Построение и расчет цикла одноступенчатой холодильной машины

1.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХОЛОДИЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
КОНСТРУКЦИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ТиТТМО
Практическая работа №1
«Построение и расчет цикла
одноступенчатой
холодильной машины»

2.

1.Цикл и схема холодильной машины
2
Т, К
lgР,
МПа
3
Рк
3'
t к, Р к
2
3'
Тк
tк, Рк
3
t0, Р0
Р0
4
1'
Т0
1
i, кДж/кг
t0, Р0
4
1
1'
S, кДж/кгК
Основные процессы цикла:
11-1 – перегрев паров холодильного агента (х/а) перед компрессором,
1-2 – сжатие паров х/а в компрессоре,
2-31 - конденсация паров х/а в жидкость в конденсаторе,
31-3 – переохлаждение жидкого х/а после конденсатора,
3-4 – дросселирование жидкого х/а в вентиле,
4–11 – кипение жидкого х/а в испарителе с образованием паров

3.

3'
КД
2
КМ
РТО
1
3
ОБОЗНАЧЕНИЯ:
КМ – компрессор,
КД – конденсатор,
И – испаритель,
РВ – регулирующий вентиль,
РТО-регенеративный теплообменник
- жидкость
R134, R22 - фреоны
- жидкость+пар
РВ
- пар
4
И
3'
1'
- теплота подводится
КД
- теплота отводится
3
РВ
2
R717 - аммиак
4
КМ
- теплообмен между двумя средами
1
И
1'
- круг – механизм движения,
треугольник вверх – подъем давления

4.

Принцип работы схемы
3'
КД
3
РВ
2
R717 - аммиак
КМ
4
1
1'
И
lgР,
МПа
3
Рк
3'
tк, Рк
2
t0, Р0
Р0
4
1'
1
Холодильный агент, после кипения в испарителе (И)
(точка 1 ) направляется по трубопроводу в сторону
компрессора (КМ) и перегревается внутри, за счет
теплообмена с окружающей средой через стенку трубы
(до точки 1). В перегретом состоянии пар поступает в
компрессор, где сжимается, за счет уменьшения
объема, до состояния точки 2. Далее, сжатый пар
движется в сторону конденсатора и опять за счет
теплообмена с окружающей средой, немного
охлаждается (сбив перегрева, от точки 2 до правой
пограничной кривой). Внутри конденсатора (КД) пар
конденсируется в жидкость (состояние 3 ) за счет
охлаждения водой или воздухом (внешние стрелки).
После конденсатора, жидкость переохлаждается до
состояния точки 3, за счет теплообмена с окружающей
средой через стенку трубопровода. От точки 3 до точки
4 происходит дросселирование жидкого х/а в
регулирующем вентиле РВ, при этом жидкость
переходит в состояние паро-жидкостной смеси (на
пересечении с левой пограничной кривой). Далее,
опять с небольшим теплообменом в следующем
трубопроводе смесь подается в испаритель, где кипит
до точки 1 , за счет понижения температуры х/а
охлаждающей водой или воздухом (внешние
стрелочки).
i, кДж/кг

5.

2.Исходные данные
Для построения холодильных циклов и дальнейших расчетов
необходимо знать:
- Требуемая холодопроизводительность: Q0, кВт;
- Вид холодильного агента: R ?;
- Температура кипения холодильного агента: t0, 0C;
- Температура конденсации холодильного агента: tк, 0С
Параллельно с построениями составляется таблица, в которую
записывают параметры всех точек:
1
1
2
3
3
4
---
---
---
---
Температура t, 0C
Давление Р, МПа
Энтальпия i, кДж/кг
Уд.объем , м3/кг
---

6.

