В литературе подробно рассмотрены методы определения оптимальных режимов работы абсорбционных холодильных машин (АХМ), расчет и конструирование отдельных аппаратов. Однако способы построения характеристик АХМ, подобных характеристикам компрессионных холодильных машин, до сих пор не освещены.
Данная статья посвящена методу построения характеристик АХМ, работающих при постоянной тепловой нагрузке генератора. Машины такого типа применяются в холодильной технике: утилизационные системы котлов, двигателей внутреннего сгорания, турбин и других агрегатов предусматривают размещение генераторов АХМ в газоходах и выпускных трактах без специального устройства, регулирующего количество греющего тепла. Поэтому теплота, утилизируемая генератором АХМ, практически постоянна на всех режимах охлаждения и равна тепловой нагрузке генератора в расчетном режиме.
Для определения характеристик АХМ следует выразить величины основных показателей ее работы, например холодопроизводительности, теплоты генерации, теплового коэффициента, в зависимости от температуры кипения и конденсации холодильного агента. Так как при работе холодильного оборудования температура кипения поддерживается постоянной, то характеристики АХМ целесообразно строить в зависимости от изменения температуры конденсации.
Предположим, что рассчитана и спроектирована АХМ номинальной холодопроизводительностью Q0р ккал/ч для определенного режима tк и t0 и необходимо рассчитать и построить характеристики этой машины для других режимов, отличных от расчетного.
Введем следующие обозначения:
Qh – теплота генерации;
Q0 – холодопроизводительность;
ζ – тепловой коэффициент;
Vr – часовой объем циркулирующего крепкого раствора;
qh – удельная теплота генерации;
q0 – удельная холодопроизводительность;
vr – удельный объем крепкого раствора;
ξr и ξa – концентрации крепкого и слабого растворов;
f – кратность циркуляции раствора;
D – количество циркулирующего жидкого холодильного агента.
Показатели машины в расчетном режиме обозначаются с индексом «р». Примем также, что нам известны оптимальные показатели работы машины в расчетном режиме [1].
При отклонении режима работы машины от расчетного показатели работы будут отклоняться от оптимальных значений. Их действительные значения будут определяться количеством жидкого холодильного агента D, образующимся при данных и постоянных для всех режимов Qhр и Vrр. В свою очередь, величина D зависит от ξr, ξa, f. Так как ξr однозначно определяется параметрами окружающей среды, то, следовательно, для того чтобы начать рассчитывать характеристики АХМ, необходимо прежде всего найти значение ξa в каждом рабочем режиме.
Величина ξa должна отвечать двум условиям: она должна быть такой, чтобы в этом режиме величины qh и D соответствовали Qhр, а значения f и D – Vrр.
Эти условия можно записать в виде следующих выражений:
qh·D= Qhр (1)
и
f ·D = Vrр / vr. (2)
Исходя из указанных условий необходимо определять действительные показатели АХМ для какой-либо t0 = inv при изменяющейся величине tк. Расчеты необходимо производить для конкретных значений tк1, tк2, …, tкn. Последовательность действий для каждого значения tкi должна быть следующей.
1. Определяем ξr с помощью ξ-i-диаграммы рабочего раствора АХМ.
2. Задаемся несколькими значениями ξa и для каждого из них рассчитываем или определяем с помощью диаграмм и таблиц f, qh, q0.
3. Рассчитываем D для каждого из значений ξa, которыми пришлось задаться, по формуле, вытекающей из выражений [2]:
D = Vrр/ (f ·vr).
4. Вычисляем значения:
Qh= D·qh (3)
Q0= D·q0 (4)
ζ = Q0 / Qh.
5. Строим графические зависимости всех параметров в функции от ξa так, как это показано на рис. 1.
6. Наносим линию расчетного значения Qhр = inv на семейство кривых Qh= f(ξa) и выделяем точки пересечения линий 1, 2, …, n.
7. Определяем абсциссы этих точек, находя равновесные значения ξa1, ξa2, …, ξan для каждого режима по tк, удовлетворяющие первому условию расчета рабочего режима. В этих точках тепловая нагрузка на генератор равна расчетной. При этом автоматически соблюдается второе условие, так как значения D определялись по формуле, выведенной исходя из этого условия.
8. Рассчитываем аналитически или определяем графически с помощью рис. 1 величины f, D, Q0 и ζ, соответствующие равновесным значениям ξa.
То же необходимо выполнить для других значений t0.
Результаты расчетов и графических построений позволяют получить характеристики АХМ.
Пример построения характеристик АХМ для трех основных режимов работы машины по кипению в диапазоне температур конденсации 10…50 °C приведен на рис. 2. Они выполнены для АХМ, проект которой выработан ВНИИВ для автономных рефрижераторных вагонов [2].
АХМ имеет следующие расчетные параметры: холодопроизводительность в режиме t0 = 5 °C, tк = 45 °C 14000 ккал/ч, теплота генерации 31000 ккал/ч, расход крепкого раствора 285 кг/ч. Полученные кривые позволяют легко анализировать изменение показателей АХМ в различных условиях работы и производить всевозможные вариантные расчеты энергохолодильных систем с АХМ.
1. Данилов Р.Л. Определение оптимального режима работы абсорбционной холодильной машины. «Холодильная техника», 1959, № 3.
2. Сапожников С.А., Данилов Р.Л., Зибель К.Б. Абсорбционные машины на хладотранспорте. М., Труды ВНИИ вагоностроения, вып. 9, 1969.