- •Розділ 3 холодильне устаткування
- •3.1. Фізичні основи і технічні засоби одержання низьких температур
- •3.1.1. Фізичні принципи одержання низьких температур
- •3.1.2. Охолодження водяним льодом
- •3.1.3. Льодосоляне охолодження
- •Характеристика льодосоляної суміші (NaCl)
- •Характеристика сумішей солі й льоду
- •3.2. Вибір альтернативних холодоАгентів
- •3.3.Теоретичний і дійсний цикл парової холодильної машини
- •3.3.1. Теоретичний цикл
- •3.3.2. Дійсний цикл
- •3.3.3. Основи теорії холодильних машин
- •3.3.4. Побудова циклу в діаграмах lgP-і
- •3.4. Енергетичні втрати в компресорі
- •3.4.1.Термодинамічні процеси і оборотний цикл
- •З рівняння (3.26) випливає, що
- •3.5. Компресори холодильних машин
- •3.5.1. Сальникові компресори
- •3.5.2. Безсальникові компресори
- •18 Маслорозбризкувальний диск; 19 трубка для подачі мастила
- •3.5.3. Герметичні компресори
- •3.5.4. Екрановані герметичні компресори
- •3.6. Теплообмінні апарати
- •3.6.1. Конденсатори
- •Де 1 і2 температурний напір на початку і в кінці теплообміну, к.
- •3.6.2. Конденсатори з повітряним охолодженням
- •3.6.3. Розрахунок і підбір конденсаторів
- •3.6.4. Камерні батареї
- •3.6.5. Розрахунок і підбір камерних батарей
- •3.6.6. Повітроохолоджувачі
- •3.6.7. Розрахунок і підбір повітроохолоджувачів
- •3.6.8. Система відтавання випарників та повітроохолоджувачів
- •3.7. Зміна властивостей харчових продуктів під час їхньої обробки і зберігання
- •3.7.1. Регулювання параметрів середовища, що відводить тепло, при холодильній обробці і збереженні продуктів
- •3.7.2. Вплив зміни температури середовища, що відводить тепло, на умови холодильного зберігання продуктів
- •3.7.3. Сталість температури в охолодженому об’ємі
- •3.8. Регулювання температури повітря в охолоджуваному об’ємі
- •3.8.1. Прилади автоматичного регулювання температури повітря у торговому холодильному устаткуванні
- •Автоматичне регулювання кількості рідкого холодильного агента, що подається у випарник
- •3.8.2. Прилади непрямого регулювання температури повітря в охолоджуваному об’ємі
- •3.8.3. Сучасні тенденції розвитку засобів автоматизації холодильних машин торгового холодильного устаткування
- •3.9. Холодильні агрегати
- •Основні типи холодильних агрегатів
- •Герметичні агрегати
- •Напівгерметичні агрегати серії віск
- •Агрегати carrier
- •3.10. Торгово-технологічне холодильне устаткування
- •3.10.1. Вітрини холодильні
- •3.10.2. Прилавки та прилавки-вітрини
- •Морозильний прилавок crystal
- •Вітринний холодильний прилавок фірми byfuch
- •Вітринний прилавок фірми byfuch
- •Вітринний прилавок lws
- •Технічні дані
- •Вітринний кондитерський прилавок
- •Технічні дані
- •Холодильний стелаж Kühlregal
3.3.3. Основи теорії холодильних машин
Холодильні машини бувають поршневі, компресійні, турбокомпресорні, абсорбційні, пароежекторні, повітряні й термоелектричні.
У харчовій промисловості, торгівлі і ресторанному господарстві знайшли застосування переважно компресійні, а також абсорбційні холодильні машини.
На рис. 3.5 наведена принципова схема компресійної парової холодильної машини, що складається з компресора, конденсатора, випарника і регулюючого вентиля. Рідкий холодильний агент кипить у випарнику при зниженій температурі і тиску. Компресор безупинно відсмоктує пари, що утворилися, і знижує їхній тиск. Тепло від охолоджуваного приміщення або апаратів поглинається холодильним агентом у вигляді схованої теплоти випару.
