Исходными величинами для расчета расходных и энергетических параметров рассматриваемого цикла являются:
· холодопроизводительность Q0, кВт;
· температура воды или воздуха при входе в конденсатор Тw1, и выходе из него Тw2, 0С;
· температура охлаждаемой среды на выходе из прибора охлаждения (испаритель, воздухоохладитель) Тs2 и входе в него Тs1, 0С;
· индикаторный (адиабатный) ηi и механический ηм к.п.д. компрессора;
· коэффициент подачи компрессора λ;
· суммарная мощность насосов ∑Nнас (или вентиляторов), необходимая для движения внешних источников через конденсатор и прибор охлаждения, а также мощность масляных насосов, компрессоров, если они имеют индивидуальный привод, кВт.
· рабочее вещество (задается или выбирается в зависимости от конкретных условий).
После принятия ориентировочных значений Т0, р0, Тк, рк, рн, i3 и рвс строится цикл в T – s диаграмме.
Из диаграммы определяется удельная массовая холодопроизводительность цикла, кДж/кг
q0 = i6 – i5.
Массовый расход рабочего вещества в холодильной машине, кг/с
Ga = Q0/q0.
Объемный расход рабочего вещества, отсасываемый компрессором в рассматриваемом цикле, м3/с
Wц = Ga·υ1,
где υ1 – удельный объем пара на всасывании в компрессор, м3/кг (т .1, рис. 3.10).
Теоретический объемный расход рабочего вещества, отсасываемый компрессором, определяется из соотношения
WТ = Wц / λ.
Массовый расход воздуха или охлаждаемой среды в приборе охлаждения без учета теплоты, поступающей к рабочему веществу от наружного воздуха и теплоты трения при движении охлаждаемой среды, кг/с
где удельная теплоемкость воздуха или охлаждаемой среды (хладоносителя), кДж/(кг·К).
Массовый расход воды (или воздуха) для охлаждения конденсатора без учета теплоты отводимой или подводимой к рабочему веществу в конденсаторе из окружающей среды и теплоты трения при движении воды или воздуха через конденсатор, кг/с
где удельная теплоемкость воды (или воздуха), кДж/(кг·К).
Энергетические показатели холодильной машины:
v адиабатная удельная работа процесса сжатия, кДж/кг
ℓs = i2s – i1;
v адиабатная мощность процесса сжатия, кВт
Ns = Ga ℓs;
v индикаторная мощность компрессора
Ni = Ns /ηi;
v эффективная мощность, необходимая на привод компрессора
Ne = Ni / ηм;
v действительный холодильный коэффициент
.
На рис. 3.10 условно показаны температуры окружающей среды Тос и источника низкой температуры Тин т. Для этих условий обратимым циклом будет цикл a – b – c – d, при помощи которого с минимальными затратами, эквивалентными площади a – b – c – d, можно перенести теплоту q0 от источника низкой температуры к окружающей среде. В действительных условиях осуществляется цикл 1 – 2 – 4' – 0 – 6' – 1. Необратимые потери действительного цикла значительно увеличивают работу цикла. Максимальный коэффициент обратимости этого цикла, соответствующий случаю неохлаждаемого компрессора будет
Поэтому при проектировании и эксплуатации холодильной машины необходимо стремиться к сокращению необратимых гидравлических и тепловых потерь, что в конечном итоге сокращает расходы на производство искусственного холода.
Цикл холодильной машины с водяным теплообменником
Принципиальная схема и действительный цикл на T – s диаграмме этой холодильной машины приведены на рис. 3.11.
В этой схеме перед дроссельным вентилем установлен водяной теплообменник, в котором охлаждается рабочее вещество в процессе 4 – 5. Остальные процессы идут также как в предыдущем цикле. Необходимо отметить, что линия процесса 4 – 5, совпадающая с левой пограничной кривой показана условно, так как изобары в области жидкости идут более полого, чем левая пограничная кривая.
Тем не менее, изображение процесса 4 – 5 по левой пограничной кривой практически не влияет на анализ и расчеты цикла.
Охлаждение в водяном теплообменнике происходит за счет артезианской воды. Понижение температуры рабочего вещества перед дроссельным вентилем приводит к увеличению удельной массовой холодопроизводительности на величину ∆q0, что приводит соответственно к повышению холодопроизводительности холодильной машины на величину ∆Q0 = Gа·∆q0. Однако при этом затрачивается дополнительная мощность на привод водяного насоса Nв.н
Действительный холодильный коэффициент рассматриваемой холодильной машины будет
,
где Nе – эффективная мощность компрессора, кВт.
Как правило, увеличение холодопроизводительности ∆Q0 влияет на рост холодильного коэффициента в большей степени, чем его снижение с введением дополнительной мощности Nв.н.