Глава 3. Схемы и циклы

ОДНОСТУПЕНЧАТЫХ КОМПРЕССОРНЫХ

ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН

Компрессорные холодильные машины работают с затратой механической энергии. В зависимости от холодильного агента различают воздушные (газовые) и паровые холодильные машины. В воздушных холодильных машинах рабочим телом является воздух, не изменяющий агрегатного состояния, а эффект охлаждения осуществляется в результате повышения температуры холодного воздуха. В паровых холодильных машинах холодильным агентом являются вещества, меняющие агрегатное состояние при совершении цикла в машине, а эффект охлаждения осуществляется вследствие кипения холодильного агента при низкой температуре.

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА И ЦИКЛ ВОЗДУШНОЙ КОМПРЕССОРНОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ

В воздушных компрессорных холодильных машинах для получения низких температур используют адиабатическое расширение сжатого газа (воздуха) или вихревой эффект.

Принципиальная схема и цикл воздушной компрессорной холодильной машины с адиабатическим расширением сжатого и охлажденного воздуха показаны на рис. . Воздух из охлаждаемого помещения ОП (рис. , а) при атмосферном давлении p₀ и температуре T₁ (состояние 1) отсасывается компрессором КМ, в котором адиабатически сжимается до давления р и температуры Т₂ (процесс 1—2) с затратой работы l_км.

Рис. . Принципиальная схема и теоретический цикл воздушной холодильной машины (цифры на схеме соответствуют точкам на диаграмме): а —схема; б —цикл в v, p-диаграмме; в—цикл в s,T-диаграмме.

В состоянии 2 сжатый воздух поступает в холодильник газа ХГ, где он при постоянном давлении р охлаждается водой (процесс 2—3). Температура воздуха понижается до T₃ В состоянии 3 воздух поступает в расширительный цилиндр РЦ (поршневой детандер), где он адиабатически расширяется до первоначального давления р_о, а температура его при этом резко понижается до Т₄ (процесс 3—4). Адиабатическое расширение в поршневом детандере сопровождается внешней работой l_расш. Холодный воздyx поступает опять в охлаждаемое помещение, где он нагревается при постоянном давлении р_о до температуры Т₁ (процесс 4—1), отнимая теплоту от охлаждаемой среды. Холодный воздух может выбрасываться непосредственно в помещение или проходить по закрытому аппарату, расположенному в охлаждаемом помещении. В последнем случае холодильная машина представляет собой замкнутую систему, в которой можно создавать давление р_о значительно ниже атмосферного, следовательно, и более низкую температуру.

В результате совершения цикла воздушной холодильной машины теплота от охлаждаемого помещения отнимается холодным воздухом, отдается охлаждающей воде в холодильнике газа. Чтобы такой перенос теплоты от охлаждаемой среды к более теплой воде был возможен, в компрессоре затрачивается работа l_км. Эта работа в v, р-диаграмме (рис. ,б) выражается площадью под процессом, спроектированным на ось р (площадь a—1—2—b). Здесь процесс a—1 обозначает всасывание воздуха в компрессор, процесс 1—2 — сжатие, процесс 2—b — выталкивание воздуха из компрессора.

Работа, затраченная в компрессоре, частично компенсируется работой, полученной при адиабатическом расширении в расширительном цилиндре l_расш, которая в v, р-диаграмме выражается площадью b—3—4—а. Процесс b—3 обозначает поступление воздуха в расширительный цилиндр, процесс 3—4 — адиабатическое его расширение, а процесс 4—a — выход из цилиндра.

Таким образом, на совершение цикла затрачивается работа

На v, р-диаграмме работа l равна площади 1—2—3—4.

Количество теплоты, отнятое от охлаждаемой среды 1 кг рабочего тела, q₀ представляет собой массовую холодопроизводительность и в s, T-диаграмме (рис. , в) выражается площадью под процессом 4—1, спроектированным на ось абсцисс (площадь d—1—4—с).

Количество теплоты, отданное 1 кг рабочего тела охлаждающей воде, выражается площадью под процессом 2—3 (площадь d—2—3—с).

Теплота q больше q_o на величину работы, затраченной на совершение холодильного цикла, q=q_о+l. Тогда работа, затраченная в цикле, l=q—q_о. В s, T-диаграмме она выражается площадью 1—2—3—4.

