Теоретический цикл Карно в идеальной паровой компрессионной холодильной машине

В компрессионных холодильных машинах хладагент совершает круговыенеобратимые процессы (циклы). На воплощение холодильных циклов затрачивается наружняя энергия. Такие циклы именуют оборотными, в отличие от прямых циклов энергетических движков, созданных для производства работы за счёт наружной энергии.

Безупречным оборотным холодильным циклом является теоретический цикл Карно. В нём принято, что процессы протекают Теоретический цикл Карно в идеальной паровой компрессионной холодильной машине в области мокроватого пара хладагента при неизменных температурах охлаждаемой и окружающей сред и безупречном термообмене меж ними и хладагентом. Теоретический цикл Карно может быть реализован только безупречной паровой компрессионной холодильной машиной. Принципная схема этой машины из четырёх главных частей (испарителя, компрессора, конденсатора и расширителя) показана на рисунке 4.13, а термодинамические процессы Теоретический цикл Карно в идеальной паровой компрессионной холодильной машине цикла Карно – на Т, s-диаграмме согласно рисунку 4.14.

Набросок 4.13 – Принципная схема безупречной одноступенчатой паровой компрессионной холодильной машины:

1, 2, 3, 4 – точки характеризующие термодинамические процессы теоретического цикла Карно
в элементах безупречной холодильной машины по Т, s –диаграмме

Цикл осуществляется в области мокроватого пара меж пограничными кривыми кипения (соответствует мокроватому насыщенному пару, когда его сухость c Теоретический цикл Карно в идеальной паровой компрессионной холодильной машине=0) и конденсации (соответствует сухому насыщенному пару, его сухость c=1). Он представлен 2-мя адиабатами (1–2) и (3–4) и 2-мя изотермами-изобарами (4–1) и (2–3).

Изотермический процесс 4–1 (он же изобарный) протекает в испарителе машины, являясь главным. Тут к хладагенту подводится тепло от охлаждаемой среды qо. Хладагент при давлении ро и температуре То бурлит и перебегает из Теоретический цикл Карно в идеальной паровой компрессионной холодильной машине состояния воды в состояние насыщенного пара. Количество теплоты qо, принятое хладагентом в испарителе, именуется массовой теоретической холодопроизводительностью и определяется площадью прямоугольника (4–1–s1,2–s3,4).

Набросок 4.14 – Т, s-диаграмма теоретического цикла Карно

Адиабатические процессы сжатия (1–2) в компрессоре и расширения (3–4) в расширителе (детандере) происходят без термообмена с наружной средой, т. е. при неизменной энтропии Теоретический цикл Карно в идеальной паровой компрессионной холодильной машине s, а температура хладагента Т соответственно увеличивается и снижается. На это затрачивается механическая работа l, определяемая областью прямоугольника (1–2–3–4).

Сжатые до давления рк пары хладагента конденсируются в конденсаторе машины при температуре Тк по изобаре (2–3), сразу являющейся изотермой, и перебегают из состояния насыщенного пара в жидкость, которая после адиабатического расширения (3–4) бурлит по Теоретический цикл Карно в идеальной паровой компрессионной холодильной машине изобаре-изо­терме (4–1) и опять перебегает в состояние насыщенного пара.

При расширении давление хладагента снижается до Ро, а температура – до То. Работа, затраченная на реализацию оборотного цикла Карно, перевоплотился в теплоту, которая передалась хладагенту. Потому от хладагента в окружающую среду передаётся теплота qк, которую именуют нагрузкой на конденсатор:

qк.= qо Теоретический цикл Карно в идеальной паровой компрессионной холодильной машине + l. (4.16)

Выражение (4.16) охарактеризовывает термический баланс теоретического цикла.

Холодильный коэффициент x, определяемый отношением массовой теоретической холодопроизводительности qо к затраченной удельной механической энергии l, у цикла Карно имеет наивысшее значение:

Разумеется, что x определяется величинами Тки То. Он растет при увеличении То либо уменьшении Тк, т. е. при уменьшении затрачиваемой механической Теоретический цикл Карно в идеальной паровой компрессионной холодильной машине работы.

Теоретический цикл Карно в области мокроватого пара является более экономным. Но безупречную паровую холодильную машину тяжело выполнить из-за конструктивных сложностей реализации расширителя и утрат при всасывании мокроватого пара. Потому схему, близкую к циклу Карно, используют исключительно в газовых компрессионных холодильных машинах, где нет отмеченных заморочек.

Рассмотренная тут безупречная Теоретический цикл Карно в идеальной паровой компрессионной холодильной машине паровая компрессионная холодильная машина имеет одну ступень сжатия хладагента. Потому её именуют одноступенчатой.

