7.4 Реальные циклы паровых холодильных машин

Реальные процессы, происходящие в элементах холодильной машины, отличаются от теоретических наличием необратимых потерь.

Характеристики реальных (компрессоров, конденсаторов, испарителей и других) элементов холодильной машины отличаются от идеальных из-за наличия гидродинамического сопротивления движущимся средам, термического сопротивления теплопередаче, трения в механизмах, неодинаковой разности температур по площади теплопередающей поверхности, смешения и дросселирования веществ, теплопритоков, потери массы веществ вследствие перетечек (утечек) и др. Для подбора и анализа работы компрессора нужно знать взаимосвязь между основными его техническими показателями и термодинамическими параметрами.

Производительность и объемные показатели компрессоров. Холодильный компрессор, как известно, предназначается для подачи пара (или газа) хладагента при больших давлениях. Поэтому его основными техническими показателями являются производительность и затрачиваемая мощность.

Производительность может измеряться в различных единицах: объемных – объемная подача (м³/с); массы – массовая подача (кг/с) и тепловых – холодопроизводительность (кВт). Объемная подача V_KM это объем хладагента, нагнетаемого компрессором в единицу времени, отнесенный к условиям всасывания, т. е. при давлении и температуре во всасывающем патрубке компрессора.

Компрессоры динамического принципа действия характеризуют только действительным значением производительности.

Компрессоры объемного принципа действия имеют объемные потери, для оценки которых существует понятие коэффициента подачи , зависящего от многих факторов, который показывает во сколько раз действительная производительность V_KM меньше теоретической V_T

 = V_KM/V_T. (7.35)

Теоретическая объемная подача равна объему, описываемому рабочими органами компрессора (поршнями, полостями винтов, роторами и др.) в единицу времени.

Массовая подача т_КМ – это масса хладагента, нагнетаемого компрессором в единицу времени, равна

т_КМ = V_KM/_ВС, (7.36)

где _ВС – удельный объем хладагента во всасывающем патрубке компрессора.

Массовая подача теоретического компрессора, т. е. компрессора, все процессы происходящие в котором, являются обратимыми, равна

т_Т = V_Т/_ВС, (7.37)

Холодопроизводительность Q_КМ – это тепловой поток, который может отвести подаваемый компрессором хладагент т_КМ в охлаждающем устройстве (испарителе), определяемый по формуле,

Q_КМ = т_КМ  q_О. (7.38)

Мощность и КПД компрессоров. Мощность теоретического компрессора N_T определяют по формуле

N_T = m_KМl_T, (7.39)

где l_Т – удельная работа теоретического процесса сжатия.

Если в уравнение (7.39) вместо m_KМ подставить ее значение из (7.37), то получим

N_T = V_Tl_T/_ВС = V_Tp_iT, (7.40)

где p_iT – среднее индикаторное давление теоретического компрессора, равное p_iT = l_ЭФ/_ВС; l_ЭФ – удельная эффективная работа сжатия хладагента от начального состояния до конечного состояния l_ЭФ = dp.

Мощность, затрачиваемая на преодоление внутренних потерь, называется индикаторной (внутренней) N_i, и определяется по формуле

N_i=р_iV_Т, (7.41)

где p_i – индикаторное давление реального компрессора.

Внутренние потери учитывают индикаторным (внутренним) КПД _i

_i =N_ИЗ/N_i, (7.42)

где N_ИЗ – изоэнтропная мощность, равная N_ИЗ = m_KМ (i_2a – i₁).

Мощность, подводимая к валу компрессора, называется эффективной N_Е

N_Е = N_i + N_ТР. (7.43)

Мощность трения N_ТР можно найти, если известен механический КПД _М, определяемый опытным путем,

_М =N_i/N_Е = N_i/(N_i + N_ТР). (7.44)

Энергетическое совершенство компрессора характеризуют эффективным КПД _Е

_Е =N_А/N_Е, (7.45)

или

_Е =_i_М, (7.46)

Характеристики компрессора. Характеристиками компрессора называют зависимости его показателей от режима работы, например, холодопроизводительности Q_KM = f₁(t_O, t_K); эффективной мощности N_E = f₂(t_O, t_K) электрической мощности N_Э = f₃(t_O, t_K); холодильного коэффициента _е = f₄(t_O, t_K); коэффициента подачи  = f₅(t_O, t_K); индикаторного КПД _i = f₆(t_O, t_K); эффективного КПД _Е = f₇(t_O, t_K).

Основные показатели компрессора определяют и расчетным путем, например:

– холодопроизводительность

Q_КМ = т_КМ  q_О= V_Тq_О/_ВС; (7.47)

– эффективная мощность

N_Е = m_KМ (i_2a – i₁)/_Е = V_Т(i_2a – i₁)/(_ВС_Е). (7.48)

– холодильный коэффициент

_Е = Q_О / N_Е. (7.49)

Показатели бессальниковых и герметичных компрессоров, которые расположены в одном кожухе с электродвигателем, охлаждаемым паром, поступающим затем во всасывающую полость компрессора, обычно определяют по формулам:

– электрическую (потребляемую) мощность

N_Э = m_KМ (i_2a – i₁)/_Э = V_Т(i_2a – i₁)/(_ВС_Э). (7.50)

– холодильный коэффициент

_Е = Q_О / N_Э. (7.51)

где i₁ – энтальпия пара, поступающего во всасывающую полость компрессора и имеющего температуру на 30-40 К выше, чем температура пара, поступающего в кожух агрегата; _Э – КПД электродвигателя.