Принципиальная схема и цикл одноступенчатой фреоновой холодильной машины

Особенностью фреоновых холодильных машин по сравнению с аммиачными является возможность использования компрессоров со встроенными электродвигателями (герметичных и бессальниковых), а также включения в схему регенеративного теплообменника (РТО), позволяющего повысить эффективность работы машины.

Пар из испарителя направляется в РТО, где он омывает змеевик, внутри которого протекает жидкий хладагент, поступающий из конденсатора. В результате теплообмена пар, забирая теплоту от жидкости, перегревается (процесс 1_и-1_то), а жидкость внутри змеевика переохлаждается (процесс 3-4).

Если пренебречь теплообменом с окружающей средой, то тепловой баланс РТО можно представить в виде равенства:

.

Задаваясь перегревом пара в РТО и определяя по диаграмме или таблице перегретого пара соответствующие значения энтальпий, из уравнения теплового баланса РТО находят энтальпию i₄, по которой определяют положение точки 4.

Из РТО пар поступает в кожух компрессора и, омывая обмотку статора встроенного электродвигателя, еще более перегревается (процесс 1_то-1).

.

Величина перегрева зависит от КПД и мощности встроенного электродвигателя. При построении цикла величину Θ_КД принимают примерно равной 10…15 ⁰С.

Сравнение циклов

В предыдущем пункте пунктиром показаны процессы: 3-6 – дросселирование в регулирующем вентиле при отсутствии РТО, 1_и-7 – сжатие в компрессоре при отсутствии РТО в компрессоре без встроенного электродвигателя.

Из сравнения двух циклов, вытекает, что введение РТО позволяет повысить удельную массовую холодопроизводительность машины:

,

но при этом возрастет перегрев всасываемого пара:

.

Общий перегрев всасываемого пара в РТО и встроенном электродвигателе компрессора:

.

При этом следует учитывать, что необходимая удельная массовая холодопроизводительность компрессора:

.

Величина в кДж/кг показывает, какое количество теплоты отводит 1 кг хладагента, поступающего в компрессор, при рабочих параметрах цикла Р₀, Р_к, θ₁.

В тепловом расчете используют также удельную объемную холодопроизводительность компрессора в кДж/м³:

,

где - удельный объем пара, всасываемого в цилиндр компрессора, м³.

При расчете холодильной машины обычно задаются тепловой нагрузкой на испаритель Q_н в кВт. Тогда количество циркулирующего хладагента находят по соотношению , а необходимую холодопроизводительность компрессора:

.

При этом объем пара, всасываемого компрессором, м³/с:

.

Анализ полученных данных показывает, что при работе холодильной машины на R12 с РТО и компрессором, имеющим встроенный электродвигатель, удельная массовая холодопроизводительность машины увеличивается примерно на 10%, но одновременно работа сжатия также возрастает примерно на 12%. Это приводит к незначительному, примерно на 2%, уменьшению холодильного коэффициента ε, увеличению объема всасываемого компрессором пара на 4% и необходимой холодопроизводительности компрессора на 15%.

Таким образом, введение РТО в схему холодильной машины не улучшает ее энергетической эффективности, соответствующей холодильному коэффициенту ε. Применение РТО объясняется практическими условиями работы фреоновых холодильных машин, в первую очередь уносом капель жидкого хладагента из испарителей змеевикого типа и необходимостью обеспечить возврат масла в картер компрессора.

Дополнительный перегрев пара в электродвигателе также отрицательно влияет на холодильный коэффициент ε и приводит к увеличению объема всасываемого компрессором пара, а следовательно, габаритных размеров и металлоемкости компрессора. Однако использование компрессора со встроенным электродвигателем позволяет существенно повысить герметичность всей машины и уменьшить габаритные размеры и металлоемкость компрессорного агрегата.

Расчетные данные цикла на аммиаке (R717) подтверждают лучшие, по сравнению с R12, термодинамические свойства аммиака.

При работе на аммиаке удельная массовая холодопроизводительность машины возрастает в 9 раз, но, так как при этом увеличивается и работа сжатия, холодильный коэффициент повышается лишь на 8%, а объем всасываемого пара уменьшается примерно на 60%. Это позволяет создавать аммиачные машины с меньшими габаритными размерами и металлоемкостью, чем у фреоновых машин.