4.4.2 Настоящая одноступенчатая паровая компрессионная
холодильная машина

В этой холодильной машине заместо расширителя применён терморегулирующий (дросселирующий) вентиль (ТРВ), а процесс адиабатического сжатия хладагента осуществляется в области сухого (почаще перегретого) пара. Принципная схема таковой холодильной машины показана на рисунке Теоретический цикл Карно в идеальной паровой компрессионной холодильной машине 4.15.

Контур рабочего тела замкнут и герметичен. В нём циркулирует определённое количество хладагента, который в испарителе и конденсаторе изменяет своё агрегатное состояние.

Набросок 4.15 – Принципная схема реальной одноступенчатой паровой компрессионной холодильной машины

В испарителе водянистый хладагент бурлит за счёт теплоты qо, отводимой от охлаждаемого груза. При всем этом его давление pо постоянно вследствие Теоретический цикл Карно в идеальной паровой компрессионной холодильной машине вещественного баланса процессов образования пара из воды и его отсоса компрессором. Неизменна и температура кипения хладагента tо. Она ниже температуры груза tг на некую экономически оправданную величину, °C: tо = tг – (10...12).

Компрессор засасывает и сжимает пары хладагента до высочайшего давления pк, разогревая их за счёт издержки механической энергии l. Он Теоретический цикл Карно в идеальной паровой компрессионной холодильной машине может быть поршневым, лопаточным, винтообразным и т. д. Жаркий пар отдаёт теплоту q = qо + l во внешнюю среду в конденсаторе, сохраняя в процессе сжижения неизменные значения pк и tк. При всем этом температура конденсации паров хладагента всегда выше температуры среды tн даже в более тяжёлых критериях максимумов внешних температур, °C Теоретический цикл Карно в идеальной паровой компрессионной холодильной машине: tк = tн + (12...15).

Водянистый хладагент дальше понижает своё давление и температуру до значений pо и tо в терморегулирующем вентиле (ТРВ), отчасти при всем этом испаряясь. Полный же переход воды в пар происходит в испарителе. Этим самым начинается новый цикл в непрерывном процессе работы холодильной машины.

На рисунке 4.16 показана Т, s -диаграмма Теоретический цикл Карно в идеальной паровой компрессионной холодильной машине рабочего цикла реальной одноступенчатой паровой компрессионной холодильной машины. Тут наглядно просматриваются адиабатные (1–2, 3–4) и изотермические (4 –1' и 2'–3') процессы.

Набросок 4.16 – Т, s -диаграмма рабочего цикла одноступенчатой паровой компрессионной холодильной машины

Но наибольшее распространение получила диаграмма с координатами log p-i (набросок 4.17). Удобство диаграммы заключается в том, что отрезки по оси Теоретический цикл Карно в идеальной паровой компрессионной холодильной машине i меж соответствующими точками цикла определяют изменение состояния хладагента под действием соответственного количества наружной теплоты либо механической энергии. Логарифмическая шкала давлений применяется для удобства использования диаграммой из-за неоднократных конфигураций давления в цикле.

На диаграмме показаны две пограничные кривые сухости паров хладагента: c=0 и c=1, которые соответствуют линиям кипения и Теоретический цикл Карно в идеальной паровой компрессионной холодильной машине конденсации паров. Обе пограничные полосы вверху диаграммы сходятся в критичной точке. Левая пограничная кривая отделяет область мокроватого пара от области переохлаждённой воды, а правая – от области перегретого пара.

Набросок 4.17 – p, i -диаграмма рабочего цикла одноступенчатой паровой компрессионной холодильной машины

Рабочий цикл машины представлен на Т, s и p, i Теоретический цикл Карно в идеальной паровой компрессионной холодильной машине -диаграммах последующими термодинамическими процессами:

– изотермический (он же изобарический) процесс кипения паров хладагента в испарителе (4–1');

– изобарический перегрев паров в испарителе (1'–1);

– адиабатическое сжатие паров хладагента в компрессоре (1–2) — ;

– изобарическое остывание перегретых паров хладагента в конденсаторе до температуры конденсации (2–2');

– изотермический (он же изобарический) процесс конденсации паров хладагента в конденсаторе (2'–3');

– изобарическое переохлаждение водянистого хладагента в конденсаторе (3'–3);

– изоэнтальпный Теоретический цикл Карно в идеальной паровой компрессионной холодильной машине процесс дросселирования водянистого хладагента в ТРВ (3–4).

В схему одноступенчатой паровой компрессионной холодильной машины могут врубаться дополнительные элементы, повышающие надёжность работы главных её узлов:

– перегреватель пара либо отделитель воды перед компрессором, которые обеспечивают защиту компрессора от эрозионных явлений;

– переохладитель воды, исключающий присутствие в потоке пузырьков пара, которые Теоретический цикл Карно в идеальной паровой компрессионной холодильной машине понижают устойчивость рабочего процесса в дросселирующем вентиле;

– ресивер-сосуд для хранения водянистого хладагента при консервации либо транспортировке машины;

– фильтр либо грязеуловитель, очистительный хладагент от примесей, ухудшающих его термодинамические характеристики;

– прессостат-терморегулятор для поддержания подходящего давления хладагента в испарителе машины;

– термостаты систем защиты, сигнализации, автоматического регулирования процессов;

– электрические вентили и оборотные клапаны Теоретический цикл Карно в идеальной паровой компрессионной холодильной машине на трубопроводах.

