Методы повышения эффективности
Одним из методов повышения термодинамической эффективности эжекторных машин является введение процессов регенеративного теплообмена в оба контура машины. Схема эжекторной машины с двумя РТО изображена на рис.21.9. Циклом-образцом для анализа эжекторной машины с системой РТО будет цикл обобщенный Карно - обобщенный Карно (рис.20.5б).
Рассмотрим влияние системы РТО на основные показатели эжекторной машины с рабочими веществами HFC - и HCFC-типа.
Частная задача была решена для эжекторной холодильной машины, использующей R-142b в качестве рабочего вещества, с температурным уровнем производства холода ТХОД=&°С (режим кондиционирования воздуха), диапазон изменения температуры конденсации 7^=28...40°С; диапазон изменения температуры генерации 7}=70... 120°С. Анализ предусматривал расчет теоретического цикла машины (идеальный эжектор) на уровне удельных характеристика цикла, поэтому величина полной холодопроизводительности машины Q0 не задавалась. Результаты расчетов представлены в безразмерном виде
Л - и ~иРто „ л _ СОР — СОРРТО
4" и Асор~ СОР '
Где величины без индекса описывает соответствующие характеристики простейшей эжекторной машины (рис.21.1), величины с индексом «РТО» - включение РТО-1 и/или РТО-2.
Из анализа приведенных на рис.21.10 зависимостей видно, что при использовании РТО-1 имеет место незначительное увеличение СОР эжекторной холодильной машины, однако коэффициент эжекции и в целом понижается (т. е. возрастает кратность циркуляции а), что будет способствовать повышению скорости потока, направляемого из испарителя. Изменение основных удельных характеристик работы машины в диапазоне 2-6% не может дать однозначного положительного ответа о необходимости применения РТО-1.
70 80 |
Анализ применения РТО-2 на основании величины СОР (величина и остается постоянной) демонстрирует возможность увеличения термодинамической эффективности машины в среднем на 10%, существуют и режимы, в которых наблюдается максимум. Очевидно, что совместное использование РТО-1 и РТО-2 будет способствовать повышению СОР машины.
Рис.21.9. Эжекторная машина с регенерацией тепла: а) схема; б) цикл |
Рис.21.10. Результаты численного анализа влияния системы РТО на основные характеристики эжекторной холодильной машины: А) при включении РТО-1; Б) при включении РТО-2; В) при включении РТО-1 и РТО-2; □ (И), ■ (СОР) - при 7>=28°С; А (и), ▲ (СОР) - при Тк =32°С; 0 (и), Т (СОР) - при 7>=36°С; О (и), • (СОР) - при Тк =40°С |
Критический анализ показывает, что при общем весьма низком значении СОР эжекторной машины, увеличение его на 15...20% не сможет приблизить такую машину по термодинамической эффективности ни к компрессорной теплоиспользующей, ни к абсорбционной. Кроме того, термоэкономический анализ машины явно будет свидетельствовать в пользу отказа от применения системы регенеративного теплообмена.
Практика применения пароводяных эжекторных машин доказала нецелесообразность системы РТО, поскольку незначительное повышение термодинамической эффективности влечет за собой существенное повышение одновременно капитальных и эксплуатационных затрат машины, связанных с необходимостью поддержания вакуума также и в РТО.
Еще одним методом повышения эффективности эжекторной машины является применение сложных эжекторов, в которых осуществляется двухступенчатое сжатие. Поток рабочего вещества из испарителя первоначально сжимается от р0 до рпр и далее от рпр до рк, при этом используется поток рабочего вещества pr-const. В этом случае давление кипения и генерации сохраняются неизменными. Схема машины и цикл изображены на рис.21.11.
Идея создания двухступенчатого эжектора для холодильных машин впервые была высказана Р. Фолленом (Франция) в 1928 году, однако дальнейшего развития не получила. Значительный прогресс в разработку теории и практики по созданию эжекторов, способных работать при больших величинах отношения давлений (р//ро) в составе энергетических установок, был внесен Ю. К.Аркадовым в 1980-ых годах. Эти разработки и были положены в основу создания схемы и цикла эжекторной холодильной машины с двухступенчатым эжектором, предложенной Дж. Граццини и А. Рочетти (Италия) в 2002 году. Анализ пароводяной эжекторной холодильной машины был проведен численными методами при вариации исходных характеристик: 7V=120°C (7}<=87.. .110°С); Тср=30°С (Г*=40.. .48°С); ТХОД^ 12°С (2о=5...7°С). Эжектор был принят идеальным. Величина СОР по результатам расчетов изменялась в диапазоне 0,38...0,53, что могло бы свидетельствовать о значительном повышении термодинамической эффективности, однако разброс данных по результатам расчетов (например, по величине и и другим показателям) был настолько большим, что авторы не смогли сформулировать выводы о рациональности применения этого метода повышения эффективности для действительных условий эксплуатации. В результате можно утверждать,
Из генератора р
Эе: |
6 конденсатор
Ро| из испарителя |
■пр |
0,01 |
0,001 |
Рис.21.11. Двухступенчатый эжектор (а) и цикл эжекторной пароводяной холодильной машины с двухступенчатым эжектором (б) |
1000 |
2000 |
3000 |
4000 |
А) |
Б) |
Что эффективность последовательного сжатия в одном эжекторе будет очень низкой даже с точки зрения эжекторных холодильных машин.