18 Компрессоры

Компрессором называется машина для сжатия газов со степенью по­вышения давления более 1,1. Если степень повышения меньше 1,1, то этот" компрессор называется вентилятором, В паровой компрессионной машине компрессор является наиболее сложным элементом, с помощью которого от­сасывается пар холодильного агента из испарителя, производиться сжатие ен нагнетание в конденсатор. Отсасывая пар холодильного агента из испарителя, он поддерживает требуемое давление в испарителе и тем самым требуемую температуру кипения холодильного агента. При сжатии увеличи­вается внутренняя энергия холодильного агента, повышается его температу­ра. Это обеспечивает передачу энергии в конденсаторе в окружающую среду. По способу выполнения процесса сжатия компрессоры делятся на две группы:

кинетического сжатия (инерционные), в которых сжатие происходит при принудительном движении газа;

объемного сжатия, в которых сжатие газа происходит за счет сокращения объема, где находится газ.

Принципиальная схема компрессоров первой группы приведена на рис. 2.14.

К объемным компрессорам относятся ротационные, винтовые, порш­невые. Схемы ротационных и винтовых компрессоров приведены на рис. 2.12,2.13..

Указанные выше компрессоры имеют ряд достоинств и используются в некоторых типах холодильных машин Более широко в холодильных ма­шинах используются поршневые компрессоры, которые классифицирую гея по многим признакам. По этим признакам маркируют компрессоры: по холо­дильному агенту - аммиачные - А, фреоновые - Ф, углекислотные - У; по числу ступеней сжатия - одно- и двухступенчатые - Д; по характеру охлаж­дения - водяные, воздушные и парами холодильного агента; по числу цилин­дров - одно-, двух- и многоцилиндровые; по расположению цилиндров - го­ризонтальные - Г, вертикальные - В, У-образные - У, УУ-образные - УУ, оппозитные - О (см. рис. 2.15); по характеру движения паров- прямоточные и непрямоточиые; по области применения - стационарные й транспортные.

На железнодорожном транспорте широко распространены бескрейц-копфные компрессоры. Рассмотрим конструкционное устройство и принцип действия компрессора (рис.2.16).

9

Основы теории паровой компрессионной холодильной машины

Чтобы охладить тело, надо его энергию передать другому телу. Но в этом случае температура охлаждаемого тела сразу же понизится, в сравнении с тем телом, которому пытается передать энергию. Согласно первому закону термодинамики, энергия может изменить форму, но уничтожить ее нельзя. Но в процессе охлаждения превратить отнимаемое тепло в другую форму энергии невозможно. Следовательно, передать энергию в результате прямого контакта от холодного тела более теплому невозможно. Возникает необхо димость использовать какое-то третье тело (хладагент), которое воспринима­ло бы тепло от охлаждаемого тела, при этом температура хладагента должна быть ниже охлаждаемого тела. Эту энергию хладагент должен передать на­греваемому телу (как правило, окружающей среде) <и при этом хладагент должен быть более теплым, чем окружающая среда. Естественно, что для пе­ревода хладагента с низкого энергетического уровня (в момент контакта с охлаждаемым телом) на высокий энергетический уровень (в момент контакта с окружающей средой) необходимо затратить работу 1 (энергию). В этом и заключается принцип действия холодильной машины, показанный на рис. 2.7.

Совокупность процессов, которые при этом осуществляет хладагент (отбор тепла, нагрев, отдача тепла, охлаждение), называется холодильным циклом. Всякая холодильная машина является тепловым насосом, так как служит для «перекачивания» тепла с низкого температурного потенциала на более высокий. В отличие от других насосов, она отдает тепла qк больше, чем получает, так как работа l, затраченная на ее действие, превращается в тепло, которое отводится при высокой температуре вместе с теплом q0, взятым от охлаждаемой среды:

Холодильный коэффициент:

Это отношение должно быть больше единицы. Теория холодильных машин рассматривает условия, при которых коэффициент может иметь наи­большее значение, что свидетельствует об экономичности их работы.

Цикл паровой компрессионной холодильной машины изображают обычно на диаграммах T-S или P-i (рис. 2.8), которые представляют совокуп­ность кривых, выражающих термодинамические процессы, что позволяет находить значения параметров в любой точке рассматриваемого холодильно­го процесса. На

диаграмме T-S по оси абсцисс откладывают энтропию S, а по оси ординат - абсолютную температуру Т; на диаграмме P-i по оси абсцисс -теплосодержание (энтальпию), а по оси ординат - давление Р или для более компактного изображения lgP. На диаграммах наносят линии постоянных па-росодержаний X, а также линии, изображающие термодинамические процес­сы: изотермы, изобары, адиабаты, изоэнтальпии и изохоры. Обе диаграммы имеют пограничные кривые: левая характеризуется состоянием насыщенной жидкости (паросодержание X = 0), а правая состоянием сухого насыщенного пара (X = 1). Между пограничными кривыми расположена область влажного пара - 2. Левая кривая отделяет область переохлаждённой жидкости - 1, а правая - область перегретого пара - 3.

Под энтропией S понимают отношение ничтожно малого тепла Aq, со­общенного телу (или отнятого от него) в процессе изменения его состояния, к приращенной температуре At:

Для каждого вещества это отношение является постоянной величиной, поэтому ее приняли в качестве критерия оценки теплового состояния веще­ства. Энтропия в тепловых явлениях играет такую же роль, как заряд в элек­трических процессах. Значение ее можно рассматривать как термический за­ряд, в этом состоит физический смысл.

Теоретический процесс паровой холодильной машины, имитирующий обратный цикл Карно, приведен на рис. 2.9 в координатах T-S. Он протекает в области влажного пара между пограничными кривыми, так как только в этой области изобары совпадают с изотермами. Тепловой цикл состоит из двух изотерм 4-1 и 2-3 и двух адиабат 1-2 и 3-4. Тепло, подведённое к холо­дильному агенту от охлаждаемой среды То, выражается площадью и для цик­ла Карно составляет:

Работа, затрачиваемая на перевод холодильного агента с низкого энер­гетического уровня на высокий (на сжатие), в этом случае составит:

Холодильный коэффициент:

Последнее уравнение показывает, что холодильный коэффициент не зависит от свойств холодильного агента, а определяется только температура­ми окружающей среды То и тела, которое воспринимает тепло Тк. Чем выше температура охлаждаемой среды, тем больше холодильный коэф­фициент. Следовательно, для достижения высокого значения холодильного коэффициента следует работать при высокой температуре То и низкой Тк

11