Учитывая, что процессы подвода и отвода теплоты в цикле протекают при постоянном давлении, а процессы сжатия адиабатические, величины q_o, q и l можно вычислить как разность между энтальпиями на границах процессов:

где i₂—i₁ — работа компрессора, Дж/кг;

i₃—i₄ — работа расширительного цилиндра, Дж/кг,

Холодильный коэффициент теоретического цикла воздушной холодильной машины

Сравним цикл воздушной холодильной машины с циклом Карно, Теоретически в рассмотренном цикле температура охлаждаемой среды может соответствовать температуре в точке 1 (не ниже), а охлаждающей воды — температуре в точке 3 (не выше), тогда цикл Карно, совершенный в том же интервале температур охлаждаемой среды Т₁ и охлаждающей T₃ будет иметь температуру рабочего тела Т₀=Т₁ и Т=Т₃. Такой цикл Карно 1—2'—3—4' показан на рис. , в. Из рис. , в видно, что холодильный коэффициент цикла Карко ε_к больше холодильного коэффициента цикла воздушной холодильной машины ε, так как q_0к больше q_o на площадь 4—4'—1, а работа, затраченная в цикле Карно, l_к меньше l и выражается площадью 1—2'—3—4'. Это указывает на неэкономичность цикла воздушной холодильной машины. В действительном цикле экономичность воздушной холодильной машины снижается еще значительнее.

Воздушным холодильным машинам присущи и другие недостатки, а именно: воздух имеет малую теплоемкость и большой удельный объем, что приводит к большим объемам циркулирующего воздуха, а следовательно, к увеличению размеров поршневых компрессоров и детандеров. Перечисленные недостатки привели к полному вытеснению воздушных холодильных машин с поршневыми компрессорами и поршневыми детандерами паровыми холодильными машинами. Однако применение турбокомпрессоров вместо поршневых компрессоров и турбодетандеров вместо расширительных цилиндров позволяет получить компактные воздушные холодильные установки, которые используют для получения температур —100÷—120° С. Кроме того, находят применение воздушные холодильные машины с вихревой трубой.

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА ПАРОВОЙ КОМПРЕССОРНОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ С РАСШИРИТЕЛЬНЫМ ЦИЛИНДРОМ И ЦИКЛ В ОБЛАСТИ ВЛАЖНОГО ПАРА

Рис. . Схема и теоретический цикл паровой компрессорной машины.

В паровых холодильных машинах рабочим телом являются легкокипящие жидкости, которые при совершении цикла изменяют агрегатное состояние, переходя из жидкости в пар, а из пара опять в жидкость. Температура кипения холодильного агента зависит от давления, поддерживаемого над кипящей жидкостью. Теплоту, необходимую для кипения, отнимают от охлаждаемой среды, создавая эффект охлаждения. Температура конденсации, а следовательно, и давление конденсации зависят в основном от температуры и расхода среды, воспринимающей теплоту конденсации. Принципиальная схема паровой компрессорной холодильной машины, состоящей из компрессораКМ, конденсатора КД, расширительного цилиндра РЦ и испарителя И, показана на рис. . Все элементы соединены последовательно трубопроводами, и машина представляет собой герметически закрытую систему. Пар, образовавшийся при кипении жидкости в испарителе И, отсасывается компрессором КМ (состояние 1) и сжимается от давления р_о до р_к (процесс 1—2), на что затрачивается работа l_км. При сжатии температура пара повышается от Т₀ до Т_к. Сжатый пар нагнетается в конденсатор КМ, где он в результате охлаждения водой или воздухом переходит из состояния сухого насыщенного пара в жидкость, т. е. конденсируется (процесс 2—3). Жидкость в состоянии 3 поступает в расширительный цилиндр РЦ, где адиабатически расширяется до состояния 4, При этом давление понижается от р_к до р_о, а температура— от Т_к до T_о. В процессе расширения рабочее тело производит работу l_расш. В состоянии 4 холодильный агент поступает в испаритель И, расположенный в охлаждаемом объекте. В испарителе холодильный агент кипит, забирая теплоту от охлаждаемой среды, и переходит из состояния 4 в состояние 1, а затем он вновь засасывается компрессором.

