5 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Переохлаждение в конденсаторах с воздушным охлаждением

Конденсаторы воздушного охлаждения

Стабильная работа

В точке А пары R22, имеющие температуру 70 С, переходят из нагнетающего патрубка компрессора в конденсатор (давление 14 бар). На промежутке А-В перегрев снижается и в точке В появляются первые капли жидкости хладагента (температура 38 С) при прежнем давлении. На промежутке В-С по-прежнему наблюдается конденсация молекул газа, но паров становится меньше и появляется больше жидкости. Давление и температура остаются прежними. В точке С конденсируются последние молекулы газа и кроме жидкости в контуре ничего нет. Температура и давление остаются прежними (38 С и 14 бар соответственно). На промежутке С-D хладагент полностью сконденсировался и жидкость продолжает охлаждаться, поскольку поддается действию воздуха, нагнетаемого вентилятором, который охлаждает конденсатор. На выходе из конденсатора (точка D) R22 находится в жидкой фазе. Температура снизилась до 32 С и давление сохранилось на уровне 14 бар.

Промежуток А-В является зоной снятия перегрева в конденсаторе. Температура хладагента снижается с 70 до 38 С. В точке В наблюдается появление первых капель R22. Промежуток В-С считается зоной конденсации. Температура R22 остается на уровне 38 С при давлении 14 бар. Последним пределом конденсации является точка С. На следующем промежутке С-D R22 снижается с 38 до 32 С – зона переохлаждения хладагента в конденсаторе.

На протяжении всего процесса перемещения R22 показатель манометра остается постоянным – на уровне 14 бар.

Воздух, нагнетаемый вентилятором (25 С) забирает тепло от хладагента и при этом нагревается до 31 С. Более детально его изменение во время прохождение через конденсатор можно наблюдать из графика (рис 2.4), где:

  • tae – температура воздуха, подаваемая в конденсатор;
  • tas – температура воздуха, после охлаждения конденсатора;
  • tk – показания температуры конденсации с манометра;
  • Δθ – разность температур.

Перепад температур в конденсаторах с воздушным охлаждением вычисляется следующим образом: Δθ =(tas — tae),

где К находится в пределах 5-10 К. в данном случае значение равняется 6 К.

Разница температур на выходе из конденсатора находится в том же пределе, и в данном примере равняется 7 К. Температурный напор (tk- tae) сосредоточен в пределах 10-20 К. Обычно его значение составляет порядка 15 К, но в данном случае оно равняется 13 К.

Стоит отметить, что величина температурного напора выступает очень важной для данного конденсатора, поскольку является постоянной величиной.

Если использовать показатели из рассмотренного нами примера и взять температуру подаваемого в конденсатор извне воздуха 30 С, то температура конденсации будет следующей:

tk= tae + Δθполн=30+13=43 С

Для R22 показания манометра будут соответствовать 15,5 барам, для R404A- 18,5 бар и для R134a-10,1 бар соответственно.

Следует отметить, что значения?? одинаково справедливы для конденсаторов установок искусственного климата и конденсаторов торгового холодильного оборудования.

Переохлаждение в конденсаторах с воздушным охлаждением

Известно, что температура конденсации воды при нормальном атмосферном давлении составляет 100 С. С точки зрения теплофизики стакан воды при температуре 20 С считается переохлажденным на 80 К.

Переохлаждение, измеряемое на выходе из конденсатора (ресивере), определяется как разность между температурой конденсации и температурой жидкости. Переохлаждение в приведенном примере (рис 2.5) будет следующим П/О=38-32=6 К.

Величина переохлаждения хладагента в конденсаторах с воздушным охлаждением должна находиться в промежутке от 4 до 7 К. Если она вышла за границы указанного предела, то это свидетельствует о нестабильности рабочего процесса. Далее проведем анализ возможных случаев аномального переохлаждения.

Различные виды аномального переохлаждения

Конструкторы, выбирающие размер конденсатора с воздушным охлаждением, учитывают ту особенность, что переохлаждение на выходе должно находиться в пределах 4-7 К. Но что же происходит в конденсаторе, если данная величина выходит за пределы допустимого диапазона?

Переохлаждение ниже допустимой нормы

При стабильной работе холодильного контура, молекулы пара перестают конденсироваться в точке С. На промежутке С-D жидкость продолжает охлаждаться и данный отрезок заполняется жидкой фазой для того, чтобы величина переохлаждения стала допустимой (4-7 К).

