разное

Одноступенчатые машины для производства тепла и холода на двух температурных уровнях каждого

Рассмотрим теплофикационные машины, способные произво­дить четыре энергетических эффекта одновременно, т. е. тепло и холод на двух температурных уровнях каждый.

Необходимость в таких комбинированных условиях произ­водства тепла и холода существует на многих промышленных пред­приятиях, предприятиях по переработке сочной растительной про­дукции, для создания систем тепло-хладоснабжения (в системах кондиционирования воздуха) и т. д. Например:

• кондиционирование воздуха (5...10°С) и получение теплой воды для бытовых нужд (45...50°С);

• замораживание (-40...-30°С) и охлаждение (-Ю...0°С) продуктов, а также производство горячей (70...80°С) и теплой (45...50°С) воды для отопления и/или технологических нужд;

• низкотемпературное производство (-25...-10°С) высококон­центрированных растворов и получение теплой воды (50...80°С) для технологических нужд;

• ледянок каток (-12...-7°С), кондиционирование воздуха (5...10°С), получение теплой воды для бытовых нужд (45...50°С).

Для обеспечения подобных сочетаний обычно используют по две теплофикационные машины, однако имеется возможность созда­ния одной машины, работающей на неазеотропной смеси рабочих веществ. При одной и той же схеме возможно реализовывать различ­ные температурные режимы эксплуатации, что обеспечивается качест­венным и количественным подбором смеси. Естественно, что это отразится на термоэкономических характеристиках машины в целом.

На примере одного схемного-циклового решения (рис. 17.11) рассмотрим возможности применения неазеотропных смесей из рабо­чих веществ HFC - и HCFC-типа. Дополнительная особенность маши­ны состоит в использовании винтового компрессора с дозарядкой.

Машина работает следующим образом. Сжатый в компрессоре пар (точка 2) поступает в теплообменник-дефлегматор, где преиму­щественно конденсируется высококипящий компонент смеси (RH). Полученная парожидкостная смесь (точка 3) разделяется в сепараторе (С) в соответствии с условиями равновесия: точка 4 - пар, точка 5 ~ жидкость. Пар поступает в конденсатор, где превращается в жидкость (точка 6). Таким образом в машине образуются два потока жидкости одного давления, но разных концентраций. Потоки дросселируются до разных давлений и направляются каждый в свой испаритель, где кипят, производя холод на различных температурных уровнях. После испарителей потоки сухого насыщенного пара (точка 8 и точка 10) поступают в компрессор.

Принципиальная схема машины может иметь два варианта ис­полнения. Каждый испаритель может работать как при низком давле­нии ро, так и при промежуточном рпр, поэтому процесс всасывания и дозарядки в компрессор будут осуществляться по следующим циклам: Цикл 1: И1 (рпр) - вентиль В1 закрыт; В2 - открыт;

И2 (р0) - вентиль В4 закрыт; ВЗ - открыт; Цикл 2: И1 (ро) ~ вентиль В1 закрыт; В1 - открыт;

И2 (рпр) - вентиль ВЗ закрыт; В4 - открыт.

Рассмотрим циклы для каждого варианта схемы - рис. 17.116,в. В результате разделения влажного пара в состоянии, соответст­вующем точке 3, жидкость будет иметь равновесную концентрацию Xj < Xh пар - Х2 > Х(. В диаграмме состояний h-X дальнейшие процессы дросселирования и кипения изображены на линиях Х} и Х2. При сопоставлении циклов видны различия в температурных режимах и характер протекающих процессов при смешении в компрессоре.

В теплообменнике (ТО) и конденсаторе температурные режи­мы для смеси определяются условиями потребителя. Теплообменник - самый высокотемпературный теплообменный аппарат в машине. В указанных процессах конденсации неизотермичность будет опреде­ляться свойствами смеси, и для уменьшения необратимостей она должна соответствовать неизотермичности высокотемпературных источников тепла. Температурный интервал в испарителях (неизотер­мичность процесса кипения), также зависит от свойств смеси и степени неизотермичности низкотемпературных источников тепла. Таким образом, расчет циклов необходимо начать с рассмотрения входящих параметров:

• рабочих температур четырех источников тепла;

• холодо - или теплопроизводительности машины, т. е. полезного продукта.

Давления рк, рпр и р0 выбирают с учетом конструктивно- эксплуатационные свойств смеси как рабочего вещества (п.6.1.6).

Количество дозаряжаемого в компрессор рабочего вещества а или соотношение массовых расходов через испарители, отнесенное к 1 кг смеси, циркулирующей через испаритель с давлением р0, опреде­ляют как

Удельные характеристики цикла определяют из уравнений: теплового баланса испарителя 1

Яо (рО) - hio ~ h9 Чо (рпр) = a Qijo - h9)

Теплового баланса испарителя 2

Qo (рО) = h8-h7 qo(pnp) = a(h - hi)

Теплового баланса теплообменника

Qro = (/ + «) (h2 - h3) теплового баланса конденсатора

Работы компрессора

(17.32)

Температурный режим и режим давлений является основой для выбора состава смеси. При проведении проектного анализа и оптимизации здесь имеется большое поле выбора, и ограничения могут быть введены самим проектировщиком, в зависимости от конк­ретных практических условий, в том числе стоимости компонентов смеси, качества и стоимости конструкционных материалов для тепло - обменных аппаратов, смазки компрессора и т. д.

Для подтверждения теоретических положений, рассмотрим примеры расчетов циклов различных тепловых насосов на нескольких неазеотропных смесях, проведенные на кафедре холодильных машин ОГАХ. Данные для расчетов:

• стабильный низкотемпературный источник тепла - проточная вода с температурой 20°С;

• периодический низкотемпературный источник тепла - сточные воды с температурой 40°С;

• неизотермичность источников тепла 4...6 град.

Целью работы теплового насоса является производство теплой и горячей воды в интервале 50...100°С. При расчетах были использованы только те смеси, которые полностью соответствовали конструктивно-эксплуатационным требованиям (п.6.1.6). Для рассмот­ренных температурных условий можно рекомендовать смеси (ка­чественный и количественный состав), приведенные в таблице 17.3.