В процессах теплообмена 4—1 и 2—3 происходят фазовые превращения (кипение и конденсация), в которых температура холодильного агента остается постоянной, если давление не изменяется. Таким образом, цикл, осуществляемый холодильным агентом, в области влажного пара совпадает с циклом Карно, состоящим из двух изотерм и двух адиабат.

В s,T-диаграмме (см. рис. ) холодопронзводительность 1 кг холодильного агента q₀ определяется площадью а—1—4—b, а теплота q_к, отданная холодильным агентом воде или воздуху в конденсаторе, — площадью а—2—3—b. Работа l, затраченная на совершение кругового процесса, равна разности между работой, затраченной в компрессоре l_км, и работой, полученной в расширительном цилиндре l_расш [см. формулу (2)]. В s, T-диаграмме она выражается площадью 1—2—3—4. Холодильный коэффициент цикла

Полную характеристику обратного цикла дает тепловой коэффициент холодильной машины ξ, который представляет собой отношение холодопроизводительности машины к теплоте, затраченной в тепловом двигателе на получение работы, необходимой для совершения холодильного цикла в компрессорной холодильной машине,

где Q_o — количество теплоты, отнятой от охлаждаемой среды холодильным агентом в единицу

времени, Вт (Дж/с);

Q_затр.— количество затраченной теплоты в тепловом двигателе на получение работы,

необходимой для совершения холодильного цикла, Вт.

Количество холода, выработанного всей машиной в единицу времени, является также производительностью компрессора, входящего в ее состав.

Тогда при заданных Q_o и режиме работы машины (р_о, р_к и состояние пара в точке 1) массовый расход пара в компрессоре

где М — массовый расход пара в компрессоре, кг/с;

q₀ — холодопроизводительность 1 кг холодильного агента, Дж/кг.

При этих же условиях объемный расход пара в компрессоре

где V — объемный расход пара в компрессоре, м³/с;

v₁ — удельный объем засасываемого компрессором пара (в точке 1), м³/кг.

Холодопроизводительность, отнесенная к 1 м³ пара, засасываемого компрессором (в состоянии, соответствующем точке 1), называют объемной холодопроизводительностью холодильного агента и обозначают q_v.

Между объемной q_v и массовой q_o холодопроизводительностью существует связь

при этом

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ЦИКЛ СОВРЕМЕННОЙ ПАРОВОЙ КОМПРЕССОРНОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ

Современные холодильные машины работают с отклонениями от цикла, совпадающего с циклом Карно 1'—2'—3'—4' (рис. ). Первое отклонение обусловлено заменой расширительного цилиндра в схеме холодильной машины регулирующим вентилем РВ

Рис. . Схема и цикл паровой холодильной машины с регулирующим вентилем:

а — схема; б— цикл в s,T-диаграмме

(рис. , а). Такая замена объясняется тем, что в цикле паровой холодильной машины работа расширения составляет небольшую часть работы цикла, а изготовление расширительного цилиндра практически связано с большими трудностями. Регулирующий вентиль прост по устройству и позволяет легко регулировать подачу жидкого холодильного агента в испаритель.

В результате замены расширительного цилиндра регулирующим вентилем вместо адиабатического расширения 3'—4' протекает необратимый процесс дросселирования (мятия) 3'—4 (рис, ,б), что приводит к двойным потерям:

теряется полезная работа расширения l_расш. и, следовательно, увеличивается работа, необходимая для осуществления холодильного цикла l=l_км;

уменьшается холодопроизводительность 1 кг холодильного агента. Это происходит потому, что работа сил трения при дросселировании холодильного агента превращается в теплоту, вызывающую дополнительное парообразование. При этом холодопроизводительность цикла уменьшается вследствие увеличения паросодержания рабочего тела, поступающего в испаритель.

В s, T-диаграмме уменьшение холодопроизводительности выражается площадью b—4'—4—с, а полезная холодопроизводительность цикла с дросселированием — площадью с—4—1'—а.

Работаl=q_к—q₀, затраченная на совершение цикла, и s,T-диаграмме представлена площадью с—4—1'—2'— 3'—b. Увеличение затраты работы в цикле с дросселированием по сравнению с циклом, совпадающим с циклом Карно, как и уменьшение холодопроизводителыюсти цикла выражается площадью b—4'—4—с.

