Воздушные холодильные машины

Воздушные холодильные машины (ВХМ) относятся к компрессорным потому, что в них применен компрессор для сжатия хладагента – воздуха. Такие машины применялись еще до появления парокомпрессорных холодильных машин, в кото­рых хладагентами служат легкокипящие вещества – аммиак и углекислота и тем более фреоны.

На рис. 1 показаны принципиальная схема простейшей ВХМ, а на рис. 2 – ее теоретический цикл (цифрами 1, 2, 3 и 4 на диаграммах и на схеме установки обозначены состояния воздуха в соответствую­щих местах контура машины).

Принципиальная-схема-простейшей-воздушной-холодильной-машины

Рис. 1. Принципиальная схема простейшей воздушной холодильной машины: П –помещение; К – компрессор; Т – турбина (детандер); ПО – промежуточ­ный охладитель; М – двигатель; ЗВ – забортная вода.

Воздух из помещения П, где под­держивается температура T1, засасывается компрессором К и сжимается от давления p0 до давления p (процесс 1-2). При этом его температура возрастает до T2, благодаря чему воздух затем может быть охлажден в промежуточном охладителе ПО забортной водой ЗВ (процесс 2-3). Сжатый охлажденный воздух с темпера­турой T3 поступает в расширитель (детандер) – турбину Т, где он, расширяясь до давления p0 (процесс 3-4), охлаждается и выходит в помещение с температурой T4 < T1. Подогреваясь в по­мещении при постоянном давлении р0 от T4 до T1 (процесс 4-1), воздух производит его охлаждение.

Теоретический-цикл-простейшей-воздушной-холодильной-машины

Рис. 2. Теоретический цикл в v-p диаграмме (а) и s-T диаграм­ме (б) простейшей воздушной холодильной машины: процесс 1-2 – сжатие воздуха в компрессоре; процесс 2-3 – охлаждение сжатого воздуха в промежуточном охладителе; процесс 3-4 – расширение сжатого охлажденного воздуха в турбине; процесс 4-1 – подогрева воздуха в помещении.

Как видно из рис. 2, в теоретическом цикле осуществляются адиабатические процессы сжатия и расширения воздуха и изобарические процессы его охлаждения (окружающей средой – за­бортной водой) и нагревания.

Удельная холодопроизводительность воздуха q0 = i1 i4 , кДж/кг, где i1 и i4 – энтальпия в состояниях, характеризуемых точками 1 и 4 на диаграмме. Она пропорциональна площади c-4-1-d (рис. 2, б).

Затраченная на совершение цикла удельная работа пропорцио­нальна площади 1-2-3-4 и находится по формуле:

l = lк.аlр.а ,

где lк.а – работа компрессора (отрицательная), кДж/кг, lк.а = i2i1 = площадь 1-2-b-a (рис. 2, а); lр.а – работа детандера (положительная), кДж/кг, lр.а = i3i4 = площадь 3-4-a-b.

Теоретический холодильный коэффициент обратимого цикла воздушной холодильной машины:

Теоретический холодильный коэффициент обратимого цикла воздушной холодильной машины

При p/p0 , равном 3, 4, 6 εт равно 4,56; 2,05; 1,50.

На s-T диаграмме (см. рис. 2, б) показан и обратный цикл Карно 1-2′-3-4′ для интервала температур T1-T3 в охлаждаемом помещении (T1 = T0 = const) и окружающей среды – охлаждаю­щей воды (T3 = T= const). Как видно, для этого цикла холодопроизводительность больше, а затраченная работа меньше, чем в цикле воздушной холодильной машины.

Холодильный коэффициент цикла Карно для p/p0 = 4; t1 = -5 °C; t2 = 120 °C; t3 = 20 °C; t4 = -75 °C равен εк = 10,7, а степень термодинамического совершенства цикла ВХМ:

Степень термодинамического совершенства цикла ВХМ

т. е. очень низка.

На рис. 3 показан действительный цикл ВХМ. Он отличается от теоретического наличием потери давления в ПО (от pд до p) и внутренних потерь в ком­прессоре и детандере – тур­бине, которые оцениваются адиабатическими (внутренними) КПД компрессора ηк.а = 0,7…0,9 и турбины ηр.а = 0,7…0,85.

Действительный-цикл-воз­душной-холодильной-машины

Рис. 3. Действительный цикл воз­душной холодильной машины в s-T диаграмме.

Действительная удельная холодопроизводительность, кДж/кг:

q= q0 lр.а·(1 – ηр.а).

Она меньше теоретической q0 на величину потерь в турбине (заштрихованная площадь а-4-4d-b).

Действительная удельная работа, кДж/кг, больше теоретиче­ской на величину потерь в компрессоре и в турбине:

Действительная удельная работа

Тогда действительный холодильный коэффициент:

Действительный холодильный коэффициент

Он намного меньше теоретического холодильного коэффициента; обычно εд < 1.

По экономичности в режиме кондиционирования и умеренного охлаждения ВХМ значительно уступают наиболее экономичным парокомпрессорным холодильным машинам. Потребляе­мая ими мощность в режиме кондиционирования в 2…3 раза больше, чем для ПКХМ.

Однако при температурах охлаждения -70 °C и ниже действи­тельный холодильный коэффициент ВХМ составляет εд = 0,46…0,58 и превышает εд для ПКХМ. Экономичность низкотемпературных ВХМ, которые на судах могут быть применены для замо­раживания рыбы, повышается путем введения регенерации.

Такие ВХМ внедрены в промышленное производство и эксплу­атацию в стационарной практике.

Несомненным достоинством ВХМ является отсутствие в них специального хладагента, роль которого в данном случае выпол­няет бесплатный безвредный воздух, и, хотя особо широкого практического применения ВХМ пока не нашли, они используются, например, для кондиционирования воздуха в са­молетах, автомобилях, иногда на судах, при обработке металло­изделий холодом (t0 < -70 °C), в термобарокамерах по испыта­нию авиационных двигателей, а также в установках глубокого охлаждения для разделения газов, сжижения воздуха и получе­ния кислорода.

Для привода ВХМ может быть использовано сбросное тепло энергетических установок (в том числе и на судах).

Поделитесь с друзьями
  • RSS
  • Twitter
  • Facebook
  • Добавить ВКонтакте заметку об этой странице
  • Одноклассники
  • Мой Мир
  • LiveJournal
  • Блог Я.ру
  • Blogger
  • Блог Li.ру
  • Google Buzz
  • В закладки Google
  • Яндекс.Закладки
  • Memori.ru
  • МоёМесто.ru
  • Сто закладок
  • БобрДобр
  • LinkedIn
  • FriendFeed
  • MySpace
  • Orkut

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>