Фреоновой холодильной машины

Особенностью фреоновых холодильных машин по сравнению с аммиачными является возможность использования компрессоров со встроенными электродвигателями (герметичных и бессальниковых), а также включения в схему регенеративного теплообменника (РТО), позволяющего повысить эффективность работы машины.

Принципиальная схема одноступенчатой фреоновой холодильной машины и ее теоретический цикл на lg p-i-диаграмме показаны на рис. 11.

Пар из испарителя направляется в РТО, где он омывает змеевик, внутри которого протекает жидкий хладагент, поступающий из конденсатора. В результате теплообмена пар, забирая теплоту от жидкости, перегревается (процесс 1_и—1_то), а жидкость внутри змеевика переохлаждается (процесс 3—4).

Если пренебречь теплообменом с окружающей средой, то тепловой баланс РТО можно представить в виде равенства:

i₃ - i₄=i_1ТО –i_1И,

в котором разность энтальпии ;i₃ — i₄ равна теплоте, отводимой от 1 кг жидкого хладагента, а разность энтальпий i_1ТО—i_1И равна теплоте, подводимой к 1 кг пара, поступающего в РТО из испарителя.

РИС. 11. Принципиальная схема (а) и цикл на lg p-i-диаграмме (б) одноступенчатой фреоновой холодильной машины с регенеративным теплообменником и компрессором, имеющим встроенный электродвигатель:

КМ — компрессор; ЭД — встроенный электродвигатель; КД — конденсатор; И—испаритель; РТО — регенеративный теплообменник

Задаваясь перегревом пара в РТО

Θ_рто=t_1то -t_1н

и определяя по диаграмме или таблице перегретого пара соответствующие значения энтальпий i_1н и i_1то то, из уравнения теплового баланса РТО находят энтальпию

i₄=i₃-(i_1то –i_1и)

По энтальпии i₄ на изобаре p_к=const определяют положение точки 4

Из РТО пар поступает в кожух компрессора и, омывая обмотку статора встроенного электродвигателя, еще более перегревается (процесс 1_то— 1). Перегрев

Θ_ЭД=t₁ -t_1то

зависит от КПД и мощности встроенного электродвигателя. При построении цикла величину Θ_ЭД принимают примерно равной 10...15°С.

Остальные процессы данного теоретического цикла, а также его построение аналогичны соответствующим процессам цикла и его построению для одноступенчатой аммиачной холодильной машины (см. рис. 10).

Сравнение циклов

Дополнительно на рис. 11, б пунктиром показаны процессы: 3—6 -дросселирования в регулирующем вентиле при. отсутствии РТО, 1_и — 7—сжатия в компрессоре при отсутствии РТО и в компрессоре без встроенного электродвигателя (в этих случаях принципиальная схема и цикл машины не отличаются от показанных на рис. 10).

Из сравнения двух циклов, представленных на рис. 10 и 11. вытекает, что введение РТО позволяет повысить удельную массовую холодопроизводительность машины

Δq₀ =i₆ -i₅

и при этом возрастает перегрев всасываемого пара:

θ _рто=t_1то -t_1и

Общий перегрев всасываемого пара в РТО и встроенном электродвигателе компрессора

Θ₁=t₁-t_1и

При этом следует учитывать, что необходимая удельная массовая холодопроизводительность компрессора

Величина q_0км в кДж/кг показывает, какое количество теплоты отводит 1 кг хладагента, поступающего в компрессор, при рабочих параметрах цикла p₀, p_к, Θ₁

В тепловом расчете используют также удельную объемную холодопроизводительность компрессора q_Vкмв кДж/м³:

q_Vкм=q_0км/v₁

где v₁ — удельный объем пара, всасываемого в цилиндр компрессора, м³ /кг.

При расчете холодильной машины обычно задаются тепловой нагрузкой на испаритель Q_и в кВт (кДж/с). Тогда количество циркулирующего хладагента (массовый расход) G_a в кг/с находят по отношению

Ga=Q_и/q₀

а необходимую холодопроизводительность компрессора Q_0км, в кВт из выражения

Q_0км=G _а q_0км

При этом объем пара, всасываемого компрессором, V_КМв m³/c:

V_КМ=G_a v₁.

Для того чтобы лучше проиллюстрировать существо расчета циклов холодильных машин, а также зависимость основных параметров от рабочих условий и вида хладагента, проведен сравнительный расчет цикла 1_И— 7—3—6—1_И для одноступенчатых аммиачной и фреоновой (на R12) холодильных машин и цикла 1—2—4—5—1 для одноступенчатой фреоновой машины с РТО и встроенным электродвигателем.

Анализ приведенных данных показывает, что при работе холодильной машины на R12 с РТО и компрессором, имеющим встроенный электродвигатель, удельная массовая холодопроизводительность машины q₀ увеличивается примерно на 10 %, но одновременно работа сжатия l также возрастает примерно на 12 %. Это приводит к незначительному, примерно на 2 %, уменьшению холодильного коэффициента ε, увеличению объема всасываемого компрессором пара V_КМ на 4 % и необходимой холо-допроизводительности компрессора Q_0КМ на 15%.

Таким образом, введение РТО в схему холодильной машины не улучшает ее энергетической эффективности, соответствующей холодильному коэффициенту ε. Применение РТО объясняется практическими условиями работы фреоновых холодильных машин, в первую очередь уносом капель жидкого хладагента из испарителей змеевикового типа и необходимостью обеспечить возврат масла в картер компрессора.

Дополнительный перегрев пара в электродвигателе также отрицательно влияет на холодильный коэффициент ε и приводит к увеличению объема всасываемого компрессором пара V_КМ,, а следовательно, габаритных размеров и металлоемкости компрессора. Однако использование компрессора со встроенным электродвигателем позволяет существенно повысить герметичность всей машины и уменьшить габаритные размеры и металлоемкость компрессорного агрегата.

Расчетные данные цикла на аммиаке (R717) подтверждают лучшие, по сравнению с R12, термодинамические свойства аммиака (см. тему 3).

При работе на аммиаке удельная массовая холодопроизводительность машины q₀ возрастает в 9 раз, но, так как при этом увеличивается и работа сжатия l, холодильный коэффициент повышается лишь на 8 %, а объем всасываемого пара V_КМ уменьшается примерно на 60 %. Это позволяет создавать аммиачные машины с меньшими габаритными размерами и металлоемкостью, чем у фреоновых машин.

Тема 5.