Общие сведения. Принцип действия холодильной машины.

Холодильная машина состоит из компрессора-I, конденсатора-II, регулирующего вентиля-III и испарителя-IV, соединенных трубопроводами (рис.3.1).

Компрессор является основной частью холодильной машины. Для поддержания в испарителе заданной температуры кипения необходимо чтобы давление в нем соответствовало этой температуре, для чего компрессор должен отсасывать все пары, образующиеся в испарителе

Поршневой компрессор данной холодильной машины герметичный, состоит из одного цилиндра, внутри которого поршень совершает возвратно-поступательное движе­ние. В крышке цилиндра расположены всасывающий и нагнетательный клапаны. Рабочий процесс компрессора завершается за один оборот вала или за два хода поршня. При движении поршня из левого крайне­го положения в правое, открывается всасывающий клапан, и пары из испарителя засасываются в цилиндр. При обратном движении поршня пары сжимаются и через нагнетательный клапан выталкиваются в конденсатор.

Теоретический рабочий процесс компрессора изображается термодинамической диаг­раммой с координатами: i – энтальпия, LgР – логарифмическое давление пара (рис. 3.2).

Прямая 5 - 1 характеризует процесс всасывания пара, протекающий при постоянном давлении Р₀, равном давлению в испарителе. Кривая 1-2 характеризует процесс сжатия пара от давления Р₀ до Рк. Объем пара, засасываемого компрессором, соответствует объему, описываемому поршнем V_h

Рис. 3.1 – Схема работы холодильной установки

Действительный рабочий процесс компрессора отличается от теоретического величиной потерь, которые делятся на объемные и энергетические. К объемным потерям, относятся потери, вызванные наличием мертвого пространства, сопротивлением протеканию паров при всасывании и нагнетании, подогревом пара при сжатии, внутренними утечками па­ра через неплотности в компрессоре.

Объемные потери снижают производительность компрессора, энергетические - увеличивают затраты мощности.

В испарителе IV (рис.3.1) при температуре t₀ и давлении Р₀ жидкий холодильный агент кипит за счет отвода тепла от охлаждаемой сред. Пары хладагента, образующиеся в результате кипения, отсасываются компрессором I, сжимаются в нем до давления конденсации p _К и нагнетаются в конденсатор II. Здесь пары охлаждаются до температуры кон­денсации и конденсируются, отдавая свое тепло воде или воздуху. Из конденсатора жидкий холодильный агент поступает в регулирующий вентиль IV, в котором давление понижается с p _к до p ₀, а температу­ра с t _К до t ₀, а затем в испаритель, после чего цикл начинается сначала.

На рис. 3.2. в диаграмме lg P-I изображен теоретический цикл паровой холодильной машины.

Отрезку 4 - 5 соответствует процесс кипения холодильного агента в испарителе при температуре t₀ и давлении Р₀, в результате кото­рого происходит отвод тепла q₀ от охлаждаемой среды.

Отрезок 1 - 2 характеризует адиабатическое сжатие паров в компрессоре до дав­ления p _к. На этот процесс затрачивается работа l. Отрезок 2-3 характеризует отвод тепла q_к при постоянном давле­нии Рк в конденсаторе: отрезку 2-2' соответствует охлаждение пара до температуры конденсации; 2'-3 – непосредственно конденсация паров; 3 - 3' - пере­охлаждение до температуры, определяемой точкой 3'. Отрезку 3^/ - 4 соответствует дросселирование холодильного аген­та, т.е. понижение давления от p _К до p ₀. Это происходит без теплообмена с окружающей средой, поэтому выделившееся при дросселирова­нии тепло компенсируется парообразованием. Величина парообразования зависит от свойств холодильного агента и разности температур до и после регулирующего вентиля.

Благодаря парообразованию в регулирующем вентиле, в испаритель будет поступать жидкость вместе с паром. При этом холодопроизводительность жидкого холодильного агента снизится. Чем больше пара, тем меньше тепла холодильный агент сможет отобрать от охлаждаемого объекта.

Удельная холодопроизводительность q ₀ в диаграмме изображается площадью a - 4 – 5-b, а удельное тепло, отведенное от холодильного агента в конденсаторе q_к, - площадью 2 - 3¢ - 4 -1,

Удельную работу l, затраченную в компрессоре на совершение холодильно­го цикла, выражают площадью 4–1–2–3–3'. Практические расчеты по холодильным машинам осуществляются с помощью тепловых диаграмм в координатах lgp – i, в которых, подведенное и отведенное удельное тепло при постоянном давлении в испарителе и конденсаторе, а такие работа компрессора при адиабатическом сжатии определяются по разности теплосодержаний в начале и конце процесса.