Порядок выполнения работы

В лаборатории студенты знакомятся с устройством и принципом действия одноступенчатой фреоновой холодильной установки на базе компрессора Danfoss SC 12CL, которая состоит из следующих элементов: компрессора, воздушного конденсатора, ресивера, терморегулирующего вентиля, соленоидного вентиля, фильтра-осушителя, вентиля шарового, реле давления, манометров высокого и низкого давления. Хладагент – фреон R 404.

Затем студенты выполняют принципиальную схему одноступенчатой фреоновой холодильной установки.

Далее необходимо включить холодильную установку и снять показания манометров на линии всасывания и нагнетания. Результаты измерений занести в протокол испытаний (табл. 1).

Таблица 1. Протокол испытаний

Давление, МПа		Температура, С
всасывания pвс	нагнетания pк	кипения t0	всасывания tвс	конденсации tк

После этого по исходным данным студенты строят lg p - i диаграмму цикла фреоновой холодильной установки в диаграмме для фреона R 404 и определяют ее основные характеристики.

Значения параметров узловых точек цикла записываем в виде табл. 2.

Таблица 2. Параметры узловых точек процесса

Параметр	Точки
	1	1'	2	3	3'	4
р, МПа
t, С
i, кДж/кг
, м3/кг

Расчетная часть

Удельная массовая холодопроизводительность q₀, кДж/кг

. (13)

Массовый расход рабочего вещества G_д, кг/с

, (14)

где Q₀ – холодопроизводительность установки при заданной температуре кипения, Вт.

Объемная действительная производительность компрессора V_д, м³/с

. (15)

Теоретический холодильный коэффициент

. (16)

Контрольные вопросы

1. Каково устройство и принцип действия одноступенчатой холодильной машины?

2. В чем отличие теоретического цикла работы холодильной машины от действительного?

3. Каким показателем определяется энергетическая эффективность холодильной машины?

4. С какой целью переохлаждают хладагент?

5. В каком устройстве осуществляется дросселирование хладагента?

Лабораторная работа № 3

Исследование работы двухступенчатой

фреоновой холодильной установки

Ц е л ь р а б о ты : 1. Изучение устройства и принципа действия двухступенчатой фреоновой холодильной установки.

2. Приобретение практических навыков расчета основных характеристик двухступенчатой холодильной установки.

Р е к о м е н д у е м а я л и т е р а т у р а : [1, 3, 5].

Теоретические сведения

Основными параметрами, определяющими режим работы парокомпрессионной холодильной машины и ее рабочие характеристики, являются вид хладагента и его температуры кипения t₀ и конденсации t_к.

Температура кипения t_к и соответствующее ей давление кипения p₀ зависят, главным образом, от температуры среды t_хс охлаждаемой холодильной машиной. Охлаждаемой средой может быть воздух (в домашних холодильниках, камерах хранения, аппаратах для охлаждения и замораживания продуктов), когда испаритель находится непосредственно внутри охлаждаемого объекта. Такая система называется системой непосредственного охлаждения. В холодильных машинах с промежуточным хладоносителем охлаждаемой средой является жидкий хладоноситель (вода, рассол и др.).

Таким образом, температура кипения определяется требуемой температурой охлаждаемой среды. Для хранения охлажденных пищевых продуктов температура охлаждаемой среды t_хс с должна быть в пределах 2…4 °С (она не может быть ниже 0 °С), для хранения замороженных продуктов – не выше -10 °С (обычно -15...-20 °С), для замораживания пищевых продуктов требуется t_хс=-30...-40 °С.

Температуры кипения t₀ и конденсации t_к, диапазон возможных значений которых весьма широк, существенно влияют на основные характеристики машины: холодопроизводительность, потребляемую мощность, холодильный коэффициент, надежность и долговечность.

Наибольшее влияние на них оказывает температура кипения. Рассмотрим это более подробно.

На рис. 4 на lg р - i диаграмме показан цикл 1-2-3-4 одноступенчатой холодильной машины, работающей при давлениях кипения p₀ и конденсации р_к, которым соответствуют температуры кипения t₀ и конденсации t_к.

Если температура кипения понижается до значения t_0а, удельная массовая холодопроизводительность, как видно из диаграммы, уменьшается (q_0a=i_1a"-i_4a).

i, кДж/кг

Рис. 4. Изменение цикла холодильной машины с понижением температуры кипения

Это объясняется тем, что при дросселировании до более низкого давления р_0a (процесс 3-4а) хладагент поступает в испаритель с большим содержанием пара (x_4a>х₄).

Удельная работа сжатия компрессора с понижением температуры кипения увеличивается (l_a=i_2a-i_1a).

При этом уменьшается удельная массовая холодопроизводительность компрессора (q_0км=i₁-i₄) и повышается температура сжатия пара в компрессоре (t_2a>t₂).

С понижением температуры и давления кипения увеличивается удельный объем всасываемого пара (v_1a>v₁), что приводит к существенному уменьшению удельной объемной холодопроизводительности компрессора q_vкм.

Таким образом, с понижением температуры кипения:

- уменьшается холодопроизводительность машины; снижается ее энергетическая эффективность, так как уменьшается значение холодильного коэффициента ε=q₀/l;

- ухудшаются рабочие характеристики компрессора, так как с увеличением отношения давлений p_к /p_о и их разности p_к-p_о растет нагрузка на механизм движения и повышается температура сжатия.

К аналогичным отрицательным последствиям приводит повышение температуры конденсации и соответствующего давления конденсации. Кроме того, увеличивается нагрев компрессора и потребление электроэнергии. Однако, если понижение температуры кипения на 1 °С уменьшает холодопроизводительность машины на 4…5 %, то повышение температуры конденсации на 1 °С снижает ее всего на 1...2 % (в зависимости от типа холодильной машины и условий ее работы).

Отрицательных последствий влияния большого значения отношения р_к/р₀ на характеристики холодильной машины можно избежать заменой одноступенчатого рабочего цикла многоступенчатым. Считается, что переходить к многоступенчатому сжатию следует, если р_к/р₀ >8.

Наиболее распространены двухступенчатые холодильные машины, создающие необходимые условия для холодильной обработки и хранения замороженных пищевых продуктов.