3.Последовательность построения цикла
lgP
(МПа)
Рк
1. При заданной температуре кипения t0, на
правой пограничной кривой ставят точку 1
3'
tк
Из точки 1 горизонтально влево смотрят
значение давления, оно принимается за
давление кипения Р0. Вертикально вниз
определяют значение энтальпии i1 .
Полученные значения заносят в таблицу,
в столбик для точки 1
t0
Р0
1
2. При заданной температуре
конденсации tк, на левой пограничной
кривой ставят точку 3
i3
1
i (кДж/кг)
i1
1
2
3
Температура t, 0C
t0
tк
Давление Р, МПа
Р0
Рк
Энтальпия i, кДж/кг
i1
i3
Уд.объем , м3/кг
---
---
---
3
4
---
---
Из точки 3 горизонтально влево смотрят
значение давления, оно принимается за
давление конденсации Рк. Вертикально
вниз определяют значение энтальпии i3 .
Полученные значения заносят в таблицу,
в столбик для точки 3
Величину удельного объема в точках
цикла определяют только для точки 1

7.

Для дальнейшего построения точки 1, по
правилам определяют величину перегрева
холодильного агента перед всасыванием в
компрессор
lgP
(МПа)
Рк
3'
Для аммиака R717, температуру всасывания
tВС принимают на 3 ÷ 5 ºС выше, чем t0, т.е.:
1
tвс
Р0
tВС = t0 + (3 ÷ 5) ºС
1
1
Для фреонов температуру всасывания tВС
принимают на 15 ÷ 35 ºС выше, чем t0:
tВС = t0 + (15 ÷ 35) ºС
i1
1
1
Температура t, 0C
t0
tВС
tк
Давление Р, МПа
Р0
Р0
Рк
Энтальпия i, кДж/кг
i1
i1
i3
Уд.объем , м3/кг
---
1
2
---
3
---
3
4
---
---
3. Сначала, из точки 1 , проводят
горизонтальную линию вправо. Затем, по
найденному значению температуры всасывания tВС, на правой пограничной кривой ставят отметку и далее по наклонной
линии (или параллельно имеющимся)
смещаются вниз, до пересечения с
горизонталью Р0. Там ставят точку 1, а ее
параметры заносят в таблицу

8.

4. Для дальнейшего построения точки 2,
сначала, из точки 3 проводят длинную
горизонтальную линию влево. Затем из
точки 1 проводят линию, параллельную
линиям постоянной энтропии S, вверх
(либо прямая наклонная, либо изогнутая),
до пересечения с горизонталью Рк.
lgP
(МПа)
Рк
t2
3'
2
Р0
1
1
i2
1
1
2
3
Температура t, 0C
t0
tВС
t2
tк
Давление Р, МПа
Р0
Р0
Рк
Рк
Энтальпия i, кДж/кг
i1
i1
i2
i3
Уд.объем , м3/кг
---
1
---
---
3
4
---
---
Из точки 2 горизонтально влево смотрят
значение давления, оно равно давлению
точки 3 и равно Рк. Вертикально вниз
определяют значение энтальпии i2.
Значение температуры точки 2
рассматривают параллельно изогнутым
линиям температуры в этой части
диаграммы. Полученные значения
заносят в таблицу, в столбик для точки 2.

9.

Для дальнейшего построения точки 3, по правилам определяют величину
переохлаждения холодильного агента после конденсатора
Для аммиака R717, температуру переохлаждения tПХ принимают на 3 ÷ 5 ºС ниже,
чем tк, т.е.:
tПХ = tк - (3 ÷ 5) ºС
Для фреонов: температура переохлаждения находится из условия теплового
баланса регенеративного теплообменника: теплота ΔiП, отданная жидким
холодильным агентом расходуется на нагрев ΔiВС паров холодильного агента т.е.
ΔiП = ΔiВС.
Условие теплового баланса теплообменника:
i3 - i3 = i1 - i1
Откуда энтальпия точки 3:
i3 = i3 -( i1 - i1 )
Соответственно, дальнейшее построение точки 3 будет производиться – для аммиака
– отталкиваясь от значения температуры переохлаждения tПХ, а для фреонов –
отталкиваясь от значения найденной энтальпии точки 3 - i3

