоров первой и второй ступени

W_Т ^I = W_ц^І /λ_I;(3.5)

W_Т ^II = W_ц^ІI /λ_II;(3.6)

8) изоэнтропные мощности компрессоров

N_s^І = G_a^І(i₂ – i₁); (3.7) N_s^ІІ = G_a^ІІ(i₅ – i₄); (3.8)

9) холодильный коэффициент теоретического цикла

(3.9)

Холодильная машина со змеевиковым промежуточным сосудом и полным промежуточным охлаждением

Эта схема (рис. 3.5) отличается от предыдущей схемы тем, что рабочее веществопосле промежуточного холодильника ІІ направляется в промежуточный сосуд VІ.

В промежуточном сосуде рабочее вещество за счет непосредственного контакта с более холодным жидким рабочим веществом, температура которого Т_m, охлаждается до температуры состояния сухого насыщенного пара при давлении р_m (т. 4). После этого рабочее вещество всасывается компрессором

ІІІ второй ступени и далее процесс проходит, как в предыдущей схеме.

Массовый расход рабочего вещества компрессора первой ступени

G_a^І = Q₀/(i₁ – i₁₀).

Массовый расход рабочего вещества компрессора второй ступени определяется из теплового баланса промежуточного сосуда VІ

(G_a^ІІ- G_a^І) i ₇ + G_a^І i₃+ G_a^І i₆ = G_a^І i₉ + G_a^ІІ i₄.

Откуда при i₆ = i₇ получаем

G_a^II = G_a^І(i₃- i₉)/(i₄ – i₇).

Определение объемных производительностей и изоэнтропных мощностей производится по формулам (3.3) – (3.8).

Теоретически холодильный коэффициент рассчитывается по формуле

Холодильные машины с двухкратным дросселированием

Холодильная машина с неполным промежуточным охлаждением

Принципиальная схема и теоретические циклы на Т – s и i – р диаграммах этой холодильной машины представлены на рис. 3.6.

Термодинамические процессы и точки рассматриваемого цикла:

1 – 2 – изоэнтропное сжатие в компрессоре I 1-ой ступени;

2 – 3 – изобарное охлаждение в промежуточном водяном теплообменнике ІІ;

т. 4 – смешение при промежуточном давлении р_m холодного сухого насыщенного пара с температурой т. 8 и перегретого пара с температурой т. 3;

4 – 5 – изоэнтропное сжатие в компрессоре ІІІ 2-ой ступени;

5 – 6 – изобарное охлаждение и конденсация пара в конденсаторе ІV;

6 – 7 – дросселирование и охлаждение жидкого холодильного агента в дроссельном вентиле V с давления р_к до промежуточного давления р_m;

т. 9 – параметры насыщенного жидкого холодильного агента в промежуточном сосуде VІ;

9 – 10 – дросселирование охлажденного в промежуточном сосуде VІ жидкого холодильного агента в основном дроссельном вентиле VІІ;

10 – 1 – кипение жидкого холодильного агента в испарителе VІІІ.

Состояние рабочего вещества при всасывании в компрессор второй ступени (т. 4) определяют из уравнения смешения

i₄ = i₈ + G_a^І(i₃ – i₈)/G_a^ІІ.

Массовый расход рабочего вещества первой ступени

G_a^І = Q₀/(i₁ – i₁₀).

Величину G_a^ІІ рассчитывают из уравнения теплового баланса промежуточного сосуда VI

G_a^ІІi₇ = G_a^І i₉ + (G_a^ІІ – G_a^І) i₈,

т.е.

G_a^ІІ = G_a^І(i₈ – i₉)/(i₈ – i₇ ).

Определение объемных производительностей и изоэнтропных мощностей производится по формулам (3.3) – (3.8).

Теоретически холодильный коэффициент рассчитывается по формуле

 

Холодильная машина с полным промежуточным охлаждением

В этой схеме (рис. 3.7) рабочее вещество после промежуточного теплообменника ІІ поступает в промежуточный сосуд VІ, где охлаждается до состояния сухого насыщенного пара (точка 4) при непосредственном контакте с жидким рабочим веществом с температурой Т_m.

Массовый расход рабочего вещества первой ступени

G_a^І = Q₀/(i₁ – i₉).

Массовый расход рабочего вещества второй ступени G_a^ІІ определяют из уравнения теплового баланса промежуточного сосуда VI

G_a^ІІi₇ + G_a^Іi₃= G_a^І i₈ + G_a^ІІ i₄.

