Схеми і цикли одноступінчатих парових
Одноступінчаті холодильні машини.
Парові компресійні холодильні машини.
Класифікація парових компресійних холодильних машин.
Схеми і цикли парових компресорних холодильних машин
Паровими називаються холодильні машини, в яких холодоагент змінює свій агрегатний стан, циркулюючи по системі. Залежно від елемента машини холодильний агент може бути у вигляді насиченої рідини, вологої пари, перегрітої пари, охолодженої рідини і т.д. Компресійними є холодильні машини, у яких для отримання низьких температур витрачається механічна енергія. У парових компресійних холодильних машинах холодоагент здійснює зворотний термодинамічний цикл. Відведення теплоти від охолоджуваних об'єктів здійснюється за рахунок кипіння холодильного агента в випарнику. На підприємствах торгівлі та громадського харчування такі холодильні машини знайшли найбільше застосування в порівнянні з іншими типами машин. Залежно від температур і тисків кипіння і конденсації парові компресійні холодильні машини бувають одноступінчастими, двоступінчастими, багатоступінчатими і каскадних.
Схема і цикл з розширенням і стисненням в області вологої пари.
Малюнок 5.1.Схема і цикл одноступінчастої холодильної машини з стисненням і розширенням в області вологої пари.
Цикл з розширенням робочої речовини здійснюється в холодильній машині, що складається з компресора, конденсатора, детандера і випарника (см.рисунок 5.1.). Вологий пар холодильного агента стану т.1 виходить з випарника і поступає на всмоктування в компресор. У компресорі вологий пар адіабатично стискається при постійній ентропії в процесі 1 - 2 від тиску кипіння Ро до тиску конденсації Рк. Причому точка 2, що характеризує стан холодоагенту в кінці стиснення, лежить на правій прикордонної кривої. Для здійснення процесу стиснення витрачається робота стиснення lсж. Після компресора стиснене насичений пар направляється в конденсатор, де конденсується при постійній температурі Тк і постійному тиску Рк в процесі 2 - 3 за рахунок теплообміну з зовнішнім охолоджуючим середовищем (водою або повітрям). При цьому від холодильного агента відводиться теплота конденсації qк. В процесі конденсації утворюється насичена рідина, яка потім надходить в детандер. У детандере холодоагент адиабатически розширюється в процесі 3 - 4 від тиску конденсації Рк до тиску кипіння Ро при постійній ентропії з вчиненням корисної роботи розширення lр. Після детандера холодильний агент виходить у випарник, де рідина кипить (випаровується) при постійній температурі Раз постійному тиску Ро в процесі 4 - 1, віднімаючи теплоту qо від охолоджуваного середовища. Утворився при кипінні вологий пар всмоктується компресором і цикл повторюється знову.
Питома холодопродуктивність циклу або кількість теплоти, підведеної до 1 кг холодильного агента в випарнику qо в S - T-діаграмі еквівалентна площі під процесом кипіння 4 - 1, тобто Пл.14аб1 або може бути визначена різницею ентальпій холодоагенту на початку h4 і наприкінці h1 процесу:
Питома теплота конденсації qк в S - T- діаграмі вимірюється площею під процесом конденсації 2 - 3, тобто Пл. 23аб2 або визначається різницею ентальпій холодоагенту на початку h2 і в кінці h3 процесу:
Питома робота циклу lц знаходиться з теплового балансу холодильної машини:
Таким чином, питома робота циклу дорівнює різниці теплоти, підведеної в конденсаторі і теплоти, відведеної в випарнику і в S - T- діаграмі еквівалентна площі самого циклу 12341.
З іншого боку з урахуванням ентальпій холодильного агента
або після перетворення виходить:
де LС = (h2 - h1) - питома робота стиснення, тобто робота, витрачена на стиск 1 кг пара холодильного агента в процесі 1-2, Дж / кг; lр = (h3 - h4) - питома робота розширення, тобто корисна робота, отримана в детандере одним кілограмом холодоагенту в процесі 3-4, Дж / кг.
Термодинамічна ефективність циклу знаходиться як відношення питомої холодопродуктивності до витраченої роботи циклу:
Даний цикл можна розглядати як теоретичний цикл Карно за умови, що температура конденсації Tк буде дорівнює температурі навколишнього середовища tос. а температура кипіння холодильного агента в випарнику буде дорівнює температурі охолоджувальної середовища (джерела низької температури) Тінт. При цьому всі процеси циклу будуть оборотними, а робота циклу буде мінімальною lmin.
Термодинамічна ефективність циклу Карно оцінюється теоретичним холодильним коефіцієнтом. який є найвищим з усіх зворотних термодинамічних циклів при однаковій різниці температур (Тос - Тінт).