Лекция 8. Расчет парожидкостной парокомпрессионной установки

Лекция 8. Расчет парожидкостной парокомпрессионной
установки
Рассмотрим пример расчета одноступенчатой компрессионной
холодильной установки, работающей на хладоне R-12. Установка работает с
регенеративным теплообменником. Схема установки показана на рис.8.1.
tв1
3
конденсатор
tв2
компрессор
1
регенеративный теплообменник
4
дроссель
5
6
tн1
испаритель
tн2
Рис.8.1. Схема холодильной установки
Основные узлы установки: испаритель, конденсатор, компрессор,
дроссель и регенеративный теплообменник. Установка работает следующим
образом. Пары холодильного агента, хладона R-12, отсасываются
компрессором из испарителя, при этом в нем снижается давление и,
соответственно, температура. В результате взаимодействия путем
теплопередачи, например, с воздухом, от последнего отводится тепло и
воздух охлаждается. Таким образом, здесь, в испарителе, мы получаем
полезный эффект от работы установки.
Сжатые компрессором пары поступают в конденсатор, где
охлаждаются протекающей водой, нагревая последнюю. При этом
парообразный хладон переходит полностью в жидкое состояние. Жидкий
холодильный агент далее проходит через регенеративный теплообменник, в
котором частично охлахжается, далее проходит дроссель, в котором
частично испаряется в результате адиабатного испарения. Оставшаяся часть
жидкого хладона “доиспаряется” в испарителе.
Зададим для расмотренной установки следующие параметры в
характерных точках установки:
температура охлаждаемого воздуха на входе в испаритель tн1 = -20 оС ;
температура охлаждаемого воздуха на выходе из испарителя tн1 = -25 оС ;
температура охлаждающей воды на входе в конденсатор tв2 = 20 оС ;
температура охлаждающей воды на выходе из конденсатора tв1 = 25 оС ;
конечная разность температур в испарителе tи = 4 оС;
конечная разность температур в конденсаторе tк = 5 оС;
холодопроизводительность Qo = 7кВт.
Внутренний адиабатный и электромеханический КПД компрессора равны
соответственно i = 0.8 и эм = 0.9 .
Решение. расчетная температура и давление испарения:
to = tн2 - tи = -26 - 4 = - 30 оС ; ро = 0.1 Мпа.
Расчетная температура конденсации
tк = tв1 + tк = 25 + 5 = 30 оС .
Принимая разность температур на теплом конце регенеративного
теплообменника равной 20 оС , определяем температуру пара хладона перед
компрессором:
t1 = t3 - tР = 30 - 20 = 10 оС .
T
2 Рк
2’
3 Тк
Tк
4
Tи
To
5
1
6
S
Рис.2. Схема термодинамического цикла холодильной установки
с регенеративным теплообменником
По T - s диаграмме хладона R-12 находим параметры рабочего агента в
характерных точках схемы:
точка 1: t1 = 10 oC ; p1 = 0.1 Мпа ; h1 = 582 кДж/кг ; v1 = 0.1875 кг/м3 ;
точка 2: р2 = 0.75 Мпа ; h2’ = 625 кДж/кг ; t2 = 85 oC ;
точка 3: р3 = 0.75 Мпа ; h3 = 448 кДж/кг ; t3 = 30 oC ;
точка 6: р6 = 0.1 Мпа ; h6 = 559 кДж/кг ; t6 = - 30 oC .
Параметры в точке 4 находим по тепловому балансу регенеративного
теплообменника: h1 - h6 = h3 - h4 , откуда энтальпия в точке 4:
h4 = h3 - (h1 - h6) = 448 - (582 - 559) = 425 кДж/кг .
Удельная тепловая нагрузка испарителя
qo = h6 - h5 = 559 - 425 = 134 кДж/кг.
Энтальпия фреона на выходе из компрессора
h2 = h1 + (La/i) = 582 + (625 - 582)/0.8 = 636 кДж/кг .
Удельная внутренняя работа компрессора
Lв = h2 - h1 = 636 - 582 = 54 кДж/кг .
Удельная тепловая нагрузка конденсатора
qк = h2 - h3 = 636 - 448 = 188 кДж/кг .
Массовый расход хладагента
G = 7/134 = 0.052 кг/с .
Объемная производительность компрессора
V1 = G v1 = 0.052*0.1875 = 0.00975 м3/c .
Тепловая нагрузка конденсатора
Qк = 0.052*188 = 9.72 кВт .
Удельная работа компрессора
Lкм = Lв /эм = 54/0.9 = 60 кДж/кг .
Электрическая мощность компрессора
Nэ = Lкм G = 60*0.052 = 3.12 кВт .
Холодильный коэффициент
 = qo/ Lкм = 134 / 60 = 2.24 .
Коэффициент работоспособности холода при средней температуре
охлаждаемого воздуха
Тн.ср. = (-20 - 26)/2 +273 = 250 К
составит
(q)н = 1 - 293/250 = - 0.172 .
Эксергетический КПД установки с учетом потерь эксергии в
испарителе (по воздуху)
e 
q o(  q ) н
Lк

м
134 * 0172
.
= 0.385 (38.5 %) .
60
Коэффициент полезного действия установки по хладагенту
' 
q o(  q ) o
Lк

м
где (  q ) o  1 
134 * 0.205
= 0.458 (45.8 %) ,
60
293
= - 0.205 .
243