Розрахунок теоретичного і дійсного циклів холодильної машини.

Побудова теоретичного циклу зводиться до визначення параметрів холодоагенту, - описанню в тепловій діаграмі опорних , характерних точок циклу, і графічному зображенню процесів, що протікають в елементах машини. Розрахунок теоретичного циклу заключається у визначенні кількості підведеного і відведеного в циклі тепла (при постійному тиску) і до надходженню кількості тепла, що отримується внаслідок стискання пари холодоагенту в компресорі.

Основними параметрами холодоагенту є тиск, температура, питомий об’єм, ентальпія та ентропія. На діаграму Т-S(рис.5.1) наносять лінії постійних ентальпія. Тоді підведене і відведене тепло в процесі постійного тиску, а також робота компресора при адіабатному стисненні визначаються різницею ентальпія початку і кінця процесів.

На рис. 5.2. теоретичний цикл суміщений з дійсним циклом холодильної машини. Заданими величинами для теплового розрахунку теоретичного циклу є: годинна холодопродуктивність машини Q₀ (кВт), температура кипіння холодоагенту t₀, температура конденсації t_k, температура перед регулювальним вентилем t_u (⁰ С). По заданим температурам t_k і t ₀ знаходять тиск конденсації р_к і кипіння р₀. Використовуючи значення температур і тисків, наносять характерні точки циклу на теплову діаграму і визначають необхідні параметри холодоагенту.

Розрахунок теоретичного циклу починають з нанесення лінії заданої температури кипіння t₀=const, яка в області вологої пари співпадає з лінією тиску у випарнику р₀ = const. На пересіченні цієї лінії з правою пограничною кривою діаграми lq p-ізнаходиться точка 1, що відповідає постуванню в компресор сухої пари (х=1). Для цієї точки по допоміжним лініям діаграми знаходять тепловміст і та питомий об’єм v пари холодоагенту.

Потім проводять лінію адіабатного стиснення пари холодоагенту в компресорі до пересічення з лінією постійного тиску в конденсаторі р_к , що відповідає заданій температурі t_k та знаходять точку 2. Ця точка циклу характеризує на діаграмі витиснення стисненої пари холодоагенту з компресора в конденсатор. В точці 2 по ізотермі визначають температуру перегріву пари і по відповідним лініям, що проходять через цю ж точку, - тепловміст та питомий об’єм пари холодоагенту.

Різниця тепловмістів і₂-і₁(відстань між точками 1-2 по горизонталі) являє собою теоретичну роботу компресорів (кДж/кг), витрачену на стиснення 1 кг пари холодоагенту l= і₂-і₁.

В подальшому робочому процесі пара холодоагенту охолоджується і конденсується при постійному тиску (процес 2-3). Різниця тепловмістів і₂-і₁ (відрізок 2-3) визначає кількість тепла, яке потрібно відвести в конденсаторі від кожного кілограму пари холодоагенту, - q_k=i₂-і ₃.

Параметри стану рідкого холодоагенту, що направляється з конденсатора до регулювального вентиля, характеризується на тепловій діаграмі точкою 3, яка лежить на лівій пограничній кривій. Сама точка 3 визначається тиском або температурою конденсації холодоагенту.

В процесі дроселювання холодоагенту в регулювальному вентилі (процес 3-4) тепловміст робочого тіла не змінюється, - і₃-і₄.

Параметри паро рідинної суміші холодоагенту після дроселювання відповідають точці 4 (пересічення ізоентальпи ізобарою р₀). Точка 4 визначає в теоретичному циклі початок кипіння холодоагенту у випарнику при постійних тиску і температурі. Кипіння холодоагенту продовжується до тих пір, поки вся рідина не перетвориться в пару (х=1), - коли процес закінчиться в точці 1. У випадку вологого ходу компресора (х 1) точка й буде знаходитися лівіше правої пограничної кривої, але також на прямій лінії ізотерми t₀ (ізобари р₀).

При всмоктуванні компресором перегрітої пари холодоагенту точка 1” буде лежати правіше правої пограничної кривої на пересіченні ізобари з ізотермою t_в, що відповідає конкретній температурі всмоктування.

Різниця тепловмістів і₁-і₄ (відрізок 1-4) представляє собою питому теоретичну холодопродуктивність (кДж/кг), яка реалізується в теоретичному циклі холодильної машини. Це те тепло, яке віднімається від середовища охолодження, її називають питомою масової холодопродуктивністю : q₀=i₁-i₄.

Для підвищення холодопродуктивності машини використовують переохолодження рідкого холодоагенту нижче температури його конденсації при заданому тиску, - охолодження холодоагенту до температури t_u . В цьому випадку масова холодопродуктивність q₀ визначається різницею тепловмістів i₁-i₄, (точка 4” відповідає параметрам р₀, t_u). При цьому кількість тепла, що відводиться від 1 кг рідкого холодоагенту в пере охолоджувачі, виразиться різницею тепловмістів q₀=i₃-і_3”.

Кількість G (кг/год) циркулюючого в системі холодильної машини холодоагенту, що потрібен для забезпечення заданої холодопродуктивності Q₀ (кВт), визначається:

G=3600*Q₀/q₀ = 3600*Q₀/(i₁-i₄)/

Об’єм холодоагенту (м³/год), що циркулює в холодильній машині, складає V=G*u₁,

де u₁ – питомий обєм пари холодоагенту (м³/кг), що всмоктуються компресором (знаходять по діаграмах або таблицях).

Масова q₀ і об’ємна q_u холодопродуктивностіі холодоагенту пов’язані залежністю:

Q₀ = q_u*u₁абоq_u = q₀/u₁ = (i₁-i₄)/u₁

q_{u –} холодопродуктивність 1 м³ холодоагенту, кДж/м³.

Об’єм холодоагенту, що циркулює в системі, можна визначити за допомогою об’ємної холодопродуктивності: