Исследование цикла паровой компрессорной холодильной установки.

Парокомпрессорная установка-установка, сжатие влажного пара в которой осуществляется с помощью компрессора.

Сжатый в компрессоре 3 до давления р1 влажный пар поступает в охладитель

(конденсатор) 4, где за счет отдачи теплоты охлаждающей воде происходит конденсация пара. Процесс конденсации происходит по изобаре-изотерме 4—1, так что из конденсатора выходит жидкость в состоянии насыщения, соответствующем точке 1 на Т, s-диаграмме. В случае, когда процесс отвода теплоты происходит по изотерме, разность температур конденсирующегося пара и охлаждающей воды может быть весьма малой.

Жидкость при давлении р1 и температуре Т1 (точка 1 на T, s-диаграмме,

см. рис. 13.10) направляется в дроссельный (или, как иногда говорят, редукционный) вентиль 1 (см. рис. 13.9), где она дросселируется до давления р2.

Из редукционного вентиля выходит влажный пар при температуре Т2 и с малой степенью сухости. Необратимый процесс дросселирования в редукционном вентиле изображен в Т, s-диаграмме линией 1-2 (напомним, что, поскольку, строго говоря, необратимые процессы не могут быть изображены в диаграммах состояния, изображение линии расширения при дросселировании в Т, s-диаграмме является условным).

По выходе из редукционного вентиля влажный пар направляется в помещенный в охлаждаемом объеме испаритель 2 (рис. 13.9), где за счет теплоты, отбираемой от охлаждаемых тел, содержащаяся во влажном паре жидкость испаряется; степень сухости влажного пара при этом возрастает. Изобарно-изотермический процесс подвода теплоты к хладагенту в испарителе от охлаждаемого объема изображается в T, s-диаграмме на рис. 13.10 линией 2-3. Давление р2 выбирается таким образом, чтобы соответствующая этому давлению температура насыщения была несколько ниже температуры охлаждаемого объема. В отличие от детандера редукционный вентиль позволяет осуществлять плавное регулирование температуры в охлаждаемом объеме посредством изменения степени открытия редукционного вентиля, обусловливающей давление и температуру влажного пара в испарителе. Из испарителя пар высокой степени сухости направляется в компрессор, где он адиабатно сжимается от давления р2 до давления р1. В процессе адиабатного сжатия [линия 3-4 в T, s-диаграмме (см. рис. 13.10)] степень сухости пара возрастает, так что из компрессора выходит сухой насыщенный пар. Обычно пар после охлаждаемого объема сепарируется, в результате чего влага отделяется и в компрессор поступает сухой насыщенный пар; это приводит к повышению внутреннего относительного КПД компрессора. Заметим, что в разных режимах работы установки возможны случаи, когда состояние пара, выходящего из компрессора, может оказаться как в области насыщения, так и в области перегрева(рис. 13.11). Затем пар направляется в конденсатор 4, и цикл замыкается. Рассмотренный цикл отличается от обратного цикла Карно только тем, что охлаждение хладагента

от температуры Т1 до температуры Т2 вместо обратимой адиабаты расширения в детандере (1-A в Т, s-диаграмме на рис. 13.10) происходит по необратимой адиабате расширения в дроссельном вентиле 1-2. Необратимость процесса дросселирования приводит к некоторому уменьшению холодопроизводительности цикла по сравнению с обратным циклом Карно. В самом деле, из рис. 13.10 видно, что количество теплоты q2, отбираемой от холодного источника (охлаждаемого объема) в цикле парокомпрессионной холодильной установки, изображается площадью а-2-3-b-а, тогда как количество теплоты q2, отбираемой в обратном цикле Карно, осуществляемом в тех же интервалах температур и энтропии, изображается большей площадью с-A-3-b-c.

Цикл этой установки в Т, s -диаграмме представлен на рис.13.15. В этой Т, s-диаграмме изображены двухфазная область жидкость — пар (c-k-d-c) и двухфазная область твердая фаза — пар (a-b-c-d-e), разделенные изотермой тройной точки Ттр.т = const (прямая b-c-d). Линия a-b соответствует состоянию насыщения твердой фазы, а линия e-d — сухому насыщенному пару, находящемуся в равновесии с твердой фазой.

В этой диаграмме 1-2 — процесс дросселирования в редукционном вентиле (при переходе через температуру тройной точки линия 1-2 претерпевает излом; поскольку в двухфазной области αh =dT ⁄ dp, а в тройной точке наклон кривой сублимации отличен от наклона кривой кипения, происхождение этого излома очевидно); 2-3 —процесс, соответствующий отделению сухого насыщенного пара от твердой фазы; 3-4 —небольшой перегрев пара, обусловленный смешением сухого насыщенного пара с небольшим количеством вводимого в контур добавочного газа (этот газ обычно вводится при атмосферном давлении и температуре порядка 20 °С). Изоэнтропы 4-5, 6-7 и 8-9 соответствуют процессам сжатия в первой, второй и третьей ступенях компрессора, а изобары 5-6 и 7-8 — промежуточному охлаждению газа1). Линия 9-10-1 изображает изобарный процесс отвода теплоты в конденсаторе (здесь 9-10 — охлаждение газа до температуры насыщения и 10-1 — процесс конденсации. Следует заметить, что в современных установках предусматривается сжатие в каждой ступени до все больших температур (с промежуточным охлаждением). Процесс расширения организован также ступенчато.

В таких установках производится твердый диоксид углерода, имеющая температуру — 78,5 °С (теплота парообразования при этой температуре составляет 573 кДж/кг).

Твердый диоксид углерода известна под названием ≪сухой лед≫. Она находит особенно широкое применение в пищевой промышленности.