Схемы и циклы многоступенчатых парокомпрессионных холодильных машин

Зависимость основных характеристик холодильной машины

От режима работы

Основными параметрами, определяющими режим работы парокомпрессионной холодильной машины и ее рабочие характеристики, являются вид хладагента и его температуры кипения t₀ и конденсации t_к.

Температура кипения t_к и соответствующее ей давление кипения p₀ зависят главным образом от температуры среды t_хс охлаждаемой холодильной машиной. Охлаждаемой средой может быть воздух (в домашних холодильниках, камерах хранения, аппаратах для охлаждения и замораживания продуктов), когда испаритель находится непосредственно внутри охлаждаемого объекта. Такая система называется системой непосредственного охлаждения. В холодильных машинах с промежуточным хладоносителем охлаждаемой средой является жидкий хладоноситель (вода, рассол и др.).

Таким образом, температура кипения определяется требуемой температурой охлаждаемой среды. Для хранения охлажденных пищевых продуктов температура охлаждаемой среды t_хс с должна быть в пределах 2...4 °С (она не может быть ниже 0°С), для хранения замороженных продуктов — не выше -10°С (обычно -15...-20 °С), для замораживания пищевых продуктов требуется t_хс=-30... -40°С.

Температуры кипения t₀ и конденсации t_к, диапазон возможных значений которых весьма широк, существенно влияют на основные характеристики машины: холодопроизводительность, потребляемую мощность, холодильный коэффициент, надежность и долговечность. Между собой эти характеристики тесно связаны.

Наибольшее влияние на них оказывает температура кипения. Рассмотрим это более подробно.

I.кДж/кг

РИС. 12. Изменение цикла холодильной машины с понижением температуры кипения

На рис. 1 на lg р- i диаграмме показан цикл /—2—3—4 одноступенчатой холодильной машины, работающей при давлениях кипения p₀ и конденсации р_к, которым соответствуют температуры кипения t₀ и конденсации t_к

При данном режиме работы удельная массовая холодопроизводительность машины

q₀=i_1"-i₄,

а удельная работа сжатия компрессора

l=i₂-i₁

Если температура кипения понижается до значения t_0.а, удельная массовая холодопроизводительность. как видно из диаграммы, уменьшается:

q_0a=i_1a"-i_4a

Это объясняется прежде всего тем. что при дросселировании до более низкого давления р_0a (процесс 3—4а) хладагент поступает в испаритель с большим содержанием пара:

x_4a>х₄.

Удельная работа сжатия компрессора с понижением температурыкипения увеличивается:

l_a=i_2a-i_1a

При этом уменьшается удельная .массовая холодопроизводительность компрессора

q_0км=i₁-i₄

и повышается темцература конца сжатия пара в компрессоре:

t_2a>t₂.

С понижением температуры и давления кипения увеличивается удельный объем всасываемого пара:

v_1a>v₁,

что приводит к существенному уменьшению удельной объемной холодопроизводительности компрессора q_vкм.

Таким образом, с понижением температуры кипения уменьшается холодопроизводительность машины; снижается ее энергетическая эффективность, так как уменьшается значение холодильного коэффициента

ε=q₀/l;

ухудшаются рабочие характеристики компрессора, так как с увеличением отношения давлений p_к/p_о и их разности p_к—p_о растет нагрузка на механизм движения и повышается температура конца сжатия.

К аналогичным отрицательным последствиям приводит повышение температуры конденсации и соответствующего давления конденсации. Кроме того, увеличивается нагрев компрессора и потребление электроэнергии. Однако, если понижение температуры кипения на 1 °С уменьшает холодопроизводительность машины на 4—5 %, то повышение температуры конденсации на 1 °С снижает ее всего на 1—2 % (в зависимости от типа холодильной машины и условий ее работы).