Процеси та устаткування для холодильної обробки харчових продуктів, торговельне устаткування (стр. 3 )

Рисунок 2.1 – i-P діаграма

Встановлення оптимального температурного режиму роботи холодильної машини зводиться до визначення температур кипіння холодильного агента to, його конденсації tк, переохолодження рідкого холодоагенту перед регулюючим вентилем tп і температури пари, усмоктуваної компресором tвс.

Рисунок 2.2 – s-T діаграма

Зазначені температури визначають залежно від призначення холодильної машини, технологічних вимог, пропонованих до охолоджуваного об'єкта й температури навколишнього середовища (води або повітря). Ця залежність звичайно наступна:

to приймають на 7...10оС нижче температури повітря в охолоджуваному об'єкті, а для ребристих випарників малих хладонових холодильних установок холодопродуктивністю до 12кВт на 14...16оС нижче температури охолоджуваного об'єкта. У свою чергу температура охолоджуваного об'єкта встановлюється, виходячи з технологічних вимог. При охолодженні проміжним теплоносієм (розсолом) to приймають на 13...16оС нижче температури повітря охолоджуваного об'єкта. У цьому випадку різниця температур розсолу й кипіння холодоагенту становить 4...6оС.

tк залежить від температури охолодної води у випадку, якщо конденсатор водяного охолодження, і від температури навколишнього повітря, якщо конденсатор повітряного охолодження. При повітряному охолодженні tк приймають на 10...12оС вище температури зовнішнього повітря (менше значення приймати для холодильних машин середньої холодопродуктивності). При застосуванні конденсаторів водяного охолодження tк приймають на 7...10оС вище температури води, яка надходить.

tвс приймають в аміачних установках одноступінчастого стиску й машинах, що працюють на R22 на 5...15оС вище температури кипіння, а в хладонових установках з регенеративним теплообмінником на 25...35оС вище температури кипіння.

tп звичайно приймають на 3...4оС нижче температури конденсації в холодильних установках працюючих на R22 і R717, а для хладонових холодильних установок з регенеративним теплообмінником температуру переохолодження знаходять згідно ентальпії рідини, що виходить із теплообмінника, яку, у свою чергу, знаходять із теплового балансу теплообмінника (визначення ентальпії рідини дивися нижче в розділі 2).

2. Після встановлення оптимального температурного режиму в діаграмах стану робочих тіл наноситься цикл роботи холодильної машини.

В області насиченої пари теплових діаграм відшукується ізотерма (вона ж ізобара), що відповідає розрахованої to. При перетинанні цієї ізотерми із правою пограничною кривою відзначають точку 1', що характеризує закінчення процесу кипіння рідкого холодоагенту у випарнику. Для забезпечення «сухого ходу» компресора пара звичайно перегрівається в усмоктувальному трубопроводі або регенеративному теплообміннику, тобто на шляху холодоагенту з випарника до компресора. Тому точка 1, що характеризує стан пари на вході в компресор, визначається в області перегрітої пари перетинанням ізобари кипіння з ізотермою, що відповідає температурі усмоктуваних парів tвс.

В області насиченої пари діаграми, але вище ізотерми кипіння, відшукується ізотерма (вона ж ізобара) конденсації, що відповідає розрахованої tк. При перетинанні цієї ізотерми із правою прикордонною кривою відзначається точка 2', що характеризує початок процесу конденсації, а з лівою прикордонною кривою - точка 3', що характеризує завершення конденсації пари.

В області перегрітої пари діаграми визначається точка 2 перетинанням адіабати, що проходить через точку 1 і ізобари, що проходить через точку 2'. Отримана точка 2 характеризує стан холодоагенту наприкінці стиску в компресорі.

В області ненасиченої рідини діаграми, лівіше прикордонної кривої х=0, визначається точка 3, яка характеризує стан переохолодженого рідкого агента перед регулюючим вентилем, перетинанням ізобари, що проходить через точку 3', з ізотермою, що відповідає розрахованої tп (для аміачних установок і хладонових на R22). Для хладонових холодильних установок з регенеративним теплообмінником точка 3 визначається перетинанням ізобари, що проходить через точку 3', з лінією постійної ентальпії в точці 3, що знаходиться з теплового балансу регенеративного теплообмінника:

i3’ – i3 = i1 – i1’, звідки i3 = i3’ – (i1 – i1’).

З отриманої точки 3 проводиться ізоентальпія до перетинання з ізотермою кипіння. Отримана перетинанням зазначених ліній точка 4 характеризує стан холодоагенту, що надійшов у випарник після дроселювання.

З'єднуючи отримані точки відповідними лініями процесу, будують холодильний цикл.

3. Користуючись діаграмою стану робочих тіл з нанесеним на неї холодильним циклом, визначають параметри холодильного агента у вузлових точках циклу. Чисельні значення параметрів, необхідні в теплових розрахунках окремих процесів циклу, визначають за значенням відповідних ліній, що проходять через точки циклу.

Таблиця 2.2 - Параметри вузлових точок циклу

Номер точки	Тиск, МПа	Температура, оС	Ентальпія, кДж/кг	Питомий обсяг пари, м3/кг
1
1’
2
2’
3
3’
4

1. Використовуючи чисельні значення параметрів у вузлових точках, здійснюють тепловий розрахунок циклу в наступному порядку:

Питома масова холодопродуктивність:

qo = i1’ – i4 [кДж/кг].

Питома кількість тепла, що відводиться в конденсаторі:

qк = i2 – i3 [кДж/кг].

Холодильний коефіцієнт циклу:

e = qo / l.

Маса холодоагенту, що циркулює в системі в одиницю часу:

Мо = Qo / qo [кг/с].