Если в конденсаторе находится недостаточное количество хладагента, то участок С-D не полностью залит жидкостью и имеется только небольшой отрезок, который полностью ею занят (Е- D). Для того чтобы обеспечить нормальное переохлаждение, длины отрезка оказывается недостаточно.

Если измерить значение переохлаждения в точке D, то оно окажется меньше допустимого (в данном случае 3 К). Если хладагента в установке находится недостаточное количество, то его будет меньше поступать на выходе из конденсатора и степень его переохлаждения также будет меньше.

Если в контуре холодильной установки присутствует значительная нехватка хладагента, то на выходе из конденсатора будет поступать парожидкостная смесь. Ее температура станет равной температуре конденсации, а это означает, что переохлаждение равно 0 К.

tB=tD=tK=38 С. Показатель переохлаждения П/О=38-38=0 К

Можно сделать следующий вывод: недостаточная заправка хладагентом приводит к снижению переохлаждения. Следовательно, если ремонтник холодильного оборудования имеет соответствующую квалификацию, то он никогда не станет добавлять в установку хладагент, предварительно не удостоверившись, что в ней нет утечек и что переохлаждение слишком низкое.

По мере поступления хладагента в контур, увеличивается и уровень жидкости в нижней части конденсатора, что способствует увеличению переохлаждения.

Переохлаждение выше допустимой нормы

tB=tD=tK=29 С. Показатель переохлаждения П/О=38-29=9 К

Ранее говорилось о том, что недостаток хладагента в контуре приводит к снижению переохлаждения. Сейчас же рассмотрим случай, когда чрезмерное его количество оседает в нижней части конденсатора.

Зона конденсатора полностью занята жидкостью, которая продолжает увеличиваться. Далее она может распространиться на весь участок С-D. Ее количество, контактирующее с холодным воздухом, увеличивается, а вместе с тем возрастает и величина переохлаждения (рис.2.8 П/О=9 К).

Пособие для ремонтника

2. КОНДЕНСАТОРЫ С ВОЗДУШНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ.
2.1. НОРМАЛЬНАЯ РАБОТА

Рассмотрим схему на рис. 2.1, представляющую конденсатор воздушного охлаждения при нормальной работе в разрезе. Допустим, что в конденсатор поступает хладагент R22.


Точка А. Пары R22, перегретые до температуры около 70°С, покидают нагнетающий патрубок компрессора и попадают в конденсатор при давлении около 14 бар.

Линия А-В. Перегрев паров снижается при постоянном давлении.

Точка В. Появляются первые капли жидкости R22. Температура равна 38°С, давление по-прежнему около 14 бар.

Линия В-С. Молекулы газа продолжают конденсироваться. Появляется все больше и больше жидкости, остается все меньше и меньше паров.
Давление и температура остаются постоянными (14 бар и 38°С) в соответствии с соотношением «давление-температура» для R22.

Точка С. Последние молекулы газа конденсируются при температуре 38°С, кроме жидкости в контуре ничего нет. Температура и давление остаются постоянными, составляя около 38°С и 14 бар соответственно.

Линия C-D. Весь хладагент сконденсировался, жидкость под действием воздуха, охлаждающего конденсатор с помощью вентилятора, продолжает охлаждаться.

Читать еще:  Обновление покрытия чугунной ванны

Точка D. R22 на выходе из конденсатора только в жидкой фазе. Давление, по-прежнему около 14 бар, но температура жидкости понизилась примерно до 32°С.

Поведение смесевых хладагентов типа гидрохлорфторугперодов (ГХФУ) с большим температурным глайдом см. в пункте Б раздела 58.
Поведение хладагентов типа гидрофторуглеродов (ГФУ), например, R407C и R410A см. в разделе 102.

Изменение фазового состояния R22 в конденсаторе можно представить следующим образом (см. рис. 2.2).

От А до В. Снижение перегрева паров R22 от 70 до 38°С (зона А-В является зоной снятия перегрева в конденсаторе).

В точке В появляются первые капли жидкости R22.
От В до С. Конденсация R22 при 38 °С и 14 барах (зона В-С является зоной конденсации в конденсаторе).

В точке С сконденсировалась последняя молекула пара.
От С до D. Переохлаждение жидкого R22 от 38 до 32°С (зона C-D является зоной переохлаждения жидкого R22 в конденсаторе).

