Аммиачной холодильной машины

Принципиальная схема одноступенчатой аммиачной холодильной машины показана на рис. 10, а, ее теоретический цикл (обратный круговой процесс) в i, lg p-диаграмме — на рис. 2, б и в s, T-диаграмме — на рис 2, в.

.Принципиальная схема включает лишь основные элементы машины, необходимые для осуществления ее цикла. Вспомогательные элементы (аппараты, арматуру и др.), которые могут играть существенную роль в обеспечении надежного и безопасного функционирования машины, на принципиальных схемах обычно не показывают.

Цифрами 1, 2, 3 и т.д. на принципиальной схеме и диаграммах обозначают так называемые характерные точки, соответствующие состоянию хладагента в начале или конце процесса, происходящего в холодильной машине или каком-либо ее элементе.

РИС. 10. Принципиальная схема (а) и цикл на i, lg p-диаграмме (б) и s, T-днаграмме (в) одноступенчатой аммиачной холодильной машины: КМ — компрессор; КД — конденсатор; И — испаритель; РВ — регулирующий вентиль

На рис. 10 точка 1 соответствует состоянию перегретого пара, всасываемого компрессором. В целяхпредотвращения «влажного хода» (попадания в цилиндр компрессора частиц жидкости) пар в этой точке должен быть перегрет, т.е. иметь температуру на 5...10 °С выше температуры насыщенного пара в точке 1".

Процесс перегрева пара 1"— 1 может происходить внутри испарителя, частично во всасывающем трубопроводе и во всасывающей полости самого компрессора. Обычно перегрев в трубопроводе при рассмотрении принципиальных схем и циклов не учитывают. На рис. 2 показано, что точка 1" Находится «внутри» испарителя.

Процесс сжатия пара 1 - 2 осуществляется в компрессоре. Пар сжимается от давления кипения p₀до давления конденсации p_к. Этот процесс, считают изоэнтропным (s=const), протекающим без трения между молекулами и без теплообмена с окружающей средой,— особый случай адиабатного процесса.

В точке 2 хладагент находится в состоянии сильно перегретого пара при давлении p_к. Для совершения процесса сжатия 1—2 необходимо затратить работу l в кДж/кг, которую можно, определить как разность энтальпий в конце и начале процесса:

l=i₂-i₁

так как рост энтальпии пара пропорционален затраченной механической работе.

Для того чтобы осуществить процесс конденсации, необходимо сначала понизить температуру перегретого пара до температуры насыщенного пара при данном давлении p_к. Процесс охлаждения пара (сбив перегрева) 2—2" может происходить в конденсаторе и частично в нагнетательном трубопроводе. Точка 2" показана на рис. 10, а «внутри» конденсатора.

Процесс конденсации 2"—3', т.е. превращения насыщенного пара в насыщенную жидкость, происходит при постоянных давлении р_к и температуре t_к и сопровождается отдачей теплоты среде, охлаждающей конденсатор. Это скрытая или удельная теплота конденсации

r_КД=i_2" -i_3'

После завершения процесса конденсации при наличии соответствующих условий (необходимой теплообменной поверхности) жидкий хладагент может быть здесь же, в конденсаторе, переохлажден (процесс 3'—3) от температуры насыщенной жидкости до более низкой температуры при том же давлении p_к.

Так как процессы 2—2", 2"—3', и 3'—3 протекают в конденсаторе, общая удельная теплота q_КД в кДж/кг, отводимая в конденсаторе:

q_КД=i₂ -i₃

Переохлажденный жидкий хладагент поступает в регулирующий вентиль, где осуществляется процесс дросселирования 3—4 (см. тему 1). При этом давление падает от p_К до р₀, а температура понижается от t₃ до t_0.

В процессе дросселирования полезная работа не совершается, а энергия в виде теплоты передается хладагенту и расходуется на частичное испарение жидкости. Поэтому при неизменной энтальпии возрастает его энтропия.

Процесс кипения 4—1" хладагента происходит в испарителе при постоянных давлении p₀ и температуре t_к и, так же как и процесс конденсации,является одновременно изобарическим и изотермическим. В процессах кипения 4—1" и перегрева 1"—1 энтальпия хладагента возрастает от i₄ до i₁ .Величину

q₀=i₁ -i₄

в кДж/кг называют удельной массовой холодопроизводительностыю машины.

Для рассмотренного цикла /— 2— 3— 4— 1 холодильный коэффициент

ε= ,

а удельная теплота, отводимая в конденсаторе, равна сумме удельной массовой холодопроизводительности машины и работы сжатия:

q_КД=q₀+l.

Последнее уравнение отражает тепловой баланс холодильной машины, соответствующий первому закону термодинамики.