Файл: Цейтлин Ю.А. Установки для кондиционирования воздуха в шахтах [Текст] 1974. - 166 с.pdf

Величины Qx, QK, Nr и Кк служат для подбора или расчета ха­ рактеристик теплообменных аппаратов и компрессора установ­ ки (см. п. 6 данной главы).

В случаях, когда холодильная установка представляет собой единый блок и подбор ее осуществляется по величине холодиль­ ной мощности, возникает необходимость в пересчете холодиль­ ной мощности для других условий, т. е. определение мощности установки, обеспечиваемой в одних условиях (/,, и tK), если из­ вестна холодильная мощность этой установки при других усло­ виях. Такой пересчет осуществляется по формуле

удельный объем перед компрессором.

Значения qx, q^, Ѵ\ и ѵ[ определяются по диаграмме соответст­

вующих циклов (на і—Igp-диаграмме). Коэффициенты подачи рассчитываются по уравнениям (50), (51), (52), (53), (54).

Если необходимо определить режим работы ПКХУ в кон­ кретных условиях, то это можно сделать после построения ха­ рактеристик ПКХУ и охлаждаемого объекта.

90

Г л а в а I I I

ВОЗДУШНЫЕ ХОЛОДИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ 1. Схема и теоретический рабочий процесс

Парокомпрессорные холодильные установки экономичны и компактны, однако необходимость применения специальных хладагентов является их серьезным недостатком. Этих недостат­ ков нет у воздушных холодильных установок (ВХУ).

Воздушная холодильная установка (рис. 34, а) состоит на компрессора, теплообменника ТОи в котором сжатый в ком­ прессоре воздух отдает тепло или непосредственно окружающей среде, или охлаждающей воде; детандера Д и теплообмен­ ника Т02 (холодильной камеры), в котором холодный воздух после расширения в детандере отбирает тепло от охлаждаемой среды.

Теоретический (идеальный) рабочий процессе холодильной установки в координатах Т — 5 показан па рис. 43,6. В идеаль­ ном случае сжатие и расширение воздуха происходит адиабатно, теплообмен в аппаратах ГО, и Т02— изобарно. В отличие от ПКХУ, в воздушной установке невозможен изотермический подвод и отвод тепла, поэтому даже теоретический цикл такой установки отличается от цикла Карно.

детандере, ° К;

где Т2 и Т&— абсолютные температуры окружающей среды и воздуха после адиабатного сжатия в компрес­ соре, °К.

92

Теоретическая мощность, затрачиваемая при работе компрес­ сора (при условии, что потери энергии и охлаждение воздуха при сжатии отсутствуют),

Теоретическая мощность на валу детандера при вышепри­ веденных условиях

Рис. 43. Воздушная холодильная установка:

а — схема: б — теоретический рабочий процесс

Тогда холодильный коэффициент рассматриваемого цикла

Пренебрегая различием изобарных теплоемкостей, входящих в это уравнение, получим *

Так как для адиабатных процессов сжатия и расширения воз­ духа имеем

то

(112)

где ß= — — степень изменения давления воздуха в цикле.

Р \

Холодильный коэффициент обратного цикла Карно и анало­ гичных условиях составил бы

Тх

Из анализа уравнений (112) и (113) видно, что идеальный холодильный коэффициент цикла ВХУ всегда меньше, чем цикла Карно. Снижение холодильного коэффициента рассматривае­ мого цикла объясняется необходимостью увеличения темпера­ туры воздуха в компрессоре сверх Т2 и уменьшения температуры в детандере ниже Т} для обеспечения изобарного теплообмена в аппаратах ТО\ и Т02. Как видно из уравнения (112), снижение степени повышения давления в компрессоре увеличивает эконо­ мичность цикла, однако в этом случае снижается и удельная холодопроизводительность, т. е. при той же холодильной мощ­ ности установки необходимо увеличивать производительность компрессора.

Из-за малой теплоемкости воздуха даже при сравнительно небольших холодильных мощностях ВХУ необходимая произво­ дительность компрессора велика, поэтому в этих установках используются турбокомпрессоры.

2. Фактический рабочий процесс холодильной установки

Реальный цикл воздушной холодильной установки отличается от теоретического идеализированного цикла, рассмотренного в предыдущем параграфе.

В первую ^очередь отличие это объясняется потерями (дисси­ пацией) энергии в реальной установке. В основном потери энергии имеют место в компрессоре и детандере. '

В воздушной холодильной установке для сжатия воздуха используются турбокомпрессоры. Теоретический рабочий процесс неохлаждаемого нагнетателя (компрессора) представляет собой обратимый процесс адиабатного сжатия — линия / — а (рис. 44). Удельная работа, затрачиваемая на получение сжатого воздуха в этом случае, эквивалентна площади С — а — 3 — Е и равна

В реальной машине вследствие сопротивления проточной части компрессора часть энергии, подводимой к газу, расхо­ дуется на преодоление сопротивлений. Эта энергия, как известно, преобразуется в тепло, которое сообщается потоку газа (пере­ дачей тепла в окружающую среду можно пренебречь). При анализе обычно принимают (см. п. 4 главы II), что сжатие воз­ духа происходит без потерь, но с подводом тепла, эквивалент­

9 4

ного энергии, затрачиваемой на преодоление сопротивлений. В таком случае процесс сжатия будет представлять собой п.олитропный процесс о m>k, изображаемый отрезком 1 — а'. Удель­ ная работа, затрачиваемая на сжатие воздуха, при этом экви­ валентна площади С — 1 — а' — 3 — Е и равна

(115)

т — 1

где т — показатель процесса сжатия газа.

На преодоление сопротивлений расходуется работа, эквивалент­ ная площади D—а —1— С

(равная теплу, подводимо­ му к газу при сжатии).

Полная удельная рабо­ та, затрачиваемая в реаль­ ном компрессоре на полу­ чение сжатого воздуха (без учета механических и объ­ емных потерь), будет экви­ валентна площади D—а'— 3—Е и может быть рассчи­ тана по формуле

I= - ± - R ( T ' a- T 1). (116)

к— 1

к. п. д., представляющий собой отношение фактической работы,

где т)ок и г)М|{ — соответственно объемный и механический к. п. д.

компрессора.

При анализе работы неохлаждаемых воздушных турбоком­ прессоров, так же как и для поршневых машин, используют адиабатный к. п. д. [см. уравнение (60) в предыдущей главе]

95