Описание работы холодильной машины

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 T_k= 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 P_{k до} P_o (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 P_k и давление кипения P_o определяем по термодинамическим свойствам холодильного агента R22(хладон 22).

Давление конденсации R22, Па, P_k = 13, 55 × 10⁵ Па при температуре конденсации t_k =35^oС.

Давление кипения R22, Па, P_o= 5, 3 × 10⁵ Па при температуре кипения t_o = 2^oC.

Температура рабочего вещества в точке 8 определяется из условия соблюдения перегрева на всасывании в компрессор (Δ t=20^oC[1.c.88])

Температуру в точке 8 определяем по формуле:

t₈=t_o+Δ t=2+20=22^oС

Температурой в точке 1 задаемся нагревом рабочего вещества в электродвигателе (Δ t =30÷ 40[1, c.89]):

t₁=t₈+30=52^oC

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.

Удельная холодопроизводительность определяется по формуле

q_o=h₇-h₆ (2)

Где h₆, h₇ – удельные энтальпии R22 в соответствующих узловых точках 6 и 7 кДж/кг, (таблица1).

Удельная холодопроизводительность q_o находим по формуле 2:

q_o= 405 – 228 =177 кДж/кг

Удельная теплота, отводимая от рабочего вещества в конденсаторе находится по формуле:

q_k= 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:

q_k=410-243=167 кДж/кг

Массовый расход рабочего вещества G_a находим по формуле:

G_a=Q_o/q_o (4)

Массовый расход рабочего вещества G_a по формуле 4 равен:

G_a=60/177=0, 339 кг/с

Удельная изоэнтропная работа цикла находится по формуле:

L_s=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:

L_s=465-440=25 кДж/кг

Изоэнтропную мощность компрессора находим по формуле:

N_s=G_a× L_s (6)

Изоэнтропную мощность компрессора находим по формуле 6:

N_s=0, 339× 25=8, 475 кВт

Действительная объемная производительность компрессора находится по формуле:

V_д=G_a× V₁ (7)

Действительная объемная производительность компрессора по формуле 7 равна:

V_д=0, 339× 0, 054=0, 0183 м³/с

Теоретический холодильный коэффициент находим по формуле:

Ԑ _т=Q_o/N_s (8)

Теоретический холодильный коэффициент находим по формуле 8 и равен:

Ԑ _т=60/8, 475=7, 1