Сделай Сам Свою Работу на 5

КОМПРЕССИОННЫЕ ХОЛОДИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ





ХОЛОДИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

ЗНАЧЕНИЕ ХОЛОДИЛЬНОЙ ТЕХНИКИ И СПОСОБЫ ПОЛУ­ЧЕНИЯ ИСКУССТВЕННОГО ХОЛОДА

Установки для получения низких температур можно разделить на три группы: а) установки для умеренного охлаждения (до минус 180 °С), б) установки для выработки глубокого хо­лода (до минус 270 °С) и в) установки для достижения сверхнизких температур (ниже минус 270 °С).

Установки для получения глубокого холода получили применение в экспериментальной технике, а также для разделения газовых смесей и широко используются для сжижения газов, так как газы имеют низкую нормальную температуру конденсации, например:

  CH4 O2 N2 H2 He
Т, °К…...……………
tк, °С………………… -162 -183 -196 -253 -269

 

Сжиженные газы легко транспортабельны. Многие газы, получаемые при низкотемпературном разделении, требуются в огромных количествах: кислород для интенсификации процессов производства чугуна и плавки стали (кислородное дутьё), азот – для получения химических удобрений, метан – для производства пластмасс, водород – как высококалорийное топливо, гелий – как теплоноситель и т.д. Получение сверхнизких температур, близких к абсолютному нулю, необходимо для некоторых аппаратов и приборов, используемых при изучении сверхтекучести, сверхпроводимости и других физических исследованиях. Современная техника позволяет получить температуры, отличающиеся от абсолютного нуля только на тысячные доли градуса.



В данном курсе рассматриваются только установки для умеренного охлаждения. По принципу действия они разделяются на компрессионные холодильные машины, требующие для производства холода затраты механической работы (от парового или электрического привода) и абсорбционные и пароэжекторные установки, требующие для производства холода затраты тепла.

Основным назначением холодильных машин является выработка искусственного холода или отвод тепла от охлаждаемого тела. При помощи холодильных установок можно понижать температуру различных объектов или в ограниченных объёмах поддерживать температуру по сравнению с окружающей средой. Роль холодильных машин в промышленности и народном хозяйстве в настоящее время весьма значительна. Холодильные установки не только стали неотъемлемым оборудованием пищевых предприятий, но и служат мощным средством для интенсификации процессов в различных отраслях техники: в химической промышленности – при производстве пластмасс и химических волокон, на транспорте, особенно в авиации, - в системах кондиционирования воздуха, в машиностроении – для низкотемпературной термической обработки металлов, в строительстве – для замораживания грунтов; сейчас холод начинает широко применяться для кондиционирования воздуха в театрах, гостиницах, ресторанах, в цехах промышленных предприятий, а также в медицине и медицинской промышленности, в быту, на торговых базах и в магазинах.



КОМПРЕССИОННЫЕ ХОЛОДИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

Самыми распространенными и достигшими в конструктивном отношении высокой степени совершенства и экономичности являются поршневые компрессионные холодильные установки.

1. паровые компрессионные холодильные машины. В паровых холодильных машинах в качестве рабочего тела (хладоагента) используются жидкости с низкими температурами кипения. Работа идеальной компрессионной паровой холодильной машины теоретически осуществляется по обратному циклу Карно, в описании

Тепловой баланс идеальной компрессионной установки согласно рис. 1 можно представить в виде:

или

,

где q0 – тепло, подведённое к испарителю, кДж/кг; qk – тепло, отведенное из конденсатора, кДж/кг; Lk = i2-i1 – работа сжатия паров хладоагента в компрессоре, кДж/кг; LД = i3-i4 - работа расширения паров хладоагента в детандере, кДж/кг; i1, i2, i3,i4энтальпии соответствующих точек на диаграмме на рис.1.



В качестве показателя энергетической эффективности идеальной компрессионной установки, работающей при температуре Т0, служит холодильный коэффициент εи, представляющий собой отношение холодопроизводительности или количества тепла q0, подведённого к испарителю от тела, имеющего температуру Т0, к количеству затраченной на работу компрессора энергии в тепловых единицах L:

Для идеальной компрессионной установки из уравнения видно, что:

.