Питома об'ємна холодопродуктивність:

qv = qo / n1 [кДж/м3].

Об'ємна теоретична продуктивність компресора:

VT =Mo × n1 [м3/c].

Теплове навантаження на конденсатор або кількість теплоти, що відводиться в конденсаторі:

Qкд =Mo × qк [кВт].

Теоретична потужність, споживана компресором:

NТ =Mo × l [кВт].

Таблиця 2.3 - Опис побудованої діаграми lg-i

Лінії на діаграмі	Холодильний агент
Характеристика стану	Агрегатний стан
4 – 1’
1’ – 1
1 – 2
2 – 2’
2’ – 3’
3’ – 3
3 – 4

Тести до роботи №2

Питання 1

Питома масова холодопродуктивність холодильної машини визначається за формулою:

а. ;

б. ;

в. .

Питання 2

Питома робота стиску визначається за формулою:

а. ;

б. ;

в. .

Питання 3

Холодильний коефіцієнт циклу визначають:

а. ;

б. ;

в. .

Питання 4

Питома кількість теплоти, що відводиться в конденсаторі:

а. ;

б. ;

в. .

Питання 5

Питома об'ємна холодопродуктивність визначається за формулою:

а. ;

б. ;

в. .

Питання 6

Масова витрата холодильного агента визначається за формулою:

а. ;

б. ;

в. .

Питання 7

Дійсний обсяг пари холодоагенту, засмоктуваного компресором, визначають за формулою:

а. ;

б. ;

в. .

Питання 8

Обсяг, описуваний поршнями компресора, визначають за формулою:

а. ;

б. ;

в. .

Питання 9

Теоретичну (адіабатичну) потужність компресор визначають за формулою:

а. ;

б. ;

в. .

Питання 10

Рідкий холодильний агент перед дроселюванням прохолоджують із метою:

а. понизити температуру кипіння;

б. понизити тиск конденсації;

в. збільшити питому масову холодопродуктивність.

Питання 11

Для забезпечення «сухого ходу» компресор холодильної машини повинен всмоктувати холодильний агент у стані:

а. волога насичена пара;

б. суха насичена пара;

в. перегріта пара.

Питання 12

Регенеративний теплообмінник у схему холодильної машини включають із метою:

а. перегріву пари перед усмоктуванням їх компресором;

б. переохолодженням рідини перед дроселюванням;

в. перегріву пари перед усмоктуванням і переохолодженням рідкого холодильного агента перед дроселюванням.

Питання 13

Тепловий баланс парової компресійної холодильної машини має вигляд:

а. ;

б. ;

в. .

Зміст звіту

1. Найменування, ціль роботи.

2. Цикл роботи холодильної машини, зображений у діаграмі (P-i), стану холодильного агента.

3. Тепловий розрахунок побудованого циклу.

4. Заповнити таблиці 2.2; 2.3.

5. Письмово відповісти на тести.

6. Зробити виводи з виконаної роботи.

Робота №3

КОМПРЕСОРИ ХОЛОДИЛЬНИХ МАШИН

Ціль роботи: 1. Вивчити призначення, принцип дії, класифікацію компресорів.

2. Вивчити конструктивні особливості основних вузлів компресорів.

3. Схематично зобразити компресор, напрямок руху холодильного агента в компресорі.

4. Заповнити таблицю, відповісти на тести.

5. Скласти звіт з виконаної роботи.

Обладнання: компресори в лабораторіях кафедри.

Порядок проведення роботи

1. Вивчити теоретичний матеріал по темі №3.

2. За завданням викладача вивчити в лабораторії конструкцію компресора, зобразити його схематично, указавши напрямок руху холодильного агента.

3. Заповнити таблицю 3.1.

4. Відповісти письмово на тести.

5. Скласти звіт з виконаної роботи.

Методичні вказівки щодо проведення роботи

Компресор (КМ) - один з основних елементів холодильних машин. КМ служить для відсмоктування парів холодоагенту з випарника, забезпечуючи знижений тиск і необхідну температуру кипіння, стискання їх до тиску конденсації й нагнітання в конденсатор.

Економічність роботи машин залежить в основному від компресора. Найчастіше в малих холодильних машинах застосовують поршневі компресори зі зворотно-поступальним рухом поршня й ротаційні компресори з ротором, що котиться.

Поршневий компресор має циліндр, у якому поступально рухається поршень. Поршень з'єднується із шатуном, що кріпиться до колінчатого вала. Колінчатий вал з'єднаний з електродвигуном. При русі поршня вниз обсяг у циліндрі збільшується, тиск – падає (Vц>, Рц<) пари холодильного агента надходять у циліндр через всмоктувальний клапан, нагнітальний клапан при цьому закритий. При русі поршня нагору обсяг у циліндрі зменшується, тиск збільшується (Vц<, Рц>) пари стискаються й при певному тиску, коли нагнітальний клапан відкривається, пари надходять у конденсатор, всмоктувальний клапан при цьому закритий.

Положення поршня, що відповідає найбільшому віддаленню від колінчатого вала, називається верхньою мертвою точкою, а найменшому віддаленню від колінчатого вала - нижньою мертвою точкою.

Особливості ротаційних компресорів - простота конструкції, відсутність деталей, що містять зворотно-поступальні рухи, відсутність всмоктувальних клапанів, а у великих компресорів і нагнітальних клапанів, незначний мертвий простір. Однак у порівнянні з поршневими компресорами вони мають істотний недолік - обмежений кінцевий тиск, що пояснюється труднощами виконання необхідної щільності між торцевими поверхнями циліндрів і обертовим ротором. Тому в цей час більше використовують поршневі компресори.