разное

«Метод циклов» для машины Чистякова-Плотникова

Рассмотрим процесс формирования действительного схемного решения компрессорной теплоиспользующей холодильной машины, используя «метод циклов» (п.5.1). На основании цикла-образца Карно - Карно (рис. 19.4) теоретическая схема теплоиспользующей компрес­сорной холодильной машины состоит из элементов, представленных на рис.20.1а.

Машина работает следующим образом. Рабочее вещество из конденсатора распределяется по контурам: одна часть направляется в
холодильный контур по линии Д—>И—»КМ; другая часть - в силовой контур по линии Н—►Г—>Т. Работа, производимая турбиной и детандером, передается на привод компрессора и насоса.

Энергетический баланс теоретической компрессорной тепло­использующей машины записывается в виде

Qr +Qo + + Wm = QK +цгд. (20.1)

С точки зрения корректности термодинамического анализа цикл Карно-Карно (рис. 19.4) для компрессорной теплоиспользующей машины должен быть перестроен для сохранения условия равенства точек 4-6 (рис.20.16).

Принимая постоянными температуры подвода-отвода тепла (Тгор, Тср и Тхол), а также идеальными условия теплопередачи в теплообменных аппаратах ТГ=Тгор, Тк~Тср и Т0=Тхол, представим цикл, изображенный на рис.20.16, для условий работы с реальным рабочим веществом - рис.20.2а. Абсолютно очевидно, что этот цикл не может быть реализован на практике прежде всего из-за невозможности зафиксировать и остановить процесс конденсации в области влажного пара (точки 6=4). Кроме того известно, что детандер является неработоспособным на рабочих веществах холодильных машин в области влажного пара (п.5.1).

На этом этапе анализа необходимо ввести понятие кратности циркуляции. Как и ранее, предположим, что в обратном цикле (холо­дильном контуре) циркулирует 1 условный кг рабочего вещества, тог­да в прямом цикле (силовом контуре) должно циркулировать а кг рабочего вещества ДЛЯ соблюдения равенства У/пряМой - ^обратный При

Заданных основных температурных уровнях работы теплоисполь­зующей холодильной машины (Тгор Тср, Тхол). Величина а называется кратностью циркуляции.

Следует указать и на другой подход в определении понятия кратности циркуляции. Например, если предположить, что в прямом цикле (силовом контуре) циркулирует 1 условный кг рабочего вещест­ва, тогда и кг циркулирует в обратном цикле. В этом случае величина и будет называться кратностью циркуляции. На результаты расчетов, анализа и оптимизации разные подходы в определении понятия кратности циркуляции влияния не оказывают.

При переносе точек 6=4 на диаграмме состояний на левую пограничную кривую (состояние насыщенной жидкости) и замене детандера дроссельным вентилем, в цикле появляются две необрати­мости:

• в процессе дросселирования 6-7. Результат необратимости - потеря холодопроизводительности, описываемая m.(d-7-b-c)\

• в процессе 7-7* нагрева рабочего вещества при подводе тепла при Tzop=const. Результат необратимости - дополнительное потреб­ление тепла в генераторе. Графически эта необратимость описывается WL(l-l*-f).

Цикл компрессорной теплоиспользующей машины, изобра­женный на рис.20.2б, с точки зрения термодинамики, представляет соединение прямого цикла Ренкина и обратного цикла Клаузиуса - Ренкина (п.5.1). Этот цикл неосуществим на практике из-за невозмож­ности осуществления процессов сжатия в компрессоре и расширения в турбине с рабочим веществом в состоянии влажного пара. Цикл, представленный на рис.20.2в, ликвидирует этот недостаток, однако при поддержании постоянными Тгор, Тср и Тхот процессы расширения и сжатия состоят каждый из двух под-процессов: 2*-2 - изотермическое расширение, 2-5 - адиабатное расширение; 8-3 - адиабатное сжатие, 3-5 - изотермическое сжатие. Для практической реализации цикла компрессорной теплоиспользующей машины изотермические процес­сы подвода-отвода тепла должны быть заменены изобарными, кроме того, идеальные процессы отвода-подвода тепла должны быть заменены реальными - рис.20.3а. Таким образом машина работает на трех уровнях давлений: в генераторе - pFf в конденсаторе - рк, в испарителе - ро при условии Т[фТгор, ТкфТср и Тс^Тхол.

Дополнительная необратимость, возникающая при переходе от изотермического процесса отвода тепла в конденсаторе к изобарному,

Описана в п.5.1. Аналогичная необратимость возникает и в генераторе при подводе тепла от источника с постоянной температурой Тгор. В этом случае Тгор=Т2, а необратимость вследствие протекания процесса в генераторе при рГ может быть графически описана (рис.20.3а) как пл.(1-а-Ь-1*) + пл.(1*-Ь-с-2*) + пл.(2*-с-2).

Тепловой баланс действительной компрессорной теплоисполь­зующей машины записывают в виде

Qr + Qo+WH=QK (20.2)

Или в удельных характеристиках цикла

Qr-a + wH a + q0 =qK(l + a). (20.3)

Работа, затрачиваемая насосом, настолько мала, что на первом этапе термодинамического анализа можно принять wH-0.

При введении в рассмотрение реальных процессов сжатия в компрессоре и расширения в турбине, условие равенства работы ^прямой-^обратный необходимо заменить условием равенства мощ­ностей действительной турбины и действительного компрессора Nt=Nkm, тогда

Nm = NTfT. (20.4)

Мощности турбины NT и компрессора Nkm определяют из выражений

NT = Мт wT Т/т

(20.6)

Массовые расходы агента через турбину и компрессор опреде­ляются на основании совместного решения ур.(20.4)-(20.6), где

Мш= Q0/qo,

Мт-аМш

А = wkm/wt ЧтЧкм

Большое количество тепла конденсации (QK) от силового и холодильного контуров, свидетельствуют в пользу использования компрессорных теплоиспользующих машин в режиме тепловых насо­сов или теплофикационных машин.