Современные БЫТОВЫЕ ЭЛЕКТРОПРИБОРЫ И МАШИНЫ

Реальный Цикл паровых компрессионных холодильных машин

В современных бытовых холодильниках применена паровая компрес­сионная холодильная машина (рис. 1.4). Компрессор М сжимает рабочее тело, в качестве которого в таких машинах используют легкокипящие жидкости, меняющие свое состояние в зависимости от давления, созда-

14

Рис. 1.4. Схема паровой компрессионной машины:

К — конденсатор; Д — детандер-расширитель; С — охлаждаемая среда; И — теплоотдатчик-ис - паритель; М — компрессор

Ваемого компрессором. В теплоотдат - чике-испарителе И холодильный агент кипит, забирая тепло от охлаждаемой среды С.

Т — 5-диаграмма цикла Карно ре­альной холодильной машины представ­лена на рис. 1.5. Компрессор сжимает рабочее тело по линии 1—2 (рис. 1.5, а). При этом повышается температура рабочего тела от Т1 до-Г*. Сжатый пар нагнетается в конденсатор, где он в результате охлаждения воздухом переходит из состояния сухого насыщенного пара в жидкость, т. е. конденсируется (процесс 2—3). Из конденсатора жид­кость поступает в расширитель, где адиабатически расширяется до состояния 4; при этом давление падает, а температура понижается до Т1- В состоянии, соответствующем точке 4, рабочее тело поступает в испа­ритель И.

Практически в паровой холодильной машине идеальный цикл реали­зовать не удается, что объясняется рядом обстоятельств, прежде всего, неизбежными потерями в механической части машины.

Рис. 1.5. Реальный парокомпрессиониый цикл:

А — влияние дросселирования; б—влияние переохлаждения и «сухого хода» компрес­сора; в — полный цикл в Т — 5-диаграмме; г — полный цикл в!§ Р — /-диаграмме

Хотя в парокомпрессионном цикле работа расширения составляет небольшую часть всей работы цикла, изготовление детандера, обеспе­чивающего адиабатическое расширение, крайне сложно и экономически нецелесообразно. Поэтому вместо адиабатического расширения в бытовых холодильных машинах применяют расширение методом дросселирова­ния.

Дросселированием называют понижение давления жидкости или газа без изменения энтальпии. Практически это осуществляется при проходе жидкости или газа через суженное сечение из области высокого давле­ния в область низкого давления.

Однако в процессе дросселирования полезной работы не создается. Кроме того, происходят потери полезной работы вследствие отклонения реального цикла с дросселированием от идеального цикла Карно. Пер­вое отклонение объясняется наличием трения при прохождении через дроссель. При дросселировании реальных газов температура понижается меньше, чем при адиабатическом расширении. Это объясняется нали­чием частичного парообразования жидкости за счет выделения теплоты трения в процессе дросселирования.

Таким образом, в процессе дросселирования теряется полезная ра­бота А расширения и уменьшается холодопроизводительность (коли­чество отнятой от охлаждаемого тела теплоты за единицу времени). Этот необратимый процесс идет с увеличением удельной энтропии, а сле­довательно, на Г —5-диаграмме линия процесса дросселирования пойдет не вертикально вниз, а наклонно, выходя не на точку 4, а на точку 4' (см. рис. 1.5, а). Уменьшение холодопроизводительности выражается площадью Ь — 4 — 4' — с, полезная холодопроизводительность будет соответствовать площади с —4' — 1 — а. Работа, затраченная на соверше­ние цикла, соответствует площади с — 4' — 1 — 2 — 3 — Ь.

Потери от дросселирования определяются физическими свойствами холодильного агента, а также интервалом температур и после дроссе­лирования: чем больше интервал, тем больше потери. Поэтому одним из способов снижения потерь является понижение температуры жидкого хладагента перед дросселированием. Это обеспечивается переохлажде­нием хладагента в конденсаторе, что является вторым отклонением от цикла Карно.

В холодильниках нового поколения переохлаждение осуществляется регенеративным теплообменником типа «труба в трубе». Трубопровод, выходящий из испарителя (обратный холодный поток), охватывает трубопровод, подходящий к дросселю (прямой поток).

На схеме процесс переохлаждения показан линией 3 — 3' (рис. 1.5, б). В ряде случаев линия 3 — 3' совпадает с левой пограничной кривой. При этом холодопроизводительность цикла увеличивается на величину, соответствующую площади Ь — 4 — 4’ — с (рис. 1.5,6).

Третье отклонение, влияющее на потери и невозможность практи­ческой реализации идеального цикла, связано с параметром хладагента, всасываемого в компрессор. В принципе это должен быть влажный на­сыщенный пар. Однако при всасывании в компрессор пар подогре­вается стенками цилиндра и расширяется. В результате увеличивается

16

Его объем, уменьшается масса газа, поступающая в компрессор, и хо - лодопроизводительность снижается.

Для исключения этого создается режим «сухого хода» компрессора, например, дополнительным теплообменником [точка /' или иногда 1" (см. рис. 1.5,6)]. Сжатие Г—2' (/"—2") протекает в области перегре­того пара до пересечения адиабаты с линией постоянного давления в конденсаторе 2—2' (2—2"). При этом холодопроизводительность уве­личивается соответственно площади а—/—/' — ё, а дополнительная затраченная работа 1—2—2'—Режим сухого хода компрессора, кро­ме того, предохраняет от возможного гидродинамического удара, если в компрессор попадает повышенное количество жидкости.

Таким образом, на Т—5 - диаграмме парокомпрессионный цикл опи­сывается следующими процессами (рис. 1.5, в): Г'—2" — адиабатическое сжатие хладагента; 2”—2 — отвод тепла перегрева от хладагента при постоянном давлении в конденсаторе; 2—3' — конденсация хладагента; 3'—3 — переохлаждение хладагента; 3—4' — дросселирование; 4'—Г — отбор тепла от охлаждаемой среды при кипении хладагента; Г—1" — отбор тепла при перегреве.

Удельная холодопроизводительность (на 1 кг хладагента) соответ­ствует площади Ь — 3 — 4' — /" — /1, хотя в реальных холодильных машинах нагрев перед всасыванием протекает не в испарителе, а в трубопро­водах от испарителя. Теплота, отведенная от хладагента в конденсаторе, выражается площадью 4 — 2” — 2 — 3' — 3 — Ь, а работа, затраченная компрессором, выражается площадью с — 4' — 1" — 2"—3 — Ь.

На р —г-диаграмме (рис. 1.5, в) холодопроизводительность £о = = «!-/— «V, количество отведенного пара в конденсаторе ^к = г"2" — *з. затраченная компрессором работа Л=г2-— 1у,.