Цель работы
Целью работы является приобретение навыков расчета основных элементов одноступенчатого холодильного поршневого компрессора.
Исходные данные для расчетной части
- требуемая холодопроизводительность компрессора Q0 = 60 кВт;
- температура кипения холодильного агента T0 = 275К = 20C;
- температура конденсации холодильного агента Tk= 308К = 350С;
- тип холодильного агента – R22;
- исполнение компрессора – бессальниковый;
- вид термодинамического цикла – регенеративный;
Порядок выполнения работы
Данный регенеративный цикл применяют преимущественно для хладновых холодильных машин, так как хладоны имеют большие необратимые потери, связанные с дросселированием. Прежде всего, регенеративный теплообменник необходим для организации циркуляции масла в холодильной машине. Из испарителя рабочее вещество отбирается в состоянии сухого насыщенного пара (или влажного пара со степенью сухости 0,95 – 0,98),поэтому вместе с паром из испарителя выходят капельки жидкого рабочего вещества, в котором растворено масло. В теплообменнике жидкое рабочее вещество испаряется,а масло по всасывающему трубопроводу возвращается в компрессор. Если удаление масла из испарителя не организовать, то его концентрация в испарителе будет постоянно расти, что негативно скажется на эффективности машины. Кроме того, регенеративный теплообменник защищает компрессор от гидравлического удара, то есть от попадания жидкого рабочего вещества в цилиндр компрессора, приводящего к аварии. Также перегрев рабочего вещества ведет к повышению объемных и энергетических коэффициентов компрессоров объемного принципа действия.
Описание работы холодильной машины
Рисунок 1.Схема одноступенчатой холодильной машины с бессальниковым компрессором.
Рабочее вещество в состоянии сухого насыщенного пара (точка 7) выходит из испарителя(V), поступает в регенеративный теплообменник(III), где капельки жидкого рабочего вещества испаряются за счет теплообмена с горячим рабочим веществом из конденсатора (II) (процесс 7-8). Далее в перегретом состоянии (точка 8) хладагент поступает во всасывающую полость компрессора и проходя обмотки электродвигателя дополнительно подогревается (процесс 8-1) (I), где изоэнропно сжимается (процесс 1-2) и направляется в конденсатор (II),где за счет теплообмена с окружающей средой охлаждается до сухого насыщенного пара(процесс 2-3) и конденсируется (процесс 3-4).Далее сконденсировавшаяся жидкость поступает в регенеративный теплообменник (III),где за счет теплообмена с холодным рабочим веществом, идущим из испарителя, охлаждается (процесс 4-5).После теплообменника жидкость поступает к дросселирующему органу, где жидкость дросселируется с Pk до Po (процесс 5-6),далее кипящая жидкость поступает в испаритель(V), где забирает теплоту от продукта (процесс 6-7).Цикл повторяется.
Для теплового расчета одноступенчатой холодильной машины с регенеративным теплообменником необходимо вписать ее цикл в термодинамическую диаграмму lg p-h.
Давление конденсации Pk и давление кипения Po определяем по термодинамическим свойствам холодильного агента R22(хладон 22).
Давление конденсации R22,Па, Pk = 13,55 ×105 Па при температуре конденсации tk =35oС.
Давление кипения R22,Па,Po= 5,3 ×105 Па при температуре кипения to = 2oC.
Температура рабочего вещества в точке 8 определяется из условия соблюдения перегрева на всасывании в компрессор (Δt=20oC[1.c.88])
Температуру в точке 8 определяем по формуле:
t8=to+Δt=2+20=22oС
Температурой в точке 1 задаемся нагревом рабочего вещества в электродвигателе (Δt =30÷40[1,c.89]):
t1=t8+30=52oC
Положение точки 2 определяется как пересечение соответствующих адиабат и изобар.
Положение точки 3 определяем на правой пограничной кривой при давлении конденсации.
Положение точки 4 определяем на левой пограничной кривой при давлении конденсации.
Положение точки 5 определяется из теплового баланса регенеративного теплообменника:
h5=h4-(h8-h7) (1)
h5=243-(420-405)=228 кДж/кг
Таблица 1 Параметры узловых точек цикла холодильной машины.
| Параметры | Номера узловых точек | |||||||
| Давление,Р,МПа | 5,3 | 13,55 | 13,55 | 13,55 | 13,55 | 5,3 | 5,3 | 5,3 |
| Температура, Т, оС | ||||||||
| Энтальпия,h,кДж/кг | ||||||||
| Энтропия, S, кДж/кг*К | 1,87 | 1,87 | 1,72 | 1,14 | 1,08 | 1,01 | 1,75 | 1,79 |
| Уд. Объем, V, м3/кг | 0,054 | 0,025 | 0,017 | 0,0015 | - | 0,007 | 0,042 | 0,048 |
| Паросодержание, X,кг\кг | - | - | - | 0,35 | - |
Удельная холодопроизводительность определяется по формуле
qo=h7-h6 (2)
Где h6,h7 – удельные энтальпии R22 в соответствующих узловых точках 6 и 7 кДж/кг,(таблица1).
Удельная холодопроизводительность qo находим по формуле 2:
qo= 405 – 228 =177 кДж/кг
Удельная теплота, отводимая от рабочего вещества в конденсаторе находится по формуле:
qk= h 3 -h4 (3)
Где h3,h4 – удельные энтальпии R22 в соответствующих точках 3 и 4 кДж/кг, (таблица 1).
Удельную теплоту, отводимую от рабочего вещества в конденсаторе находим по формуле 3 и равна:
qk=410-243=167 кДж/кг
Массовый расход рабочего вещества Ga находим по формуле:
Ga=Qo/qo (4)
Массовый расход рабочего вещества Ga по формуле 4 равен:
Ga=60/177=0,339 кг/с
Удельная изоэнтропная работа цикла находится по формуле:
Ls=h2-h1 (5)
Где h1,h2 –удельные энтальпии R22 в соответствующих узловых точка 1 и 2 кДж/кг,(таблица 1).
Удельная изоэнтропная работа цикла находится по формуле 5 и равна:
Ls=465-440=25 кДж/кг
Изоэнтропную мощность компрессора находим по формуле:
Ns=Ga×Ls (6)
Изоэнтропную мощность компрессора находим по формуле 6:
Ns=0,339×25=8,475 кВт
Действительная объемная производительность компрессора находится по формуле:
Vд=Ga×V1 (7)
Действительная объемная производительность компрессора по формуле 7 равна:
Vд=0,339×0,054=0,0183 м3/с
Теоретический холодильный коэффициент находим по формуле:
Ԑт=Qo/Ns (8)
Теоретический холодильный коэффициент находим по формуле 8 и равен:
Ԑт=60/8,475=7,1