4.1.4 Циклы холодильных машин

66. Воздушная холодильная машина должна обеспечить температуру в охлаждаемом помещении t_охл = 5°С при температуре окружающей среды t₀ = 20°С. Холодопроизводительность машины 840 МДж/ч. Давление воздуха на выходе из компрессора р₂ = 0,5 МПа, давление в холодильной камере р₁ = 0,1 МПа.

Определить мощность двигателя для привода машины, расход воздуха, холодильный коэффициент и количество теплоты, передаваемое окружающей среде. Подсчитать холодильный коэффициент машины, работающей по циклу Карно, в том же интервале температур. Представить цикл в Т,s −диаграмме.

67. Определить мощность двигателя холодильной машины, если температура охлаждаемого помещения t_охл = −10°С, температура окружающей среды t₀ = 25°С при холодопроизводительности 600 МДж/ч. Максимальное давление воздуха на выходе из компрессора р₂ = 0,5 МПа, давление в холодильной камере р₁ = 0,1 МПа. Представить цикл в T, s − диаграмме.

68. Воздушная холодильная машина производит лед при температуре −3°С из воды с температурой 10°С. Всасываемый в компрессор воздух имеет температуру t₁ = −10°С, давление р₁ = 0,098 МПа и сжимается до давления р₂ = 0,4 МПа. Затем воздух поступает в холодильник и там охлаждается до t₃ = 20°С. Расход воздуха равен 1000 м³/ч при нормальных условиях. Определить холодильный коэффициент , мощность, потребную для привода компрессора, и количество полученного в час льда.

69. Воздушная холодильная машина производит 198 кг/ч льда при −6°С из воды, температура которой 12°С. Воздух в компрессоре сжимается от давления р₁ = 0,0981 МПа до р₂ = 0,5 МПа. Определить часовой расход воздуха и потребную для данной машины мощность.

70. Воздушная холодильная установка имеет холодопроизводительность 840 МДж/ч. Параметры воздуха на выходе из холодильной машины: р₁ = 0,1 МПа и t₁= −3°С. После сжатия воздух имеет давление 0,4 МПа. Температура окружающей среды 20°С.

Определить температуру воздуха после расширения, мощность компрессора и детандера, холодильный коэффициент. Определить холодильный коэффициент обратного цикла Карно в том же интервале температур.

71. Паровая компрессорная холодильная установка, схема которой представлена на рис. 40, в качестве рабочего тела использует диоксид углерода. Компрессор К всасывает насыщенный пар и изоэнтропно сжимает его, превращая в сухой насыщенный пар при давлении, соответствующем температуре конденсации t₂ = 20°С. Из компрессора диоксид углерода поступает в конденсатор В, где при постоянном давлении превращается в жидкость, после чего расширяется в расширительном цилиндре до давления, соответствующего температуре испарения t = −10°С. При этой же температуре диоксид углерода поступает в охлаждаемое помещение, где, забирая теплоту от охлаждаемых тел, испаряется, образуя влажный пар со степенью сухости х₁. Определить удельную холодопроизводительность холодильной установки, теплоту, отданную в конденсаторе, работу, затраченную в цикле, и холодильный коэффициент.

Рис. 40. Паровая компрессорная холодильная установка

72. Компрессор К холодильной установки (рис. 41) всасывает пар фреона-12 при t₁ = −15 °С и степени сухости x₁ = 0,972 и изотропно сжимает его до давления, при котором степень сухости х₂ = 1. Из компрессора фреон-12 поступает в конденсатор В, где охлаждается водой с температурой на входе t_1в = 12°С_, а на выходе t_2в = 20°С. В дроссельном вентиле Д жидкий фреон-12 дросселируется до состояния влажного насыщенного пара, после чего направляется в испаритель А, из которого выходит со степенью сухости х₁. Теплота, необходимая для испарения фреона-12, подводится из охлаждаемой камеры.

Определить теоретическую мощность двигателя холодильной установки, часовой расход фреона-12 и охлаждающей воды, если холодопроизводительность установки Q₀ = 200 МДж/ч.

Использовать [1, табл. 25] или таблицы приложения.