Компресор
Конденсатор
Охолоджуване
приміщення
Регулювальний
вентиль (РВ)
Рис. 3.5. Принципова схема парової компресійної холодильної машини
Компресор стискає пари холодильного агента до тиску, при якому його температура насичення стає вищою за температуру навколишнього середовища. Тепло від конденсатора буде переходити у навколишнє середовище. Пари, віддаючи тепло, конденсуються. Рідкий холодильний агент після конденсатора подається через регулювальний вентиль у випарник за рахунок різниці тиску між ними. У випарнику він знову кипить, перетворюючись у пару, і весь цикл починається заново.
Процес роботи компресійної парової холодильної машини наведений у тепловій діаграмі з координатами: тиск lgp по осі ординат і ентальпія (тепломісткість) і – по осі абсцис (рис. 3.6). На діаграмі нанесені дві пограничні криві: ліва (нижня) – лінія насиченої рідини з паровмістом х=0 і права (верхня) – лінія сухої насиченої пари з паровмістом х = 1. Між верхньою і нижньою прикордонними кривими знаходиться зона вологої пари, що є сумішшю рідини із сухою насиченою парою. У цій зоні 0 х 1. Праворуч від верхньої пограничної кривої лежить область перегрітої пари, а ліворуч від нижньої – область переохолодженої рідини. Обидві пограничні криві сходяться у точці, вище якої зникає розходження між парою і рідиною. Ця точка називається критичною.
Якщо 1 кг переохолодженої рідини нагрівати, тобто збільшувати її ентальпію, зберігаючи при цьому постійний тиск, то процес можна виразити в діаграмі і, lgp горизонтальною прямою лінією (рис. 3.6). Додавання тепла до переохолодженої рідини спричинить підвищення її температури до точки насичення 3’. Після цього почнеться часткове випаровування рідини, що буде відбуватися доти, доки вся рідина не перетвориться в суху насичену пару (точка 2’). Подальше підведення тепла призведе до перегрівання пари. При охолодженні перегрітої пари, тобто при зменшенні ентальпії, відбувається перехід її в насичену, а потім у рідину. Теоретичний процес роботи парової компресійної машини у діаграмі і, р зображений на рис. 3.6.
Насичена, а частіше перегріта пара (точка 1), що утворилась у випарнику стискується компресором з тиску р0, що відповідає температурі кипіння у випарнику t0, до тиску конденсації рк, що відповідає температурі конденсації tк. Процес стиснення в компресорі для теоретичного циклу приймається адіабатичним, тобто відбувається без теплообміну з навколишнім середовищем. Практично цей теплообмін завжди присутній і тому процес стиснення відхиляється від адіабатичного.
Рис. 3.6. Теоретичний процес роботи парової компресійної
холодильної машини в діаграмі і, р
Гарячі пари холодильного агента, стиснуті компресором (точка 2), надходять у конденсатор, де тепло виводиться охолоджуваною водою або повітрям. Перегріта пара охолоджується, конденсується, при цьому отримана рідина також трохи переохолоджується (точка 4’). Процес дроселювання рідини від тиску конденсації рк до тиску кипіння ро відбувається по лінії постійної ентальпії (лінія 4’–5), тобто ентальпії холодильного агента в точках 4’–5 рівні між собою. Відбувається часткове випаровування рідини, тому у випарник входить суміш пари з рідиною.
Кількість тепла, віднятого від охолоджуваного об’єкта одним кілограмом холодильного агента, тобто кількість отриманого холоду, складає
кДж/кг (3.12)
Робота теоретичного компресора з адіабатичним стисненням буде дорівнювати
, кДж/кг (3.13)
Кількість тепла, відведена в конденсаторі (див. рис. 3.7),
кДж/кг (3.14)
Це рівняння теплового балансу будь-якої компресійної холодильної машини: кількість тепла, відведена в конденсаторі холодильної машини, дорівнює кількості тепла, отриманого від охолоджуваного об’єкта у випарнику, плюс тепловий еквівалент роботи, витраченої у компресорі.
