Реальный цикл паровой холодильной машины

 

В паровых холодильных машинах работа, отдаваемая детандером, значительно меньше работы, расходуемой компрессором. Кроме того, изготовить детандер малых размеров достаточно трудно и сложно, так как удельный объем расширяемой жидкости сравнительно небольшой.

Для получения наиболее простой схемы холодильной машины детандер заменяют дроссельным (регулирующим) вентилем. Однако в дроссельном вентиле происходит необратимый процесс, сопровождающийся потерями.

Характерной особенностью ранее рассмотренного цикла является всасывание компрессором влажного пара и сжатие до области насыщения, т.е. «влажного хода» компрессора. Такой режим работы при условии изоэнтропного сжатия является наиболее выгодным, так как приближает рабочий процесс холодильной машины к циклу Карно.

Однако в практических условиях предпочтителен «сухой ход» компрессора во избежание гидравлического удара. Для осуществления «сухого хода» пары холодильного агента из испарителя направляются в отделитель жидкости, где они освобождаются от жидкости. Схема и цикл реальной холодильной машины приведен на рис. 5.

 

 

Рис. 5. Схема и цикл реальной холодильной машины

 

Всасываемый сухой насыщенный пар (точка 1) компрессор изоэнтропно сжимает в области перегретого пара (процесс ), пар поступает в конденсатор, в котором сначала охлаждается до температуры насыщения (процесс ), а затем конденсируется. В процессе отвода теплоты перегрева (процесс ) из-за разности температур возникают необратимые потери.

В реальной машине осуществляют больший перегрев паров на всасывании. Компрессор всасывает и сжимает перегретые пары для надежной защиты от гидравлического удара (процесс ).

Потери цикла еще больше увеличиваются, так как появляются необратимые потери на всасывании от конечной разности температур в процессе перегрева паров (процесс ).

В действительном цикле паровой холодильной машины процессы теплообмена в теплообменных аппаратах происходят при конечных разностях температур. В реальных условиях в процессе кипения в испарителе , в процессе конденсации . То есть существуют вполне определенные разности температур, которые также представляют необратимые потери.

Кроме того, процесс сжатия пара в компрессоре может отмечаться от изоэнтропного.

Произведем анализ необратимых потерь цикла.

1. Дросселирование рабочих тел является внутренне необратимым процессом, следовательно, дополнительная работа, затрачиваемая на компенсацию необратимых потерь, может быть выражена:

 

.

 

2. Процессы, происходящие в конденсаторе ():

– уменьшение энтропии рабочего тела

 

;

 

– увеличение энтропии окружающей среды

 

;

 

– общее приращение энтропии системы

 

.

Дополнительная работа, необходимая для компенсации необратимых потерь в конденсаторе:

 

.

 

3. Процессы, происходящие в испарителе ():

– приращение энтропии рабочего тела

 

;

 

– изменение энтропии источника низкой температуры

 

,

 

или если взять за точку отсчета точку 1, то исходя из подобия для произвольной точки можно записать

 

.

 

При отводе теплоты в окружающую среду затраты работы на компенсацию потерь в испарителе будут

 

.

 

Общие затраты работы на компенсацию потерь выразятся суммой

 

.

 

Можно доказать, что все потери цикла, вызывающие дополнительные затраты работы на их компенсацию, определяются площадками, расположенными вокруг цикла Карно (точки ), вписанного в реальный цикл.

 

Удельная холодопроизводительность цикла

 

.

Удельная нагрузка на конденсатор

 

.

 

Работа цикла

 

.

 

Теоретический холодильный коэффициент

 

.

 

Степень термодинамического совершенства реального цикла определяется степенью обратимости, отношением реального холодильного коэффициента к холодильному коэффициенту цикла Карно, :

 

,