Потери от дросселирования зависят от физических свойств холодильного агента (теплоемкости жидкости, теплоты парообразования и критических параметров). Для аммиака потери от дросселирования меньше, чем для R12, но самые большие потери наблюдаются при дросселировании углекислоты. Это объясняется тем, что углекислота дросселируется в области, близкой к критической, где теплота парообразования уменьшается, а пограничные кривые расположены очень полого.

Кроме того, потери от дросселирования зависят от интервала температур до и после процесса дросселирования:

чем меньше интервал температур, тем меньше потери.

Рис. . Цикл холодильной машины с переохлаждением жидкого холодильного агента и всасыванием сухого пара.

Рис. . Схема включения переохладителя ПО (а), теплообменника ТО (б) и отделителя жидкости О Ж (б).

Практически потери можно уменьшить понижением температуры жидкого холодильного агента перед дросселированием. Поэтому в цикл паровой холодильной машины вводится переохлаждение жидкого холодильного агента перед регулирующим вентилем, т. е. охлаждение его до температуры ниже температуры конденсации. Это является вторым отклонением от цикла Карно.

На рис. процесс переохлаждения изображен линией постоянного давления 3'—3, которая в s, T-диаграмме практически совпадает с левой пограничной кривой. Как видно из диаграммы, переохлаждение жидкого холодильного агента перед регулирующим вентилем увеличивает холодопроизводительность цикла, что выражается площадью

b—4—4'—с, а затрата работы при этом не изменяется.

На каждый градус переохлаждения жидкости холодопроизводительность увеличивается на 0,4% в машинах, работающих на аммиаке, на 0,43 % —на хладоне-12 и на 1,75% — на углекислоте.

Переохлаждение жидкости перед регулирующим вентилем можно осуществить водой, создавая противоток между наиболее холодной водой и жидким холодильным агентом. Для этого в схему холодильной машины между конденсатором и регулирующим вентилем включают дополнительный теплообменный аппарат — переохладитель ПО (рис. ,а). В некоторых конструкциях процесс переохлаждения происходит в самих конденсаторах.

Жидкость можно переохладить также за счет внутреннего теплообмена между паром, выходящим из испарителя, и жидкостью, поступающей из конденсатора. Этот процесс протекает в теплообменниках ТО. Включение теплообменника в схему холодильной машины показано на рис. , б. В теплообменнике ТО жидкость перед регулирующим вентилем переохлаждается холодным паром, поступающим из испарителя в компрессор.

Третьим отклонением цикла паровой холодильной машины от цикла Карно является засасывание компрессором сухого насыщенного или перегретого пара, что создает сухой ход компрессора.

Практически сухой ход можно обеспечить: включением в схему теплообменника (см. рис. ,б). Пар, поступающий из испарителя, проходя теплообменник 70, может не только подсушиваться, но и значительно перегреваться за счет теплоты, воспринимаемой от жидкости, поступающей из конденсатора к регулирующему вентилю;

включением в схему дополнительного аппарата —отделителя жидкости ОЖ (рис. , в). Влажный пар, поступающий из испарителя, проходит отделитель жидкости, в котором в результате уменьшения скорости и изменения направления движения более тяжелые частицы жидкости опускаются и возвращаются в испаритель, а сухой пар из верхней части отделителя жидкости отсасывается компрессором;

специальным автоматическим прибором — терморегулирующим вентилем, регулирующим заполнение испарителя так, что из него выходит перегретый пар. Принцип действия этого прибора описан в главе 10.

Состояние сухого насыщенного пара обозначено точкой 1, перегретого пара — точкой 1'' (см. рис. ). Адиабатическое сжатие в компрессоре 1—2 (1"—2") протекает в области перегретого пара до пересечения адиабаты с линией постоянного давления в конденсаторе 2'—2(2'—2"), которая в области перегретого пара не совпадает с изотермой.

