Цикл в области влажного пара с детандером

Циклы и схемы паровых компрессорных одноступенчатых холодильных машин

В отличие от циклов газовых холодильных машин, где агрегатное состояние рабочего тела остается неизменным, в циклах паровых холодильных машин происходит непрерывный переход холодильного агента из жидкого состояния в парообразное (испаритель), а затем – из парообразного в жидкое (конденсатор). Процесс отвода тепла от охлаждаемого тела идет за счет теплоты парообразования жидкости, причем температура кипения зависит от давления, которое будет поддерживаться над кипящей жидкостью в испарителе. В зависимости от диапазона получаемых температур паровые холодильные машины подразделяют на одно- и многоступенчатые.

Цикл такой простейшей холодильной машины осуществляется в двухфазной области состояния вещества. Он содержит четыре линии, которые соответствуют четырем процессам в основных элементах паровой компрессорной холодильной машины (рис. 3.2).

Компрессор I отбирает пар холодильного агента из испарителя IV, поддерживая в нем постоянное низкое давление Р ₀, адиабатически сжимает пар в процессе 1, 2 и проталкивает в конденсатор II. В конденсаторе от каждого килограмма холодильного агента отводится теплота q_k, в результате чего он конденсируется. Процесс конденсации 2, 3 протекает при постоянных давлении Р_к и температуре t_k, величины которых зависят от температуры теплоотводящего источника (проточной воды, либо охлаждающего воздуха). Конденсат в состоянии 3 поступает в детандер (расширительный цилиндр) III, где происходит адиабатическое снижение давления жидкости от Р_k до первоначального Р ₀ в процессе 3, 4. Состоянию холодильного агента 4 соответствует парожидкостная смесь с преимущественным содержанием жидкой фазы.

Рис. 3.2. Цикл в T,s-диаграмме и принципиальная схема холодильной машины с детандером

Эта смесь подается в испаритель, где кипит при постоянных Р ₀, t ₀, отбирая у охлаждаемого тела теплоту q ₀ (ранее эта теплота была названа удельной холодопроизводительностью). Таким образом, в результате осуществления цикла у охлаждаемого тела была отнята теплота q ₀, при низкой температуре t ₀, которая в компрессоре холодильной машины была трансформирована к более высокой температуре t_к и в количестве q_к передана окружающей среде. При этом холодильный агент дважды изменял свое агрегатное состояние: в испарителе, где кипящая жидкость превратилась в пар, и в конденсаторе, где пар снова превратился в жидкость. Также как и рассмотренный ранее цикл газовой холодильной машины, приведенный здесь цикл паровой холодильной машины состоит из двух адиабат (1, 2 и 3, 4) и двух изобар (2, 3 и 4, 1). Но, поскольку в области влажного пара изобары совпадают с изотермами, с полным основанием можно считать, что рассматриваемый цикл состоит из двух адиабат и двух изотерм. Следовательно, теоретический цикл паровой компрессорной холодильной машины, протекающий в области влажного пара, при определенных допущениях можно идентифицировать с обратным циклом Карно Естественно, что реализация такого цикла в реальных условиях невозможна уже по той причине, что цикл Карно предполагает нулевой температурный напор в теплообменных аппаратах холодильной машины. А это невозможно осуществить.

Холодильный коэффициент рассматриваемого цикла можно рассчитать по известной формуле:

.

где l_к – удельная работа сжатия в компрессоре;

l_д – удельная работа расширения в детандере.

Циклы реальных паровых холодильных машин существенно отличаются от теоретического цикла, осуществляемого в области влажного пара. Рассмотрим некоторые отступления от этого цикла.

Дата добавления: 2014-01-04