Подставив это значение в уравнение , получим выражение для холодильного коэффициента идеальной установки через различные величины:

 

. (1.3)

Для идеального цикла холодильный коэффициент не зависит от применяемого хладоагента и положения точек 1 и 2 на изотермах Тк и Т0 и имеет тем большее значение, чем меньше разность температур Тк -Т0 и отношение Тк / Т0. В табл. 1 приведена зависимость εи от отношения Тк / Т0.

Таблица 1.

Зависимость холодильного коэффициента εиидеальной паровой компрессионной холодильной установки от отношения Тк / Т0

Тк / Т0 1,05 1,1 1,20 1,30 1,40 1,50
εи 3,33 2,5 2,0

 

Если принять Тк = Тв (Тв – температура охлаждающей воды в конденсаторе) и затем числитель и знаменатель уравнения (1.3) разделить на Тв, то можно получить уравнение, удобное для сравнения с уравнением термохимических (абсорбционных) холодильных установок:

.

Действительная одноступенчатая компрессионная холодильная машина. На рис. 2 показана схема и процесс работы действительной паровой механической холодильной установки на T-s-диаграмме.

Основными отличиями действительного процесса от идеального являются следующие:

а) в целях упрощения установки детандер заменяют регулирующим дроссельным вентилем. Вследствие этого процесс идёт не по адиабате, а по линии i = const; при этом уменьшаются холодильный коэффициент и удельная холодопроизводительность (на величину площадки d-6-5-e-d); кроме того, увеличивается расход энергии на величину LД. Энергетические потери в результате замены детандера дроссельным вентилем растут с увеличением соотношения Тк / Т0. При прочих одинаковых условиях эти потери больше для холодильных агентов, имеющих меньшую теплоту парообразования r и более пологие линии энтальпий.

б) чтобы компенсировать уменьшение холодопроизводительности за счёт дросселирования, применяют переохлаждение холодильного агента после конденсатора (участок 3-4 на рис.2). Такое изменение в цикле увеличивает удельную холодопроизводительность на величину площадки d-6-5-e-d. После переохлаждения хладоагента процесс идёт по линии 4-5, а испарение – по линии 5-1. При отсутствии переохлаждения дросселирование проходит по линии 3-6, а испарение – по линии 6-1. Для переохлаждения холодильного агента в схему включается переохладитель V.

в) процесс сжатия осуществляется не в области влажного пара (линия 1-2), как это имеет место в идеальном цикле, а в области перегретого пара и не по адиабате, а по политропе 1-2. Вследствие этого холодопроизводительность увеличивается незначительно ( на пл. 1-1- b – c -1), а расход энергии на сжатие увеличивается в значительно большей степени (на пл. a – b – 2 - 2” – a).

Однако такое изменение процесса даёт ряд преимуществ: исключается возможность гидравлических ударов и повышается надёжность работы компрессора, уменьшается роль вредного пространства, увеличивается объёмный коэффициент λ и повышается внутренний к.п.д. ηi компрессора. Для осуществления сухого хода компрессора в схему на рис. 2 включается отделитель жидкости VI Принцип работы холодильной установки с введением пароохладителя V и отделителя жидкости VI остаётся неизменным.

Напишем основные уравнения для одноступенчатой установки:

работа сжатия:

;

подвод тепла в испарителе:

;

дросселирование:

;

суммарный подвод тепла в компрессоре и испарителе:

;

суммарный отвод тепла в конденсаторе и переохладителе:

удельная затрата работы:

кДж/кг;

удельная затрата работы при адиабатном процессе сжатия пара (по линии 1 – 2):

, кДж/кг,

где ηi – внутренний индикаторный к.п.д. компрессора; p0 – давление в испарителе, Па; pk – давление в конденсаторе, Па; υ0 – удельный объём рабочего агента в испарителе, м3/кг; x – показатель адиабаты. Одноступенчатые компрессорные установки применяются обычно до степени сжатия pk/p0<6÷8. При больших степенях сжатия применяют многоступенчатые установки.

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.