4.4.3 Настоящая двухступенчатая паровая компрессионная
холодильная машина

Мощность одноступенчатой холодильной машины позволяет получить температуру в охлаждаемой среде до минус 20 °C при наибольших значениях температуры внешнего воздуха 35 °С. В почти всех случаях требуется обеспечивать в грузовых помещениях транспортных и складских рефрижераторных модулях более низкие температуры либо эксплуатировать их при очень Теоретический цикл Карно в идеальной паровой компрессионной холодильной машине больших внешних температурах. К тому же одноступенчатая холодильная машина отлично работает при отношениях давлений конденсации и кипения хладагента рк/ро £ 8.

Для получения температур кипения хладагента ниже минус 30 °С либо для отвода тепла в окружающую среду, имеющую очень высшую температуру, нужно соответственно снизить ро либо повысить рк, т. е Теоретический цикл Карно в идеальной паровой компрессионной холодильной машине. ещё больше прирастить отношение рк/ро. Отмеченное обусловливает применение многоступенчатых машин. Коэффициент x многоступенчатой холодильной машины может достигать более больших значений за счёт введения остывания пара меж ступенями, что приводит к понижению его удельного объёма и, как следует, издержек механической энергии на сжатие.

Двухступенчатое сжатие можно выполнить или в Теоретический цикл Карно в идеальной паровой компрессионной холодильной машине 2-ух отдельных компрессорах (низкого и высочайшего давления), или в одном двухступенчатом компрессоре с цилиндрами низкого и высочайшего давления. Зависимо от степени остывания паров хладагента после первой ступени различают три схемы: с полным (до состояния насыщения) и неполным промежным остыванием, также без промежного остывания.

На рисунке 4.18 рассмотрена принципная схема работы Теоретический цикл Карно в идеальной паровой компрессионной холодильной машине двухступенчатой холодильной машины с фреоновым хладагентом и полным промежным остыванием. Эта машина получила наибольшее распространение в НХЦ. Она может переключаться в режим одноступенчатого сжатия. Тут просто выделить две взаимосвязанные (областью промежного давления) холодильные машины. В контуре низкого давления 1–2–7–8 пары хладагента из испарителя отсасываются компрессором низкого давления (КНД) и сжимаются до Теоретический цикл Карно в идеальной паровой компрессионной холодильной машине промежного давления pпр. Перегретые пары направляются в промежный сосуд (ПС), где конденсируются при прямом контакте (барботаже) с водянистым хладагентом, имеющим температуру tпр. Дальше при прохождении терморегулирующего вентиля низкой ступени (ТРВН) давление и температура воды понижаются до pо и tо, потом в испарителе хладагент бурлит, забирая теплоту от охлаждаемого воздуха.

В контуре Теоретический цикл Карно в идеальной паровой компрессионной холодильной машине высочайшего давления 3–4–5–6 роль испарителя делает промежный сосуд, где сосредоточено некое количество водянистого хладагента, кипящего при давлении pпр за счёт теплоты перегрева паров в контуре 1–2–7–8. В промежном сосуде происходит гравитационная сепарация водянистой и газообразной фаз вещества с образованием уровня. Компрессор высочайшего давления (КВД) отсасывает пары из высшей Теоретический цикл Карно в идеальной паровой компрессионной холодильной машине части сосуда, сжимает до давления pк, сразу разогревая их до высочайшей температурыtк, достаточной для самопроизвольного сброса теплоты цикла в окружающую среду.

Сжиженный в конденсаторе высочайшего давления хладагент дальше проходит через терморегулирующий (дросселирующий) вентиль ТРВВ, где его характеристики понижаются до значений pпр, tпр. Контур 3–4–5–6 замыкается на промежном сосуде, входящем также в Теоретический цикл Карно в идеальной паровой компрессионной холодильной машине состав контура 1–2–7–8.