Переход от всасывания влажного пара (точка 1') к всасыванию сухого (точка 1 или 1'') обусловливает, с одной стороны, увеличение холодопроизводительности на величину ∆q₀, выраженную в s, T-диаграмме (см. рис. ) площадью а—1—1—d (вертикальная штриховка), а с другой — увеличение затраченной работы на ∆l — площадь 1—2—2'—1' (косая штриховка). При подробном рассмотрении этих процессов оказывается, что затрата работы увеличивается больше, чем холодопроизводительность. Следовательно, теоретически сухой ход компрессора не выгоден. Однако в условиях действительных процессов сухой ход компрессора более выгоден. Это вызвано тем, что поступающий из испарителя холодный пар при всасывании подогревается от стенок цилиндра и расширяется, в результате чего увеличивается его удельный объем. Поэтому масса поступающего в цилиндр пара М=V/v₁ и холодопроизводительность компрессора

уменьшаются. Снижение холодопроизводительности будет более значительным при влажном ходе, так как при всасывании влажного пара на теплых стенках цилиндра оседают капельки жидкости, которые подогреваются от стенок и быстро испаряются, в результате чего значительно увеличивается удельный объем всасываемого пара. При всасывании сухого, а тем более перегретого пара подогрев от стенок цилиндра менее интенсивный, так как коэффициент теплоотдачи от сухого и перегретого пара к стенкам ниже и расширение этого пара незначительно. Кроме того, при сухом ходе компрессора исключена возможность аварии от гидравлического удара в цилиндре, которая может возникнуть при влажном ходе, если в цилиндр попадает большое количество жидкости, которая, как известно, не сжимается. Таким образом, сухой ход в действительных условиях более благоприятен для работы компрессора.

В аммиачных холодильных машинах рекомендуется всасывание паров с перегревом на 5—15°С. Этот перегрев происходит в испарителе (если его заполнение регулируется автоматически по перегреву пара, выходящего из него), или в трубопроводе на пути от испарителя к компрессору за счет теплопритока от окружающей среды. В машинах, работающих на хладонах, в частности на хладоне-12, перегрев пара на всасывании в компрессор может составлять 30°С. Такой значительный перегрев на всасывании получают путем включения в схему теплообменника (см. рис. ,б). Применение теплообменников в аммиачных холодильных машинах нецелесообразно.

Рис. . Цикл современной паровой компрессорной холодильной машины:

а — в s, T-диаграмме; б—в i, lg p-диаграыме;

в — с внутренним теплообменом в i,lg p -диаграмме.

В диаграммах s, T и i, lg р (рис. , а и б) изображен теоретический цикл современной паровой компрессорной холодильной машины:

процесс 1—2 соответствует адиабатическому сжатию пара холодильного агента в компрессоре при затрате работы;

процесс 2—3 характеризует отвод теплоты от холодильного агента при постоянном давлении в конденсаторе (и переохладителе), причем участок 2—2' — отвод теплоты перегрева, 2'—3' — конденсацию, а З'—З — переохлаждение жидкости;

процесс 3—4 является дросселированием холодильного агента;

процесс 4—1 характеризует подвод теплоты от охлаждаемой среды к холодильному агенту при его кипении в испарителе (процесс 4—1') и перегреве (процесс 1'—1).

Холодопроизводителыюсть 1 кг холодильного агента q₀ в s, T-диаграмме изображена площадью с—4—1—а, а теплота q_к, отведенная от холодильного агента в конденсаторе, — площадью a—2—3—b.

Работу l=l_к, затраченную в компрессоре на совершение холодильного цикла, выражает площадь с—4—1—2—3—b.

Выражение величин q₀, q_к и l площадями в s, T-диаграмме позволяет наглядно видеть тепловой баланс цикла

При практических расчетах подведенную и отведенную теплоту в процессах постоянного давления в испарителе и конденсаторе, а также работу компрессора при адиабатическом сжатии находят по разности между энтальпиями на границах процесса.

Количество теплоты, подведенное в 1 кг холодильного агента в испарителе, или массовая холодопроизводительность агента в цикле,

Количество теплоты, отведенное в конденсаторе,

Затраченная в компрессоре работа

В процессе дросселирования энтальпия остается постоянной, т. е. i₃=i₄.

В i, lg p-диаграмме подведенная q₀ и отведенная q_к теплота, а также работа цикла l выражаются отрезками на оси абсцисс.

