Файл: Нестеров, Ю. Ф. Судовые холодильные установки учебник для институтов водного транспорта.pdf

мегцении 0оНеобходимо также стремиться к тому, чтобы темпе­ ратура воды, охлаждающей конденсатор, не была излишне высо­ кой (из-за недостатка ее).

Для повышения холодильного коэффициента &t и уменьшения

жению температуры отвода тепла (в пределедо t = /B= const), т. е. следует стремиться к снижению разностей температур 0о— U и t —

—tB. Однако в процессах теплообмена температуры хладагента t0

иt невозможно поддерживать практически равными температурам 0о и tB, так как это резко снизило бы интенсивность перехода тепла и увеличило бы поверхность, размеры, массу, металлоемкость

истоимость испарителя и конденсатора. Поэтому с теплопередачей при конечных разностях температур неизбежно приходится мирить­ ся. Для действительных машин наиболее выгодные разности тем­ ператур 0О—U и t—tB определяют специальными технико-экономи­ ческими расчетами.

Теплообмен при конечной разности температур приводит к вне­ шней необратимости цикла. Потери, вызываемые отклонением цик­ ла от обратимого, на рис. 2 изображены площадками, заштрихо­ ванными вертикально. Следовательно, переход от обратимого цик­ ла Карно к необратимому уменьшает холодильное действие на ве­ личину, эквивалентную нижней такой площадке, и увеличивает затрачиваемую работу на величину, эквивалентную сумме двух указанных площадок.

Обратимый цикл Карно позволяет подсчитывать ту наибольшую экономичность, которая вообще может быть достигнута при работе холодильной машины. Холодильный коэффициент действительных машин всегда значительно меньше, чем идеальной машины Карно. Любое отклонение от цикла Карно понижает экономичность рабо­ ты машины.

§ 2. ВОЗДУШНЫЕ КОМПРЕССОРНЫЕ ХОЛОДИЛЬНЫЕ МАШИНЫ

Хладагентом в таких машинах служит воздух, поэтому они и называются воздушными. Применение безвредного, бесплатного, всегда в изобилии имеющегося хладагента — воздуха — основное преимущество рассматриваемых машин.

Схема воздушной компрессорной холодильной машины изобра­ жена на рис. 3. На рис. 4 показаны совмещенные теоретические ин­ дикаторные диаграммы компрессора и расширителя, а также цикл воздушной машины в координатах Vp.

Помещение 0/7 охлаждается холодным воздухом. Проходя че­ рез него, воздух нагревается, а помещение охлаждается. Для ох­ лаждения воздуха используют процесс адиабатного расширения его

9

в паровой поршневой машине, перемещая поршень, который своим шатунным механизмом помогает двигателю вращать вал. Так как при выходе из расширительного цилиндра воздух имеет более низ­ кую температуру (г^), а следовательно, и меньший объем, чем при входе в компрессор, диаметр расширительного цилиндра ока­

гателю лишь часть той работы, которая затрачивается на сжатие воздуха в компрессоре.

Расширительный цилиндр снабжен отсекательным золотником, позволяющим изменять его степень наполнения (обычно равную 0,2-1-0,4) и таким путем легко регулировать температуру холодно­ го воздуха ti в широких пределах, до —110°С (что, кстати, явля­ ется одним из преимуществ воздушных машин).

Как компрессор, так и расширитель всасывают и выталкивают воздух при неизменных давлениях (ро и р ). При наполнении и опо­ рожнении количество воздуха в обоих цилиндрах меняется. Поэто­ му на индикаторных диаграммах (ем. рис. 4) линии всасывания а-1, Ь-3 и выталкивания 2-Ь, 4-а не изображают термодинамические процессы. Термодинамическими будут лишь процессы адиабатного сжатия и расширения 1-2 и 3-4 (в которых количество воздуха остается неизменным). Площадь теоретической индикаторной диа­ граммы компрессора a-l-2-b в некотором масштабе характеризует работу /к, поглощаемую компрессором, а площадь диаграммы де­ тандера Ь-З-4-а — работу /р, возвращаемую расширительным ци­ линдром. Разность этих двух площадей, т. е. площадь 1-2-3-4, оп­ ределяет работу I, затрачиваемую двигателем: 1— 1к—/Р.

Объем воздуха, поступающего в помещение, определяется отрез­ ком 4-а, а выходящего из него, — отрезком а-1. Объем увеличился потому, что воздух нагрелся. Если отнести линию 4-1 к охлажда­ емому помещению, то при установившейся работе машины она будет соответствовать термодинамическому изобарному процессу нагревания воздуха.

При температуре конца сжатия t2 воздух занимает объем, опре­ деляемый отрезком 2-Ь, а после охлаждения в холодильнике — от­ резком Ь-3. Линия 2-3, отнесенная к холодильнику, изображает тер­ модинамический изобарный процесс охлаждения воздуха.

Таким образом, теоретический цикл воздушной машины 1-2-3-4

воздушной машины процессы теплообмена являются изобарными,

11

Карно.

Воздушные холодильные машины имеют еще один большой не­ достаток. Теплоемкость воздуха при постоянном давлении очень мала: ср= 0,24 ккал/кг-С. Поэтому для обеспечения заданной холодопроизводительности через машину приходится пропускать в единицу времени громадное количество воздуха. Вследствие этого она получается громоздкой, тяжелой, металлоемкой и, следователь­ но, дорогой.

Исторически воздушные машины первыми нашли применение на судах. Однако в связи с низкой экономичностью и громозд­ костью уже в конце прошлого века они были почти полностью вы­ теснены паровыми компрессорными машинами; обладающими более высокими холодильными коэффициентами. Воздушные ма­ шины применяют в машиностроении для термической обработки металлов холодом — для обработки режущего инструмента с целью повышения его износоустойчивости, для закаливания метал­ лов, осуществления холодных посадок втулок, валов и т. п.

В последние годы в связи с развитием турбокомпреосоростроения появилась тенденция к возрождению воздушных холодильных машин, так как замена поршневых механизмов турбинными уменьшает размеры и массу этих машин. Принцип действия турбовоздушной машины ничем не отличается от принципа работы поршневой машины.

Быстроходность двигателя и является причиной значительного уменьшения размеров и массы турбовоздушной машины по срав­ нению с поршневой. Однако воздушная машина в турбинном испол­ нении по-прежнему остается неэкономичной.

§ 3. ПАРОВЫЕ КОМПРЕССОРНЫЕ ХОЛОДИЛЬНЫЕ МАШИНЫ

Схема и принцип действия машины. Паровые машины работа­ ют на легкокипящих веществах (аммиаке, фреонах и др.), чтобы изобарные процессы теплообмена в холодильных аппаратах сде­ лать в большой степени изотермическими. Возвращение к изотер­ мическим процессам — основное преимущество паровой машины по сравнению с воздушной, позволяющее получать высокие холо­ дильные коэффициенты &t-

В паровых машинах тепло подводится к хладагенту от воздуха охлаждаемого помещения и отводится от него забортной водой (или окружающим воздухом) в конденсаторе при фазовых пре­ вращениях агента (кипении и конденсации). Таким образом, в от­ личие от цикла воздушной машины, где агрегатное состояние аген­ та не меняется, в цикле паровой машины хладагент непрерывно

переходит из жидкого состояния в парообразное и из парообразно­ го в жидкое.

12