Расчет парохолодильной машины

 

Выполним расчёт по определению основных показателей для режима  То = -5°С.

1. Определим удельную массовую  холодопроизводительность холодильного цикла

qо = h1 – h4 =404 - 230,03 = 173,97 кДж/кг.

2. Определим степень повышения  давления в компрессоре

П = р2 / р1  = 6,1 / 2,43 = 2,51.

3. Определим коэффициент подачи  компрессора l. При этом представим l, как произведение            l =lо×lг×lт×lр [1, 2], где:

lо – объёмный коэффициент, учитывающий снижение производительности компрессора из-за наличия мертвого пространства

lо = 1- а× (П1/m  - 1) = 1- 0,05×(2,510,97- 1) =0,92

где а – относительная величина мертвого пространства; m – показатель политропы процесса расширения газа из мертвого пространства (m » 0,9×k, где k – показатель адиабаты для R134а).

lг – коэффициент герметичности, учитывающий снижение производительности компрессора из-за протечек газа из цилиндра компрессора при сжатии и нагнетании в полости с пониженным давлением. Определяем по эмпирической формуле:

lг = 1 - 6×10-3×(П – 1) = 1 - 6×10-3×(2,51 -1) =0,99

lт – коэффициент подогрева, учитывающий снижение производительности компрессора из-за подогрева газа, за счёт теплообмена со стенками, на всасывании компрессора.  Определяем по эмпирической формуле для холодильных компрессоров (температуры в формуле в Кельвинах)

lт = То / Тк = (273 - 5) / (273 +22) =0,908.

lр – коэффициент давления, учитывающий снижение производительности компрессора из-за дроссельных потерь на линии всасывания и во всасывающем клапане. Для хладоновых компрессоров lр = (0,92 … 0,98). Принимаем  lр = 0,92.

Тогда

l =lо×lг×lт×lр = 0,92×0,99×0,908×0,92 = 0,76.

4. Определим холодопроизводительность  холодильного цикла

Qo = l × Vh × qo /v1 = 0,76 × 0,1 × 173,97 / 0,087 = 151,97 кВт.

5. Рассчитаем  массовый расход  холодильного агента 

m = Qo / qo = 151,97 / 173,97 = 0,87 кг/с.

6. Определим удельную адиабатную  работу компрессора

lад = h2 – h1 = 423 – 404 = 19 кДж/кг.

7. Определим  адиабатную работу  компрессора

Lад = m × lад = 0,87 × 19 = 16,53 кВт.

8. Рассчитаем величину холодильного  коэффициента цикла

e = Qo / Lад = 151,97 / 16,53 = 9,19.

9. Определим тепловую нагрузку  на конденсатор

Qк = m× (h2 – h3) = 0,87× (423 – 230,03) = 193,14 кВт.

 

Выполним аналогичные расчёты для температур кипения То=-15°С; -25°С; -35°С; -45°С. Полученные результаты занесём в табл. 2.6.

 

 

Таблица 2.6.

То,°С	qo, кДж/кг	П	l	Qo, кВт	m, кг/с	Lад, кВт	e
-5 -15 -25 -35 -45	173,97 175,97 176,87 178,17 183,97	2,51 3,74 5,75 9,42 13,26	0,76 0,675 0,577 0,41 0,28	151,97 91,36  49,78 22,13 6,86	0,87 0,51    0,28 0,124 0,037	16,53 15,09 11,66 6,69 2,035	9,19 6,05 4,26 3,38 3,37

 

 

Характеристики   Qо, e, Lад  = f(Tо) при Тк = 30°С и характеристика  l = f(П), в соответствии с данными табл. 2.6, представлены на рис. 1.9 … 1.12.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Характеристики парокомпрессионной  холодильной машины.

3.1. Установление режима работы  холодильной машины и характеристики  её элементов.

Установление того или иного стационарного режима работы холодильной машины есть следствие достижения динамического равновесия тепловых и массовых потоков в отдельных её элементах: компрессоре, теплообменных аппаратах и регулирующем вентиле. Каждый из этих элементов характеризуется своей характеристикой, под которой будем понимать зависимость величины тепловых Q или массовых m потоков в элементе от режимных параметров холодильного цикла – температур кипения То, конденсации Тк, величины перегрева на всасывании Твс  и т.д.

Компрессор характеризуется тепловыми потоками на входе Qoкм (холодопроизводительность компрессора) и выходе Qккм (тепловая нагрузка на конденсатор). Эти показатели связаны между собой зависимостью

Qккм = Qoкм + Nкм,

где Nкм – внутренняя мощность компрессора.

Холодопроизводительность  компрессора определяется по выражению

,

где: Vд,  Vh – действительная и теоретическая объёмные производительности; l – коэффициент подачи компрессора; qо и  qv - удельные массовая и объёмная холодопроизводительности;  vвс - удельный объём всасываемых паров. Величина Vh  обусловлена только конструкцией компрессора и не зависит от режима работы.

Удельная массовая холодопроизводительность находится в зависимости от рода холодильного агента и температур То  и Тк. Как правило, qо растёт с повышением То  и  падением Тк.

Удельный объём всасываемых паров зависит от их давления рвс и температуры Твс, а те, в свою очередь, от То.  Изменение vвс вносит наибольшую долю в общее изменение холодопроизводительности компрессора  Qккм от  То.