В действительных условиях работы холодильных ма­шин перегрев пара при давлении р₀ (процесс 1'—1) в большинстве случаев осуществляется не в испарителе, а в трубопроводах (или вспомогательных аппаратах) на пути от испарителя в компрессор. Тогда эффект охлаждения обеспечивает только процесс кипения холодильного агента 4—1', а действительная холодопроизводительность цикла, т. е. холодопроизводительность 1 кг ходильного агента, имеет выражение q₀=i_1'—i_4'. В том случае, когда заполнение испарителя регулируется по перегреву пара, точка 1' характеризующая состояние пара, который выходит из испарителя, перемещается в область перегретого пара (рис. , в). Однако в машинах, работающих на аммиаке, эффект от этого перегрева незначительный, и его можно не учитывать в расчегах, т. е. принимать, что из испарителя выходит сухой насыщенный пар. В машинах, работающих на хладонах, перегрев пара на выходе из испарителя надо учитывать обязательно. Состояние же поступающего в компрессор пара во всех случаях определяется точкой 1.

В i, lg p-диаграмме (см. рис. , б) изображен цикл паровой холодильной машины с внутренним теплообменом между паром, выходящим из испарителя, и жидкостью, поступающей к регулирующему вентилю. Внутренний теплообмен осуществляется в машинах, работающих на хладонах, где является выгодным значительный перегрев пара на всасывании в компрессор. Принципиальная схема машины, работающей по такому циклу, изображена на рис. , б.

В цикле с теплообменом между паром, выходящим из испарителя, и жидкостью, поступающей из конденсатора к регулирующему вентилю:

процесс 1—2— адиабатическое сжатие пара в компрессоре;

процесс 2—3—отвод теплоты в конденсаторе и теплообменнике при p_K=const (где 2—2' — отвод теплоты перегрева, 2'—3' — конденсация, 3'—3— переохлаждение жидкости в теплообменнике);

процесс 5—4 — дросселирование;

процесс 4—1'— подвод теплоты в испарителе при p_o=const, холодильный агент кипит (процесс 4—1") и перегревается (процесс 1"—1'). Заполнение испарителя регулируется по перегреву пара (точка 1');

процесс 1'— 1 — перегрев пара в теплообменнике.

В этом цикле эффект охлаждения обеспечивается процессом 4—1', а холодопроизво-дительность цикла q₀=i_1'—i₄.

Количество теплоты, отведенное в конденсаторе, q_к=i₂—i_3'Затраченная в компрессоре работа l=i₂—i₁.

Ha i, lg p-диаграмме (см. рис. , в) величины q₀, q_к и l показаны отрезками на оси абсцисс.

При заданном перегреве пара, засасываемого компрессором (точка 1), параметры переохлажденной жидкости перед регулирующим вентилем (точка 3) определяют из уравнения теплового баланса теплообменника

i_3'—i₃=i₁—i_1'.

Отсюда i₃=i_3'—(i₁—i_1').

Цикл паровой холодильной .машины определяется четырьмя температурами: кипения холодильного агента в испарителе t₀, конденсации холодильного агента t_к, переохлаждения жидкости перед регулирующим вентилем t_п и пара, всасываемого в цилиндр компрессора t_вс.

Пример с программированным контролем. Вписать цикл одноступенчатой холодильной машины в i, lg р и s,T-диаграммы и определить параметры холодильного агента в узловых точках на основании следующих данных; t_o==...°C, t_к=...°C, t_п=...°C, t_вс= ...°С. Данные приведены ниже (см. форму), вариант принять соответственно порядковому номеру в списке группы по классному журналу. Для вариантов от 1 до 16 принят холодильный агент R12, а для вариантов от 17 до 32 — R7I7 (аммиак).

Найденные параметры следует записать в таблицу, показанную на рис. , в. Обозначение точек в таблице принято соответственно циклу, изображенному на рис. , а и б.

Решение задачи для варианта 1. Вписывание цикла диаграмму удобно начать с нанесения линии t_о=—20° С, которая в области влажного пара совпадает с линией давления p_о=0,151 МПа=1,54 кгс/см². На пересечении этой линии с правой пограничной кривой лежит точка 1', характеризующая состояние сухого насыщенного пapa (конец процесса кипения). Затем этот пар перегревается

Рис. . К примеру определения параметров холодильного агента:

а и б —цикл в s, Т- и i, |g р- диаграммах по заданному режиму работы; в — таблица для записи найденных параметров; г — шаблон для проверки правильности найденных параметров.