10.

lgP
(МПа)
tПХ (если аммиак)
Рк
3
3'
5. Сначала из точки 3 проводят
горизонтальную линию влево, а затем:
- Если диаграмма аммиака R717, то
высматривают значение температуры tПХ
и проводят вертикальную линию, на
пересечении с горизонталью Рк – будет
точка 3;
- Если диаграмма фреонов, то внизу на
шкале энтальпий отмечают найденное из
баланса теплообменника значение i3, а
затем проводят вертикальную линию
вверх, до пересечения с горизонталью Рк –
будет точка 3.
2
Р0
1
1
i3 (если фреон)
1
1
2
3
3
Температура t, 0C
t0
tВС
t2
tк
tПХ
Давление Р, МПа
Р0
Р0
Рк
Рк
Рк
Энтальпия i, кДж/кг
i1
i1
i2
i3
i3
Уд.объем , м3/кг
---
1
---
---
---
4
---
Давлене точки 3 равно давлению точки 3
и равно Рк. Для аммиака - вертикально
вниз определяют значение энтальпии i3.
Для фреонов – высматривают значение
температуры точки 3. Полученные
значения заносят в таблицу, в столбик для
точки 3.

11.

6. Для построения точки 4, из точки 3
проводят вертикальную линию вниз, а из
точки 1 - горизонтальную линию влево.
На пересечении – будет точка 4.
lgP
(МПа)
Рк
3'
3
Р0
2
Давление точки 4 равно давлению точки
1 и равно Р0. Энтальпия точки 4 равна
энтальпии точки 3. Температура точки 4
такая же как и у точки 1 . Полученные
значения заносят в таблицу, в столбик для
точки 4.
4
1
1
i3 = i4
1
1
2
3
3
4
Температура t, 0C
t0
tВС
t2
tк
tПХ
t0
Давление Р, МПа
Р0
Р0
Рк
Рк
Рк
Р0
Энтальпия i, кДж/кг
i1
i1
i2
i3
i3
i3
Уд.объем , м3/кг
---
1
---
---
---
---
В данной таблице, Для примера,
записаны символы с индексами, для
ориентации студента. В ходе выполнения
самой работы, студенты в таблицу
записывают не символы, а конкретные
цифры, определенные по диаграмме.

12.

4.Тепловой расчет цикла
1. Удельная массовая холодопроизводительность:
q0 = i1 – i4, кДж кг
для R 717
q0 = i1 – i4, кДж кг
для R134, R22.
2. Массовая производительность компрессора или массовый расход
холодильного агента:
где Q0 – холодопроизводительность, заданная по исходным данным, кВт.
3. Объемная производительность компрессора или объемный расход
холодильного агента:
V = Ga∙ 1, м3/с
где 1 – удельный объем всасываемого пара (точка 1), м3/кг.
4. Удельная адиабатическая работа процесса сжатия:
ℓ = i2 – i1, кДж/кг

13.

5. Адиабатическая (теоретическая) мощность компрессора:
Nа = Ga∙ℓ = Ga(i2 – i1), кВт.
6. Холодильный коэффициент цикла:
ε = q0/ℓ
7. Тепловая нагрузка на конденсатор:
для аммиака (R717)
Qк = Ga(i2 – i3), кВт;
для фреонов (R22, R134)
Qк = Ga(i2 – i3 ), кВт.
8. Тепловой баланс всей холодильной машины:
Q0 + Nа = Qк
9. Погрешность вычислений:
= ((max-min)/max)*100%
где max, min – два сравниваемых числа, в нашем случае это правая и левая
части уравнения.
Полученной расхождение, в инженерной практике, должно удовлетворять
условиям: 8-10 %.
Первое тренировочное задание для всех: Q0 = 20 кВт, t0= -200C, tк= 30 0С, R22