Рис. 41. Холодильная установка

73. Компрессор аммиачной холодильной установки имеет теоретическую мощность 40 кВт. Из компрессора сухой насыщенный пар аммиака при температуре t₂ = 25°С направляется в конденсатор, после которого жидкость в дроссельном вентиле расширяется. Температура испарения аммиака в охлаждаемой среде t₁ = −10°С.

Определить холодопроизводительность установки. Использовать [1, табл. 24].

74. Холодильная установка, использующая в качестве холодильного агента фреон-12, работает с дроссельным вентилем. В компрессор подается насыщенный пар фреона-12 и сжимается до такого давления, при котором температура насыщения t_s’= 30°С и энтальпия h₂ = 592,4 кДж/кг. В конденсаторе пар изобарно охлаждается и затем конденсируется. После дросселирования пар отбирает теплоту из охлаждаемой камеры при t = −17°С. Холодопроизводительность установки Q_о = 500 МДж/ч.

Определить холодильный коэффициент цикла и теоретическую мощность двигателя компрессора.

75. В паровых компрессорных холодильных установках замена расширительного цилиндра дроссельным вентилем приводит к снижению холодопроизводителъности. Частично эта потеря может быть уменьшена путем переохлаждения жидкости до температуры меньшей, чем температура конденсации (рис. 42). Как показано на рисунке, конденсат переохлаждается до температуры t₅, которая ниже, чем температура конденсации t₄.

Определить холодильный коэффициент цикла, по которому работает холодильная машина на фреоне-12, и теоретическую мощность двигателя у компрессора, если известно: холодопроизводительность установки Q_о = 600 МДж/ч; начальное состояние фреона определено параметрами t₁ = −15°С и x₁ = 1; температура конденсации t₃ = 30^оС; температура перед дроссельным вентилем t₅ = 25°С.

Рис. 42. Цикл установки к задаче 75

76. Сравнить холодопроизводительность, холодильный коэффициент и теоретическую мощность двигателя холодильной установки, работающей без переохлаждения, с теми же параметрами установки, в которой производится переохлаждение конденсата. Компрессор всасывает сухой насыщенный пар фреона-12 при температуре −10°С и сжимает его изоэнтропно до давления 0,5 МПа. Пройдя через конденсатор и переохладитель, пар превращается в жидкость с температурой 10°С. Холодопроизводительность Q_о = 600 МДж/ч. При помощи таблиц перегретого пара фреона-12 найдена энтальпия перегретого пара h₂ = 587,3 кДж/кг.

77. В аммиачной холодильной установке влажный пар аммиака при t₁ = −5°С и x₁ = 0,95 изоэнтропно сжимается до тех пор, пока не становится сухим насыщенным. После этого он поступает в конденсатор, где превращается в жидкость, а затем переохлаждается до tз = 10°С. После дросселирования пар подсушивается, отбирая из охлаждаемого объекта теплоту, наконец, снова поступает в компрессор. Холодопроизводительность установки Q_о = 800 МДж/ч.

Определить холодильный коэффициент и сравнить его с холодильным коэффициентом цикла Карно для того же интервала температур.

78. Современные электрогенераторы работают с применением водородного охлаждения. Циркулирующий в системе охлаждения водород может быть использован как рабочее вещество в схеме теплового насоса (рис. 43).

Каков отопительный коэффициент этой установки,если давление водорода в системе охлаждения генератора постоянно:

р₁ = р₄ = 0,097 МПа, а температуры в точках 1, 3 и 4 указаны на схеме. Каково давление водорода р₂, поступающего в теплообменник. Теплоемкость с_Р водорода считать не зависящей от температуры.

Рис. 43. Схема теплового насоса

79. Для отопления зданий может быть использована холодильная установка, в которой нижним источником теплоты служит окружающая среда. Этот принцип положен в основу работы теплового насоса. В результате его работы теплота передается источнику теплоты с более высокой температурой, чем окружающая среда.

Сколько можно получить теплоты в час для отопления здания при помощи теплового насоса, если температура охлаждающей среды t_о = −5°С, температура нагревательных устройств t_н = 25°С. Мощность двигателя компрессора N = 15 кВт. Принять, что установка работает по циклу, изображенному на рис. 40. Холодильный агент — аммиак.