в испарителе или трубопроводе на пути в компрессор. Перегрев протекает по изобаре р₀, которая в области перегретого пара изображается в i, lg p-диаграмме горизонтальной прямой линией, в s, T -диаграмме — восходящей кривой, на конце которой дано значение абсолютного давления. Давление р₀ проще и точнее можно определить по таблице насыщенных паров (см. приложение 1).

Состояние пара, поступающего в компрессор, характеризуется точкой 1, лежащей в области перегретого пара на пересечении изобары р₀=0,151 МПа с изотермой, соответствующей заданной температуре пара, всасываемого компрессором, t_вс=—5°С. Изотермы в области перегретого пара изображаются в i, lg p-диаграмме штрихпунктирными спадающими кривыми, a в s, T-диаграмме — горизонтальными прямыми.

Состояние пара в конце сжатия характеризуется точкой 2, которая находится на пересечении адиабаты s=4,60 кДж/(кг•К), проходящей через точку 1, с изобарой p_к, соответствующей заданной температуре конденсации t_к=35° С. В области влажного пара изобара p_К=0,846 МПа = 8,62 кгс/см² совпадает с изотермой t_к=35°С, а в области перегретого пара изображается (аналогично р₀) горизонтальной линией в i, Ig p-диаграмме и восходящей кривой в s, T-диаграмме.

Точка 2' лежит на правой пограничной кривой и характеризует состояние насыщенного пара (начало конденсации), а точка 3'—на левой пограничной кривой и характеризует состояние насыщенной жидкости (окончание конденсации).

Состояние переохлажденной жидкости в диаграммах характеризуется точкой 3, лежащей в области жидкости на пересечении изобары р_к с изотермой, которая соответствует заданной температуре переохлаждения t_п=30^оС. В s, T-диаграмме изобары в области жидкости сливаются с левой пограничной кривой, поэтому практически состояние переохлажденной жидкости (точка 3) в этой диаграмме находится на пересечении изотермы t_п=30°С с левой пограничной кривой.

Состояние холодильного агента после дросселирования (точка 4) находится на пересечении изоэнтальпы t₃ — 429 кДж/кг, проходящей через точку 3, с изобарой p₀=0,151 МПа (или с изотермой t₀=—20° С).

По диаграмме можно найти для любой точки цикла пять параметров, кроме удельного объема жидкости в точках 3 и 3'. Удельный объем насыщенной и переохлажденной жидкости определяют только по таблицам насыщенных паров.

Термодинамические диаграммы — не единственный источник для определения параметров холодильного агента. Проще и точнее можно определить параметры по таблицам насыщенных и перегретых паров соответствующих холодильных агентов.

По таблицам насыщенных паров определяют давления р₀ и p₃, а также все другие параметры точек, расположенных на пограничных кривых (1', 2', 3'), т. е. параметры сухого насыщенного пара и насыщенной жидкости, по температурам t₀=—20°С и t_к=35°С. По этим же таблицам определяют и параметры переохлажденной жидкости (точка 3) по температуре t_n=30°C. При этом нужно помнить, что давление в точке 3 не соответствует указанному в таблице, оно равно давлению р_к.

По таблицам перегретых паров находят параметры точек 1 и 2, находящихся в области перегретого пара. Точки в области перегретого пара характеризуются любыми двумя параметрами. Так, по давлению р=р₀=0,151 МПа и температуре t=t_вс=—5°С находят другие три параметра (v, i и s) точки 1.

Параметры точки 2 в таблице перегретых паров находят по давлению р=p_к⁼0,846 МПа и энтропии s=s₁= 4,60 кДж/(кг•К).

Параметры точки 4 по таблицам не определяют. Однако в процессе 3—4 энтальпия постоянна, т. е. i₄=i₃, a i₃ берется из таблиц насыщенных паров.

Результаты, записанные в таблицу (см. рис. , а), легко проверив с помощью шаблона (рис. , г). На шаблоне записаны правильные параметры в узловых точках цикла по условию варианта 1. Такие шаблоны должны быть изготовлены (на плотной бумаге) для вариантов условия (можно использовать обратную сторону шаблона). Размеры а, бив для шаблона и таблицы должны быть

одинаковыми. Заштрихованные полосы на шаблоне должны быть вырезаны.

При накладывании шаблона на таблицу через окна шаблона видны цифры в таблице, что позволяет легко проверять правильность выполненного учащимися примера.