Показником, що характеризує економічність холодильної машини, є холодильний коефіцієнт, що дорівнює відношенню отриманої холодопродуктивності до витраченої роботи:
(3.15)
На величину холодильного коефіцієнта суттєво впливає режим роботи холодильної машини.
Якщо підвищувати тиск конденсації рк, то відбудеться збільшення відрізка 1–2 (див. рис. 3.6), а отже, і роботи компресора L.
Оскільки кількість отриманого холоду qо залишається без змін, то холодильний коефіцієнт, а отже, і економічність машини, зменшиться.
У такий спосіб для підвищення економічності холодильної машини доцільно підтримувати температуру, а отже, і тиск конденсації на якомога низькому рівні.
Якщо знижувати тиск кипіння р0, то збільшиться і відрізок 1–2 (див. рис. 3.6), у той час як відрізок 5–1, що визначає кількість отриманого холоду, практично майже не зміниться. У цьому випадку холодильний коефіцієнт також зменшиться.
Отже, для підвищення економічності необхідна якомога більш висока температура кипіння.
Якщо при тих же температурах конденсації і кипіння збільшувати переохолодження рідини після конденсатора, то точка 5, а з нею і точка 4’ перемістяться вліво. Це дасть збільшення відрізка 5–1 при тій же величині відрізка 1–2. При рівній роботі компресора збільшується кількість отриманого холоду, що призводить до підвищення економічності холодильної машини. Отже, переохолодження рідини після конденсатора завжди доцільне.
Розрахунок теоретичного циклу холодильної машини зводиться до визначення теоретичної холодопродуктивності 1 кг холодильного агента qо, питомої холодопродуктивності Кт, кількості циркулюючого холодильного агента G, величини роботи адіабатичного стиснення l та інших величин.
Якщо питома годинна холодопродуктивність холодильної машини Q0 визначена відповідно до формули (3.12) холодопродуктивністю 1 кг холодильного агента, то можна обчислити і кількість робочого тіла, що проходить через циліндр компресора
кг/год (3.16)
Величина роботи адіабатичного стиснення в циліндрі компресора на 1 кг холодильного агента визначається за формулою (2); адіабатична потужність стиснення на 1 кг холодильного агента в годину становитиме
кВт, (3.17)
де 860 – чисельна величина теплового еквівалента 1 кВт/год, тобто кількість тепла, еквівалентна роботі, зробленій за 1 годину машиною потужністю 1 кВт.
Годинний обсяг парів Vh , всмоктуваних компресором холодильної машини, визначають як відношення годинної холодопродуктивності до об’ємної холодопродуктивності агента
м3/год (3.18)
Об’ємною холодопродуктивністю називається холодопродуктивність парів холодильного агента на 1 м3, усмоктуваних у циліндр компресора холодильної машини. Чисельна величина об’ємної холодопродуктивності дорівнює відношенню холодопродуктивності 1 кг холодильного агента до питомого обсягу його парів перед компресором:
(3.19)
Об’ємна холодопродуктивність будь-якого робочого тіла визначається умовами термодинамічного циклу (температурами кипіння, переохолодження і конденсації усмоктуваних парів). Теоретична холодопродуктивність компресора дорівнює добутку обсягу усмоктуваних парів холодильного агента за годину Vh на об’ємну холодопродуктивність qо:
(3.20)
Однак зі зміною температурного режиму циклу об’ємна холодопродуктивність змінює своє значення: зі зниженням температури кипіння вона зменшується внаслідок зменшення питомої ваги усмоктуваних парів, а з підвищенням – збільшується. Отже, при незмінному обсязі усмоктуваних парів вагова кількість холодильного агента і холодопродуктивність компресора повинні змінюватися.
Залежно від температури кипіння і температури переохолодження значення об’ємної холодопродуктивності для різних холодильних агентів наводяться у таблицях.
Теоретична індикаторна потужність машини обчислюється за формулою
кВт, (3.21)
де Кт – теоретична питома холодопродуктивність, обумовлена як добуток теплового еквівалента (860 кВт/год) на холодильний коефіцієнт ε циклу:
(3.22)