Откуда

G_a^ІІ = G_a^І(i₃ – i₈)/(i₄ – i₇).

Определение объемных производительностей и изоэнтропных мощностей производится по формулам (3.3) – (3.8).

Теоретически холодильный коэффициент рассчитывается по формуле

Сравнение энергетической эффективности теоретических циклов двухступенчатых холодильных машин

На рис. 3.8 показаны теоретические циклы двухступенчатых холодильных машин.

Цикл с двухкратным дросселированием и с полным промежуточным охлаждением – 1 – 2 – 3 – 6 – 7 – 8 – 9 – 12 – 13.

Цикл с двухкратным дросселированием и с неполным промежуточным охлаждением – 1 – 2 – 3 – 4 – 5 – 8 – 9 – 12 – 13.

Цикл с однократным дросселированием и с полным промежуточным охлаждением – 1 – 2 – 3 – 6 – 7 – 8 – 9 – 10 – 11.

Цикл с однократным дросселированием и с неполным промежуточным охлаждением – 1 – 2 – 3 – 4 – 5 – 8 – 9 – 10 – 11.

Установлено, что энергетическая эффективность полного и неполного охлаждения после первой ступени компрессора зависят от термодинамических свойств рабочих веществ. Для высокомолекулярных рабочих веществ, например, для хладонов, у которых необратимые потери, связанные с перегревом, относительно небольшие целесообразнее использовать цикл с перегревом пара на входе во второй компрессор, т. е. цикл с неполным промежуточным охлаждением. Для низкомолекулярных рабочих веществ, например, для аммиака, у которого относительно большие необратимые потери, связанные с перегревом, перегрев на всасывании не рекомендуется.

В реальных условиях в цикле с однократным дросселированием охлаждение рабочего вещества, идущего по змеевику промежуточного сосуда, идет при конечной разности температур, что приводит к дополнительным необратимым потерям. По этой причине энергетическая эффективность цикла с двухкратным дросселированием выше, чем в цикле с однократным дросселированием. Однако, несмотря на меньшую энергетическую эффективность, холодильные машины, работающие по циклу с однократным дросселированием, имеют ряд эксплуатационных преимуществ, поэтому они широко распространены.

Таким образом, при выборе схемы двухступенчатой холодильной машины следует учитывать такие факторы, как температуры внешних источников, тип рабочего вещества, особенности охлаждаемого объекта и т.п.

Вопросы к подразделу 3.1.2

1).Перечислить причины ограничивающие возможность применения одноступенчатого сжатия.

2). Перечислить и объяснить возможные способы выбора промежуточного давления.

3).Привести принципиальную схему и теоретические циклы в p-i и T-s диаграммах двухступенчатой холодильной машины со змеевиковым промежуточным сосудом и неполным промежуточным охлаждением. Термодинамические процессы и точки цикла.

4). Привести расчет расходных и энергетических параметров цикла двухступенчатой холодильной машины со змеевиковым промежуточным сосудом и неполным промежуточным охлаждением.

5). Привести принципиальную схему и теоретические циклы в p-i и T-s диаграммах двухступенчатой холодильной машины со змеевиковым промежуточным сосудом и полным промежуточным охлаждением. Термодинамические процессы и точки цикла.

6). Привести расчет расходных и энергетических параметров цикла двухступенчатой холодильной машины со змеевиковым промежуточным сосудом и полным промежуточным охлаждением.

7). Привести принципиальную схему и теоретические циклы в p-i и T-s диаграммах двухступенчатой холодильной машины с двухкратным дросселированием и неполным промежуточным охлаждением. Термодинамические процессы и точки цикла.

8). Привести расчет расходных и энергетических параметров цикла двухступенчатой холодильной машины с двухкратным дросселированием и неполным промежуточным охлаждением.

9). Привести принципиальную схему и теоретические циклы в p-i и T-s диаграммах двухступенчатой холодильной машины с двухкратным дросселированием и полным промежуточным охлаждением. Термодинамические процессы и точки цикла.

10). Привести расчет расходных и энергетических параметров цикла двухступенчатой холодильной машины с двухкратным дросселированием и полным промежуточным охлаждением.

11). Сравнить энергетическую эффективность теоретических циклов двухступенчатых холодильных машин.

12). В каких случаях целесообразно полное и неполное охлаждение хладагента?

13). Пояснить влияние двухкратного и однократного дросселирования на энергетическую эффективность цикла.