В течение всего этого процесса давление остается постоянным, равным показанию манометра ВД (в нашем случае 14 бар).
Рассмотрим теперь, как ведет себя при этом охлаждающий воздух (см. рис. 2.3).


Наружный воздух, который охлаждает конденсатор и поступает на вход с температурой 25°С, нагревается до 31 °С, отбирая тепло, выделяемое хладагентом.

Мы можем представить изменения температуры охлаждающего воздуха при его прохождении через конденсатор и температуру конденсатора в виде графика (см. рис. 2.4) где:


tae — температура воздуха на входе в конденсатор.

tas -температуравоздуха на выходе из конденсатора.

tK — температура конденсации, считываемая с манометра ВД.

А6 (читается: дельта тэта) разность (перепад) температур.

В общем случае в конденсаторах с воздушным охлаждением перепад температур по воздуху А0 = (tas — tae) имеет значения от 5 до 10 К (в нашем примере 6 К).
Значение разности между температурой конденсации и температурой воздуха на выходе из конденсатора также имеет порядок от 5 до 10 К (в нашем примере 7 К).
Таким образом, полный температурный напор (tK — tae) может составлять от 10 до 20 К (как правило, его значение находится вблизи 15 К, а в нашем примере он равен 13 К).

Понятие полного температурного напора очень важно, так как для данного конденсатора эта величина остается почти постоянной.

Используя величины, приведенные в вышеизложенном примере, можно говорить, что для температуры наружного воздуха на входе в конденсатор, равной 30°С (то есть tae = 30°С), температура конденсации tk должна быть равна:
tae + Дбполн = 30 + 13 = 43°С,
что будет соответствовать показанию манометра ВД около 15,5 бар для R22; 10,1 бар для R134a и 18,5 бар для R404A.

Заметим, что рекомендуемые значения А6 для конденсаторов с воздушным охлаждением одинаково справедливы как для торгового холодильного оборудования, так и для установок искусственного климата.

2.2. ПЕРЕОХЛАЖДЕНИЕ В КОНДЕНСАТОРАХ С ВОЗДУШНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ

Одной из наиболее важных характеристик при работе холодильного контура, вне всякого сомнения, является степень переохлаждения жидкости на выходе из конденсатора.

Переохлаждением жидкости будем называть разность между температурой конденсации жидкости при данном давлении и температурой самой жидкости при этом же давлении.

Мы знаем, что температура конденсации воды при атмосферном давлении равна 100°С. Следовательно, когда вы выпиваете стакан воды, имеющий температуру 20°С, с позиции теплофизики вы пьете воду, переохлажденную на 80 К!


В конденсаторе переохлаждение определяется как разность между температурой конденсации (считывается с манометра ВД) и температурой жидкости, измеряемой на выходе из конденсатора (или в ресивере).

В примере, приведенном на рис. 2.5, переохлаждение П/О = 38 — 32 = 6 К.
Нормальная величина переохлаждения хладагента в конденсаторах с воздушным охлаждением находится, как правило, в диапазоне от 4 до 7 К.

Когда величина переохлаждения выходит за пределы обычного диапазона температур, это часто указывает на аномальное течение рабочего процесса.
Поэтому ниже мы проанализируем различные случаи аномального переохлаждения.

*Значения температур здесь и далее приводятся в градусах Цельсия, а разности температур — в Кельвинах. Напомним, что 1 Кельвин численно равен 1°С, a t(°C) = Т(К) — 273,16 (прим. ред.).

2.3. АНАЛИЗ СЛУЧАЕВ АНОМАЛЬНОГО ПЕРЕОХЛАЖДЕНИЯ.

Одна из самых больших сложностей в работе ремонтника заключается в том, что он не может видеть процессов, происходящих внутри трубопроводов и в холодильном контуре. Тем не менее, измерение величины переохлаждения может позволить получить относительно точную картину поведения хладагента внутри контура.

Заметим, что большинство конструкторов выбирают размеры конденсаторов с воздушным охлаждением таким образом, чтобы обеспечить переохлаждение на выходе из конденсатора в диапазоне от 4 до 7 К. Рассмотрим, что происходит в конденсаторе, если величина переохлаждения выходит за пределы этого диапазона.

А) Пониженное переохлаждение (как правило, меньше 4 К).


На рис. 2.6 приведено различие в состоянии хладагента внутри конденсатора при нормальном и аномальном переохлаждении.
Температура в точках tB = tc = tE = 38°С = температуре конденсации tK. Замер температуры в точке D дает значение tD = 35 °С, переохлаждение 3 К.