Коэффициент подачи l зависит от конструкции компрессора, перегрева паров холодильного агента на всасывании DTвс=Твс- То и температур То и Тк. Для каждого вида холодильного агента и конкретной схемы холодильной машины имеется свой оптимальный перегрев паров на всасывании, соответствующий наилучшим энергетическим и экономическим показателям.  Повышение  Тк  и снижение  То   ведет к росту степени  повышения давления в компрессоре P  и, как следствие, снижению  коэффициента подачи l.

Внутренняя мощность компрессора Nкм  тратится на сжатие паров холодильного агента в компрессоре. Она зависит от температур То и Тк, связанной с ними степени повышения давления P и эффективности рабочих параметров в компрессоре, определяемой внутренним адиабатным  hад или изотермным hиз КПД. С ростом То мощность компрессора Nкм растёт, а её зависимость от Тк и P носит сложный характер. Для режимов, характерных для холодильных компрессоров (P>3,5), рост  Тк  и  P вызывает снижение Nкм, а уменьшение hиз   или hад приводит к росту внутренней мощности. Наибольшее влияние на изменение Nкм оказывает То  за счет изменения массовой производительности компрессора mкм.

Характеристики компрессора изображаются в координатах  –То, –Тк  (рис. 3.1, 3.2). Часто характеристики компрессора в литературе отожествляются с характеристиками самой парокомпрессионной машины.  Это отражает тот факт, что именно производительностью компрессора определяются   величины материальных потоков циркулирующих в схеме холодильной машины, а, следовательно, и основные показатели машины в целом.

 

 

Рис. 3.1. Холодопроизводительность компрессора Qокм=f(Tо)

Рис. 3.2. Тепловая нагрузка на конденсатор Qокм=f(Tо)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Исходные данные: Холодильный агент –R717. 

Тип компрессора – поршневой. 

Объёмная теоретическая производительность компрессора  Vh = 0,10 м3/c. 

Температура конденсации Тк = 22°С.

Для выполнения поставленной задачи рассчитаем параметры пяти холодильных циклов, отличающихся температурой кипения холодильного агента.  Принимаем следующие значения То=-5°С;  -15°С; -25°С; -35°С; -45°С.

Величина перегрева на всасывании во всех случаях принимается DТвс = Т1 – Т1” = 5°С. Переохлаждение после конденсатора отсутствует и точка 3 совпадает с точкой 3’.

Используя диаграмму lg(p)–h  для хладона R717, определим термодинамические параметры в узловых точках холодильного цикла.

Результаты занесём в табл. 3.1– 3.5.

 

Таблица 3.1.

Для  То = -5°С
№ точки	р, МПа	Т, °С	v, м3/кг	h, кДж/кг	s,кДж/кг×К
1” 1 2 2” 3 4	3,5 3,5 9,17 9,17 9,17 3,5	-5 4,8 73 22 22 -5	0,34 0,36 0,17 0,14 0,002 0,03	1454,1 1480,3 1620,09 1484,7 305 305	5,6 5,77 5,78 5,36 1,36 1,37

 

Таблица 3.2.

Для  То = -15°С
№ точки	р, МПа	Т, °С	v, м3/кг	h, кДж/кг	s,кДж/кг×К
1” 1 2 2” 3 4	2,3 2,3 9,17 9,17 9,17 2,3	-15 6 106 22 22 -15	0,51 0,55 0,19 0,14 0,002 0,6	1445,41 1493,4 1703,06 1484,7 305 305	5,83 6,01 6,03 5,36 1,36 1,4

 

 

 

 

 

 

Таблица 3.3.

Для  То = -25°С
№ точки	р, МПа	Т, °С	v, м3/кг	h, кДж/кг	s,кДж/кг×К
1” 1 2 2” 3 4	1,5 1,5 9,17 9,17 9,17 1,5	-25 4 144 22 22 -25	0,77 0,87 0,21 0,14 0,02 0,12	1432,3 1497,8 1794,7 1484,7 305 305	5,99 6,24 6,23 5,36 1,36 1,44

 

 

 

 

 

Таблица 3.4.

Для  То = -35°С
№ точки	р, МПа	Т, °С	v, м3/кг	h, кДж/кг	s,кДж/кг×К
1” 1 2 2” 3 4	0,9 0,9 9,17 9,17 9,17 0,9	-35 7 190 22 22 -35	1,22 1,45 0,24 0,14 0,02 0,23	1417,03 1508,73 1908,3 1484,7 305 305	6,15 6,51 6,50 5,36 1,36 1,48

 

 

Таблица 3.5.

Для  То = -45°С
№ точки	р, МПа	Т, °С	v, м3/кг	h, кДж/кг	s,кДж/кг×К
1” 1 2 2” 3 4	0,5 0,5 9,17 9,17 9,17 0,5	-45 7 230 22 22 -45	0,0265 0,0273 0,0140 0,0131 – –	1399,56 1510,92 2000,0 1484,7 305 305	6,33 6,78 6,66 5,36 1,36 1,53

 

Выполним расчёт по определению основных показателей для режима  То = -5°С.

1. Определим удельную массовую  холодопроизводительность холодильного цикла

qо = h1 – h4 =1480,3 - 305 = 1177,3 кДж/кг.

2. Определим степень повышения  давления в компрессоре

П = р2 / р1  = 9,17 / 3,5 = 2,62.

3. Определим коэффициент подачи  компрессора l. При этом представим l, как произведение             l =lо×lг×lт×lр [1, 2], где:

lо – объёмный коэффициент, учитывающий снижение производительности компрессора из-за наличия мертвого пространства