Набросок 4.18 – Принципная схема реальной двухступенчатой
паровой компрессионной холодильной машины:

1, 2, 3, 4 – точки, характеризующие термодинамические процессы теоретического цикла Карно
в элементах двухступенчатой холодильной машины по р, i –диаграмме; КНД – компрессор
низкого давления; КВД – компрессор высочайшего давления; И – испаритель; ПС – промежный сосуд; К – конденсатор; ТРВН – терморегулирующий вентиль низкой ступени; ТРВВ – то же,
высочайшей Теоретический цикл Карно в идеальной паровой компрессионной холодильной машине ступени; ЗВ1,ЗВ2, ЗВ3, ЗВ4 – запорные вентили для переключения системы
в режим одноступенчатого сжатия

Верхнее pк и нижнее pо давления определяются, также как и в одноконтурной схеме, требуемыми значениями температур конденсации tк и кипения tо. Промежуточное же давление может быть произвольным, но его среднее значение находится из условия равенства степеней сжатия в Теоретический цикл Карно в идеальной паровой компрессионной холодильной машине компрессорах низкого и высочайшего давления, т. е.

.

Для придания гибкости при изменении критерий работы в схеме устанавливают систему запорных вентилей. Так при работе с двухступенчатым сжатием вентили ЗВ1 и ЗВ4 на обводных линиях закрыты, а другие открыты. В случае необходимости схема допускает переход на одноступенчатый режим, зачем Теоретический цикл Карно в идеальной паровой компрессионной холодильной машине вентили ЗВ2 и ЗВ3 закрывают, а другие открывают, отключая промежный сосуд и компрессор высочайшего давления.

Набросок 4.19 – p, i -диаграмма рабочего цикла двухступенчатой паровой компрессионной холодильной машины

Рабочий цикл машины представлен на p, i -диаграмме (набросок 4.19) последующими термодинамическими процессами:

– изотермический (он же изобарический) процесс кипения паров хладагента в испарителе (8–1');

– изобарический перегрев паров Теоретический цикл Карно в идеальной паровой компрессионной холодильной машине в испарителе (1'–1);

– адиабатическое сжатие паров хладагента в компрессоре низкого давления (1–2);

– изобарическое снятие перегрева паров хладагента в промежном сосуде (2–3);

– адиабатическое сжатие насыщенного пара, отсасываемого из промежного сосуда компрессором высочайшего давления (3–4);

– изобарическое остывание перегретых паров хладагента в конденсаторе до температуры конденсации (4–4');

– изотермический (он же изобарический) процесс конденсации паров хладагента в конденсаторе Теоретический цикл Карно в идеальной паровой компрессионной холодильной машине (4'–5');

– изобарическое переохлаждение водянистого хладагента в конденсаторе (5'–5);

– изоэнтальпный процесс дросселирования водянистого хладагента в терморегулирующем вентиле высочайшей ступени (5–6);

– изотермический (он же изобарический) процесс испарения потока хладагента, циркулирующего в контуре высочайшего давления, за счёт снятия перегрева и конденсации паров контура низкого давления, протекающий в промежном сосуде (3–6);

– отделение воды от пара в промежном Теоретический цикл Карно в идеальной паровой компрессионной холодильной машине сосуде (6–7);

– изоэнтальпный процесс дросселирования водянистого хладагента в терморегулирующем вентиле низкой ступени (7–8).

Термический баланс двухступенчатой паровой компрессионной холодильной машины имеет вид:

qк = qи + qкнд + qквд ,

где qк – теплота, выделяемая хладагентом в конденсаторе; qи – то же, потребляемая хладагентом в испарителе; qкнд – работа компрессора низкого давления; qквд – то же, высочайшего давления.

Переход на одноступенчатую Теоретический цикл Карно в идеальной паровой компрессионной холодильной машине схему приводит к последующим изменениям цикла холодильной машины:

– исчезают процессы 3–4 и 2–7;

– процесс сжатия протекает исключительно в компрессоре низкого давления (КНД) по полосы 1–10;

– процесс дросселирования воды протекает в терморегулирующем вентиле низкой ступени (ТРВН) по полосы 5–9.

Из анализа T, s-диаграммы можно было бы наглядно установить величину экономии работы при Теоретический цикл Карно в идеальной паровой компрессионной холодильной машине двухступенчатом сжатии. На диаграмме lg p-i (см. рис. 4.19) виден и другой проигрыш одноступенчатой схемы – в холодопроизводительности (отрезок 1–8 больше, чем 1–9). Значительно понижается, при наличии промежного остывания, температура паров хладагента как на входе во вторую ступень, так и в конце работы сжатия. Это упрощает делему смазки трущихся частей компрессора Теоретический цикл Карно в идеальной паровой компрессионной холодильной машине. В схеме с промежным давлением приметно увеличивается подача хладагента компрессором, что значит пропорциональное повышение холодопроизводительности.

Число ступеней сжатия в холодильных машинах может быть больше 2-ух. Выбор их числа основывается на технико-экономическом анализе.


teorii-i-koncepcii-42-vivodi-55-voprosi-dlya-samoproverki-58-stranica-16.html
teorii-i-koncepcii-42-vivodi-55-voprosi-dlya-samoproverki-58-stranica-29.html
teorii-i-koncepcii-nevrozogeneza-na-sovremennom-etape.html