Пояснение. Когда холодильный контур работает нормально, последние молекулы пара конденсируются в точке С. Далее жидкость продолжает охлаждаться и трубопровод по всей длине (зона C-D) заполняется жидкой фазой, что позволяет добиваться нормальной величины переохлаждения (например, 6 К).

В случае нехватки хладагента в конденсаторе, зона C-D залита жидкостью не полностью, имеется только небольшой участок этой зоны, полностью занятый жидкостью (зона E-D), и его длины недостаточно, чтобы обеспечить нормальное переохлаждение.
В результате, при измерении переохлаждения в точке D, вы обязательно получите его значение ниже нормального (в примере на рис. 2.6 — 3 К).
И чем меньше будет хладагента в установке, тем меньше будет его жидкой фазы на выходе из конденсатора и тем меньше будет его степень переохлаждения.
В пределе, при значительной нехватке хладагента в контуре холодильной установки, на выходе из конденсатора будет находиться парожидкостная смесь, температура которой будет равна температуре конденсации, то есть переохлаяедение будет равно О К (см. рис. 2.7).

tB = tD = tK = 38°С. Значение переохлаждения П/О = 38 — 38 = О К.

Таким образом, недостаточная заправка хладагента всегда приводит к уменьшению переохлаждения.

Отсюда следует, что грамотный ремонтник не будет без оглядки добавлять хладагент в установку, не убедившись в отсутствии утечек и не удостоверившись, что переохлаждение аномально низко!

Отметим, что по мере дозаправки хладагента в контур, уровень жидкости в нижней части конденсатора будет повышаться, вызывая увеличение переохлаждения.
Перейдем теперь к рассмотрению противоположного явления, то есть слишком большого переохлаждения.

Б) Повышенное переохлаждение (как правило, больше 7 к).

tB = % = tK = 38°С. tD = 29°С, следовательно переохлаждение П/О = 38 — 29 = 9 К.

Пояснение. Выше мы убедились, что недостаток хладагента в контуре приводит к уменьшению переохлаждения. С другой стороны, чрезмерное количество хладагента будет накапливаться в нижней части конденсатора.

В этом случае длина зоны конденсатора, полностью залитая жидкостью, увеличивается и может занимать весь участок E-D. Количество жидкости, находящееся в контакте с охлаждающим воздухом, возрастает и величина переохлаждения, следовательно, тоже становится больше (в примере на рис. 2.8 П/О = 9 К).

В заключение укажем, что измерения величины переохлаждения являются идеальными для диагностики процесса функционирования классической холодильной установки.
В ходе детального анализа типовых неисправностей мы увидим как в каждом конкретном случае безошибочно интерпретировать данные этих измерений.

Слишком малое переохлаждение (менее 4 К) свидетельствует о недостатке хладагента в конденсаторе. Повышенное переохлаждение (более 7 К) указывает на избыток хладагента в конденсаторе.

2.4. УПРАЖНЕНИЕ

Выберите из 4-х вариантов конструкций конденсатора с воздушным охлаждением, представленных на рис. 2.9, тот, который, по вашему мнению, является наилучшим. Объясните почему?

Решение

Под действием силы тяжести жидкость накапливается в нижней части конденсатора, поэтому вход паров в конденсатор всегда должен располагаться сверху. Следовательно, варианты 2 и 4 по меньшей мере представляют собой странное решение, которое не будет работоспособным.

Разница между вариантами 1 и 3 заключается, главным образом, в температуре воздуха, который обдувает зону переохлаждения. В 1-м варианте воздух, который обеспечивает переохлаждение, поступает в зону переохлаждения уже подогретым, поскольку он прошел через конденсатор. Наиболее удачной следует считать конструкцию 3-го варианта, так как в ней реализован теплообмен между хладагентом и воздухом по принципу противотока.

Этот вариант имеет наилучшие характеристики теплообмена и конструкции установки в целом.
Подумайте об этом, если вы еще не решили, какое направление прохождения охлаждающего воздуха (или воды) через конденсатор вам выбрать.

Принципы работы холодильной машины

Основные понятия, связанные с работой холодильной машины

Охлаждение в кондиционерах производится за счет поглощения тепла при кипении жидкости. Когда мы говорим о кипящей жидкости, мы, естественно, думаем, что она горячая. Однако это не совсем верно.

Во-первых, температура кипения жидкости зависит от давления окружающей среды. Чем выше давление, тем выше температура кипения, и наоборот: чем ниже давление, тем ниже температура кипения. При нормальном атмосферном давлении, равном 760 мм рт.ст. (1 атм), вода кипит при плюс 100°С, но если давление пониженное, как например в горах на высоте 7000-8000 м, вода начнет кипеть уже при температуре плюс 40-60°С.

Во-вторых, при одинаковых условиях разные жидкости имеют различные температуры кипения.

Например, фреон R-22, широко используемый в холодильной технике, при нормальном атмосферном давлении имеет температуру кипения минус 4°,8°С.

Если жидкий фреон находится в открытом сосуде, то есть при атмосферном давлении и температуре окружающей среды, то он немедленно вскипает, поглощая при этом большое количество тепла из окружающей среды или любого материала, с которым находится в контакте. В холодильной машине фреон кипит не в открытом сосуде, а в специальном теплообменнике, называемом испарителем. При этом кипящий в трубках испарителя фреон активно поглощает тепло от воздушного потока, омывающего наружную, как правило, оребренную поверхность трубок.

Рассмотрим процесс конденсации паров жидкости на примере фреона R-22. Температура конденсации паров фреона, так же, как и температура кипения, зависит от давления окружающей среды. Чем выше давление, тем выше температура конденсации. Так, например, конденсация паров фреона R-22 при давлении 23 атм начинается уже при температуре плюс 55°С. Процесс конденсации фреоновых паров, как и любой другой жидкости, сопровождается выделением большого количества тепла в окружающую среду или, применительно к холодильной машине, передачей этого тепла потоку воздуха или жидкости в специальном теплообменнике, называемом конденсатором.

Естественно, чтобы процесс кипения фреона в испарителе и охлаждения воздуха, а также процесс конденсации и отвод тепла в конденсаторе были непрерывными, необходимо постоянно “подливать” в испаритель жидкий фреон, а в конденсатор постоянно подавать пары фреона. Такой непрерывный процесс (цикл) осуществляется в холодильной машине.

Наиболее обширный класс холодильных машин базируется на компрессионном цикле охлаждения, основными конструктивными элементами которого являются компрессор, испаритель, конденсатор и регулятор потока (капиллярная трубка), соединенные трубопроводами и представляющие собой замкнутую систему, в которой циркуляцию хладагента (фреона) осуществляет компрессор. Кроме обеспечения циркуляции, компрессор поддерживает в конденсаторе (на линии нагнетания) высокое давление порядка 20-23 атм.

Теперь, когда рассмотрены основные понятия, связанные с работой холодильной машины, перейдем к более подробному рассмотрению схемы компрессионного цикла охлаждения, конструктивному исполнению и функциональному назначению отдельных узлов и элементов.

Схема компрессионного цикла охлаждения

Кондиционер – это та же холодильная машина, предназначенная для тепловлажностной обработки воздушного потока. Кроме того, кондиционер обладает существенно большими возможностями, более сложной конструкцией и многочисленными дополнительными опциями. Обработка воздуха предполагает придание ему определенных кондиций, таких как температура и влажность, а также направление движения и подвижность (скорость движения). Остановимся на принципе работы и физических процессах, происходящих в холодильной машине (кондиционере). Охлаждение в кондиционере обеспечивается непрерывной циркуляцией, кипением и конденсацией хладагента в замкнутой системе. Кипение хладагента происходит при низком давлении и низкой температуре, а конденсация – при высоком давлении и высокой температуре. Принципиальная схема компрессионного цикла охлаждения показана на рис. 1.

Начнем рассмотрение работы цикла с выхода испарителя (участок 1-1). Здесь хладагент находится в парообразном состоянии с низким давлением и температурой.

Парообразный хладагент всасывается компрессором, который повышает его давление до 15-25 атм и температуру до плюс 70-90°С (участок 2-2).

Далее в конденсаторе горячий парообразный хладагент охлаждается и конденсируется, то есть переходит в жидкую фазу. Конденсатор может быть либо с воздушным, либо с водяным охлаждением в зависимости от типа холодильной системы.

На выходе из конденсатора (точка 3) хладагент находится в жидком состоянии при высоком давлении. Размеры конденсатора выбираются таким образом, чтобы газ полностью сконденсировался внутри конденсатора. Поэтому температура жидкости на выходе из конденсатора оказывается несколько ниже температуры конденсации. Переохлаждение в конденсаторах с воздушным охлаждением обычно составляет примерно плюс 4-7°С.

