Паровая компрессионная холодильная установка

Циклы холодильных установок

Холодильные установки предназначены для охлаждения тел до температуры ниже температуры окружающей среды. Чтобы осуществить такой процесс, необходимо от тела отвести теплоту и передать ее в окружающую среду за счет работы, подводимой извне.

Холодильные установки широко используются в газовой промышленности при подготовке газа к транспорту в установках комплексной подготовки газа (УКПГ), для охлаждения газа на компрессорных станциях магистральных газопроводов, проложенных в районах многоголетнемерзлых пород, при переработке природного газа, при получении и хранении сжиженного природного газа и т.д.

Теоретически наиболее выгодный цикл холодильной установки – обратный цикл Карно. Однако цикл Карно в холодильных установках не используется из-за конструктивных трудностей, которые возникают при реализации этого цикла, и, кроме того, влияние необратимых потерь работы в реальных холодильных машинах настолько велико, что сводит на нет преимущества цикла Карно.

Для получения неглубокого холода наибольшее распространение получили паровые компрессионные установки (рис. 40). В качестве рабочего тела в таких установках используют хладоагенты-низкокипящие жидкости (аммиак, фреон и др.). Холодильная установка состоит из холодильной камеры (5), где должна быть температура ниже температуры окружающей среды, компрессора (1), испарителя (4), конденсатора (2) и регулирующего дроссельного вентиля (3) (рис. 40 а).

	а		б

Рис. 40. Схема (а) и цикл паровой компрессионной холодильной
установки в координатах T-s (б)

При работе паровой компрессионной холодильной установки компрессор засасывает из испарителя хладоагент в виде влажного насыщенного или сухого насыщенного пара при давлении выше атмосферного ()и отрицательной температуре () (точка 1), и адиабатически его сжимает
(1–2) до более высокого давления р₂. (рис. 40 б). В конце сжатия (2) температура хладоагента уже положительна и превышает температуру охлаждающей воды, которая в данной установке играет роль окружающей среды (). При этих параметрах компрессор подает рабочее тело (перегретый пар) в конденсатор, где охлаждающая вода отнимает от него теплоту перегрева
(2-3) и парообразования (3–4). Вследствие этого пар при давлении
p₂ = idem полностью конденсируется (точка 4). Конденсат проходит через вентиль (рис. 40 а), в котором он дросселируется в изоэнтальпийном процессе (h = idem) до давления p₁ (4–5) и поступает в испаритель, где испаряется
(5–1), отбирая теплоту от охлаждаемых тел. Затем рабочее тело вновь поступает в компрессор ицикл повторяется.

В установках большой мощности между холодильной камерой (5) и испарителем (4)циркулирует рассол, отбирающий от охлаждаемых тел в камере (5)теплоту q₂. Эта теплота в испарителе (4) используется для испарения хладоагента. В установках малой мощности, например в домашних холодильниках, испаритель располагается в самой холодильной камере и, надобность в рассоле отпадает. В диаграмме Т – s значениюотводимого от охлаждаемых тел количеству теплоты q₂ в холодильной камере соответствует площадь с-5-1-а; работе l_ц, затрачиваемой в компрессоре на сжатие пара, соответствует площади цикла 1-2-3-4-5-1. Количество теплоты, передаваемое охлаждаемой воде или атмосферному воздуху (q₁= q₂+ l_ц), определяется площадью фигуры с-а-1-2-3-4-5-с.

Термодинамическая эффективность холодильных установок определяется холодильным коэффициентом . Холодильный коэффициент определяется как отношение количества теплоты q₂, отводимой от охлаждаемого тела, к затраченной в цикле работе l_ц

. (312)

Температура в холодильной камере холодильной установки зависит от положения регулирующего дроссельного вентиля (3). Так, при необходимости уменьшить эту температуру вентиль дополнительно прикрывается, в результате чего происходит более глубокое дросселирование, а, следовательно, и охлаждение рабочего тела до более низкой температуры (рис. 40 б). При этом, процесс отвода теплоты от охлаждаемого тела будет происходить при более низкой температуре рабочего тела (5'–1').Экономичность установки (χ) снижается в силу уменьшения величины q₂ и увеличения работы l_ц, затрачиваемой на привод компрессора (соотношение 312) (рис. 40).

Дата добавления: 2015-05-09