При этом температура конденсации примерно на 10-20°С выше температуры атмосферного воздуха.

Затем хладагент в жидкой фазе при высокой температуре и давлении поступает в регулятор потока, где давление смеси резко уменьшается, часть жидкости при этом может испариться, переходя в парообразную фазу. Таким образом, в испаритель попадает смесь пара и жидкости (точка 4).

Жидкость кипит в испарителе, отбирая тепло от окружающего воздуха, и вновь переходит в парообразное состояние.

Размеры испарителя выбираются таким образом, чтобы жидкость полностью испарилась внутри испарителя. Поэтому температура пара на выходе из испарителя оказывается выше температуры кипения, происходит так называемый перегрев хладагента в испарителе. В этом случае даже самые маленькие капельки хладагента испаряются и в компрессор не попадает жидкость. Следует отметить, что в случае попадания жидкого хладагента в компрессор, так называемого “гидравлического удара”, возможны повреждения и поломки клапанов и других деталей компрессора.

Перегретый пар выходит из испарителя (точка 1), и цикл возобновляется.

Таким образом, хладагент постоянно циркулирует по замкнутому контуру, меняя свое агрегатное состояние с жидкого на парообразное и наоборот.

Все компрессионные циклы холодильных машин включают два определенных уровня давления. Граница между ними проходит через нагнетательный клапан на выходе компрессора с одной стороны и выход из регулятора потока (из капиллярной трубки) с другой стороны.

Нагнетательный клапан компрессора и выходное отверстие регулятора потока являются разделительными точками между сторонами высокого и низкого давлений в холодильной машине.

На стороне высокого давления находятся все элементы, работающие при давлении конденсации.

На стороне низкого давления находятся все элементы, работающие при давлении испарения.

Несмотря на то, что существует много типов компрессионных холодильных машин, принципиальная схема цикла в них практически одинакова.

Теоретический и реальный цикл охлаждения.

Цикл охлаждения можно представить графически в виде диаграммы зависимости абсолютного давления и теплосодержания (энтальпии). На диаграмме (рис. 2) представлена характерная кривая отображающая процесс насыщения хладагента.

Левая часть кривой соответствует состоянию насыщенной жидкости, правая часть – состоянию насыщенного пара. Две кривые соединяются в центре в так называемой “критической точке”, где хладагент может находиться как в жидком, так и в парообразном состоянии. Зоны слева и справа от кривой соответствуют переохлажденной жидкости и перегретому пару. Внутри кривой линии помещается зона, соответствующая состоянию смеси жидкости и пара.

Рассмотрим схему теоретического (идеального) цикла охлаждения с тем, чтобы лучше понять действующие факторы (рис. 3).

Рассмотрим наиболее характерные процессы, происходящие в компрессионном цикле охлаждения.

Сжатие пара в компрессоре.

Холодный парообразный насыщенный хладагент поступает в компрессор (точка С`). В процессе сжатия повышаются его давление и температура (точка D). Теплосодержание также повышается на величину, определяемую отрезком НС`-HD, то есть проекцией линии C`-D на горизонтальную ось.

Конденсация.

В конце цикла сжатия (точка D) горячий пар поступает в конденсатор, где начинается его конденсация и переход из состояния горячего пара в состояние горячей жидкости. Этот переход в новое состояние происходит при неизменных давлении и температуре. Следует отметить, что, хотя температура смеси остается практически неизменной, теплосодержание уменьшается за счет отвода тепла от конденсатора и превращения пара в жидкость, поэтому он отображается на диаграмме в виде прямой, параллельной горизонтальной оси.

Процесс в конденсаторе происходит в три стадии: снятие перегрева ( D-E ), собственно конденсация (Е-А) и переохлаждение жидкости (А-А`).

Рассмотрим кратко каждый этап.

Снятие перегрева ( D-E ).

Это первая фаза, происходящая в конденсаторе, и в течение ее температура охлаждаемого пара снижается до температуры насыщения или конденсации. На этом этапе происходит лишь отъем излишнего тепла и не происходит изменение агрегатного состояния хладагента.

На этом участке снимается примерно 10-20% общего теплосъема в конденсаторе.

Конденсация (Е-А).

Температура конденсации охлаждаемого пара и образующейся жидкости сохраняется постоянной на протяжении всей этой фазы. Происходит изменение агрегатного состояния хладагента с переходом насыщенного пара в состояние насыщенной жидкости. На этом участке снимается 60-80% теплосъема.

Переохлаждение жидкости (А-А`).

На этой фазе хладагент, находящийся в жидком состоянии, подвергается дальнейшему охлаждению, в результате чего его температура понижается. Получается переохлажденная жидкость (по отношению к состоянию насыщенной жидкости) без изменения агрегатного состояния.

Переохлаждение хладагента дает значительные энергетические преимущества: при нормальном функционировании понижение температуры хладагента на один градус соответствует повышению мощности холодильной машины примерно на 1% при том же уровне энергопотребления.

Количество тепла, выделяемого в конденсаторе.

Участок D-A` соответствует изменению теплосодержания хладагента в конденсаторе и характеризует количество тепла, выделяемого в конденсаторе.

Регулятор потока (А`-B).

Переохлажденная жидкость с параметрами в точке А` поступает на регулятор потока (капиллярную трубку или терморегулирующий расширительный клапан), где происходит резкое снижение давления. Если давление за регулятором потока становится достаточно низким, то кипение хладагента может происходить непосредственно за регулятором, достигая параметров точки В.

Испарение жидкости в испарителе (В-C).

Смесь жидкости и пара (точка В) поступает в испаритель, где она поглощает тепло от окружающей среды (потока воздуха) и переходит полностью в парообразное состояние (точка С). Процесс идет при постоянной температуре, но с увеличением теплосодержания.

Как уже говорилось выше, парообразный хладагент несколько перегревается на выходе испарителя. Главная задача фазы перегрева (С-С`) – обеспечение полного испарения остающихся капель жидкости, чтобы в компрессор поступал только парообразный хладагент. Для этого требуется повышение площади теплообменной поверхности испарителя на 2-3% на каждые 0,5°С перегрева. Поскольку обычно перегрев соответствуют 5-8°С, то увеличение площади поверхности испарителя может составлять около 20%, что безусловно оправдано, так как увеличивает эффективность охлаждения.

Количество тепла, поглощаемого испарителем.

Участок HB-НС` соответствует изменению теплосодержания хладагента в испарителе и характеризует количество тепла, поглощаемого испарителем.

Реальный цикл охлаждения.

В действительности в результате потерь давления, возникающих на линии всасывания и нагнетания, а также в клапанах компрессора, цикл охлаждения отображается на диаграмме несколько иным образом (рис. 4).

Из-за потерь давления на входе (участок C`-L) компрессор должен производить всасывание при давлении ниже давления испарения.

С другой стороны, из-за потерь давления на выходе (участок М-D`), компрессор должен сжимать парообразный хладагент до давлений выше давления конденсации.

Необходимость компенсации потерь увеличивает работу сжатия и снижает эффективность цикла.

Помимо потерь давления в трубопроводах и клапанах, на отклонение реального цикла от теоретического влияют также потери в процессе сжатия.

Во-первых, процесс сжатия в компрессоре отличается от адиабатического, поэтому реальная работа сжатия оказывается выше теоретической, что также ведет к энергетическим потерям.

Во-вторых, в компрессоре имеются чисто механические потери, приводящие к увеличению потребной мощности электродвигателя компрессора и увеличению работы сжатия.

В третьих, из-за того, что давление в цилиндре компрессора в конце цикла всасывания всегда ниже давления пара перед компрессором (давления испарения), также уменьшается производительность компрессора. Кроме того, в компрессоре всегда имеется объем, не участвующий в процессе сжатия, например, объем под головкой цилиндра.

Оценка эффективности цикла охлаждения

Эффективность цикла охлаждения обычно оценивается коэффициентом полезного действия или коэффициентом термической (термодинамической) эффективности.

Коэффициент эффективности может быть вычислен как соотношение изменения теплосодержания хладагента в испарителе (НС-НВ) к изменению теплосодержания хладагента в процессе сжатия (НD-НС).

Фактически он представляет собой соотношение холодильной мощности и электрической мощности, потребляемой компрессором.

Причем он не является показателем производительности холодильной машины, а представляет собой сравнительный параметр при оценке эффективности процесса передачи энергии. Так, например, если холодильная машина имеет коэффициент термической эффективности, равный 2,5, то это означает, что на каждую единицу электроэнергии, потребляемую холодильной машиной, производится 2,5 единицы холода.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector