Пароэжекторные холодильные машины эхм 5

Пароэжекторные холодильные машины

В пароэжекторных холодильных машинах энергия, затрачиваемая на осуществление холодильного цикла, вводится в виде тепла. Практически в качестве хладагента в пароэжекторных холодильных машинах используют воду, хотя возможно применение и других холодильных агентов.

Пароэжекторные холодильные машины используют обычно для охлаждения воды в различных производствах и установках кондиционирования воздуха, вакуумного охлаждения пищевых продуктов и т. д.

В пароводяных эжекторных машинах, так же как и в бромисто-литиевых, через испаритель циркулирует охлажденная вода, являющаяся одновременно рабочим телом и хладоносителем. Охлаждение воды происходит путем ее частичного испарения, при этом скрытая теплота парообразования отводится от основной массы воды, поступающей в испаритель через регулирующий вентиль. Из конденсатора в испаритель возвращается конденсат, компенсирующий испарившуюся часть воды.

Отсос паров воды из испарителя пароэжекторных машин происходит за счет кинетической энергии струи пара, расширяющегося в особом аппарате — струйном эжекторе.

Поскольку рабочим телом пароэжекторных холодильных машин служит вода, в них можно получить относительно высокие температуры (не ниже 5÷7°С).

Для получения 1000 ккал холода необходимо испарить 1,68 кг воды, однако при глубоком вакууме, который приходится поддерживать в испарителе пароэжекторной машины, удельный объем паров резко возрастает (при +5° С он составляет 147, м 3 /кг). Ни один компрессор не мог бы отсосать такие большие объемы пара, поэтому вода, несмотря на прекрасные термодинамические свойства, не применяется в качестве рабочего тела компрессионных холодильных машин.

Рис. 88. Схема пароэжекторной холодильной машины:

Принципиальная схема пароводяной эжекторной холодильной машины дана на рис. 88. Рабочий пар из источника (парового котла) 1 поступает в главный эжектор 2, который увлекает (эжектирует) водяной пар, образовавшийся при кипении воды в испарителе 3. Смесь рабочего пара и увлеченного из испарителя холодного пара сжимается до давления конденсации за счет падения скорости движения паровой смеси в диффузоре. В конденсаторе 5 пар отдает тепло охлаждающей воде и конденсируется. Часть конденсата возвращается насосом 6 в источник получения рабочего пара — котел 1, а часть дросселируется в регулирующем вентиле 4 и направляется в испаритель 3, откуда охлажденная вода подается потребителям.

В термодинамическом отношении пароэжекторные холодильные машины менее совершенны, чем абсорбционные бромистолитиевые или компрессионные. Это объясняется низким к. п. д. эжекторов при сжатии пара. Недостатком этих машин является и то, что эжектор эффективно работает только при полной расчетной нагрузке, когда через него проходит строго определенное количество пара.

Расход рабочего пара давлением 6 ат на 1000 ккал холода составляет

6 кг, расход охлаждающей воды примерно в 4 раза выше, чем у компрессионных, работающих при такой же температуре испарения, поэтому применение пароэжекторных холодильных, машин оправдано при наличии, дешевого пара и достаточного количества воды.

Промышленностью выпускаются серийные водяные пароэжекторные холодильные машины производительностью от 0,3 до 2 млн. ккал/ч.

Различные пароэжекторные холодильные машины отличаются, в основном, конденсаторами. Они могут быть поверхностными и смешивающими.

В машинах с поверхностными конденсаторами пар отделен от охлаждающей воды трубками, образующими теплопередающую поверхность. Эти машины имеют относительно меньший вес и габариты и их можно устанавливать вблизи от потребителей холода.

В машинах с конденсаторами смешения конденсация происходит за счет прямого контакта пара с охлаждающей водой. Конденсат при этом не сохраняется, что вызывает дополнительные расходы на подготовку котловой воды.

Обратный холодильный цикл пароводяной эжекторной машины протекает в условиях глубокого вакуума.

Отношение давлений в эжекторе ограничено, и даже незначительное увеличение давления конденсации вызывает резкий рост расхода пара. Поэтому в рабочих схемах пароэжекторных машин (рис. 89) предусмотрены вспомогательные эжекторы 4, отсасывающие паровоздушную смесь в вспомогательные конденсаторы 5.

При использовании конденсаторов смешения их приходится располагать на определенной высоте с тем, чтобы обеспечить самотек в барометрические сборники, в которые стекает вода из конденсатора.

В условиях глубокого вакуума, а также на складах хладагентов для вакуумирования емкостей иногда применяют в качестве компрессоров первой ступени эжекторы.

Рис. 89. Пароводяная эжекторная холодильная машина 14Э:

Источник

ПАРОЭЖЕКТОРНЫЕ ХОЛОДИЛЬНЫЕ МАШИНЫ

В качестве рабочего вещества используется вода и хладоны. Промышленное применение получили водяные ПЭХМ. Они широко применяется для работы составе систем кондиционирования воздуха на промышленных предприятиях. Эффективность ПЭХМ возрастает при используется для работы дешевых источников теплоты(отработавшего водяного пара).

Схема и принцип действия ПЭХМ

Г-парогенератор; Э- эжектор; К-конденсатор; -конденсатный насос; РВ- регулирующий вентиль; И- испаритель; -циркуляционный насос; ПХ- потребитель холода.

Рабочий пар с изонтропно расширяется в сопле эжектора до -1-2s.состояние пара на выходе из И—точка 9. в сопле потенциальная энергия раб пара преобразуется в кинетическую. Скорость пара значительно возрастает (до 1000 м/с). Струя раб пара эжектирует (увлекает) холодный пар из И и смешивается с ним в камере эжектора. Состояние смеси паров хар точка 3. Смесь поступает в диффузор эжектора, где происходит преобразование кинетической энергии струи в потенциальную. В результате скорость потока снижается, а давление изонтропно повышается от до —3-4s.

В цикле ПЭХМ можно выделить прямой (1-2s-3-4s-5-6-7-1) и обратный (9-3-4s-5-8-9) циклы.Цикл ПЭХМ=система совмещенных неразделимых процессов прямого и обратного циклов, т.е. в ПЭХМ совмещена пароэнергетическая установка (Г, КД, , Э) и холодильная машина (Э, КД, РВ, И). Для теоретического цикла можно условно заменить процесс сжатия смеси паров в Э—3-4s раздельными процессами сжатия рабочего пара и холодного пара. Это дает возможность представить прямой цикл как круговой процесс 1-11-5-6-7-1, обратный—9-10-5-8-9. Согласно теории совмещенных циклов процесс 2s-3-9—передача энергии прямого цикла обратному.

TS-диаграмма2

Процессы расширения 11-2s от до с последующим сжатием смешанного пара 3-4s от до выполняется для передачи работы прямого цикла обратному.Изображение цикла ПЭХМ в диаграмме имеет условный характер, т.к. в контуре Г-Э-КД-Г и контуре И-Э-КД-И циркулирует разное количество раб вещества. Если принять, что через И проходит 1кг раб вещества, я через Г а кг через Э и КД будет проходить (1+а) кг.а-кратность циркуляции, коэф удельного расхода пара ; — массовые расходы раб и холодного паров.а показывает сколько расходуется раб пара на 1 кг холодного.Принимаем, что работа прямого цикла передается обратному без потерь Энергетический баланс ; ; ; ; ; .Эффективность ПЭХМ может быть охарактеризована несколькими коэф.Энергетическая эф-ть хар-ся тепловым коэф тепловым эквивалентом работы насоса пренебрегают

Холодильный коэф , термодинамический КПД прямого цикла

Особенности действительного цикла пароэжекторной ХМ. Изображение действительного цикла в и диаграммах.

Особенности действительного цикла закл-ся в следующем:

1 в камере всасыв-ия эжектора поддерж-ся давление более низкое, чем в И-ле. Это необходимо для преодаления потоком хол. пара потерь давления на участке И-ль-камера всасыв-ия.

2 из-за трения как о стенки каналов, так и в самом потоке процессы расширения пара в сопле, пара, идущего из И-ля, сжатие смеси раб. и хол. паров происходит необратимо с возрастанием энтропии.

3 в камере смешения эжектора процесс смешения происходит необратимо с некоторым повышением давления.

Раб. пар в состоянии 1 подводится к соплу эжектора и расширяется в нем до р2

Процессы в эжекторе.

РС-рабочее сопло, ПК- приемная камера, КС-камера смешения, Д-диффузор.

Рабочее сопло Э-ра ПЭХМ выполняется по типу сопло Лаваля. Оно состоит из сужающейся и расширяющейся частей, разделенных коротким цилиндр-ким участком. В суж-ейся части скорость потока увел-ся до местной скорости звука в узком (критическом) сечении сопло. Эта скорость и соотв-щее ей давление наз-ся критическим. В расшир-ся части сопла происходит переход через скорость звука и дальнейшее ускорение потока с умен-ем давления. Раб. пар поступает в ПК с выс. скоростью (1000м/с) и эжектирует хол. пар, скорость которого значит-но меньше (100м/с). По мере удаления от сопла расход движущегося сверхзвукового потока возрастает за счет присоед-ия массы хол. пара. При этом потоки раб. и хол. паров внедряются друг в друга. На некот-ом расстоянии от сопла не возмущенные потоки раб. и хол. паров исчезают и все сечение камеры смешения заполняет смесь паров. Это сечение наз-ся граничным. Профиль скоростей в гранич. сечении измен-ся от очень малой у стенок камеры до максим-ой в центре потока. За граничным сечением начинается основной участок КС, на котором продолжается выравнивание скоростей потока по сечению. Далее поток поступает в диффузор, где кинетич-ая энергия потока превращ-ся в потенц-ую. В рез-те давление смеси паров умен-ся, а скорость падает. Если принебречь сопротивлением тракта, соедин-щего Э-р и КД-р, то давление на выходе из Э-ра принимается давлению конденсации.

АВХМ

В Г за счет подвода теплоты qГ от внешнего греющего источника кипит крепкий по аммиаку раствор. Из раствора выделяется более летучий аммиак. Пар аммиака поступает в КД, где за счет отвода теплоты внешним охлаждающим источником в количестве qК охлаждается и конденсируется. Образовавшаяся жидкость поступает в РВ2, дросселируется от давления в КД до давления в И и поступает в И. В И за счет подвода теплоты от охлаждаемого источника в количестве q0 кипит жидкий аммиак и образовавшийся пар направляется в А. Из Г слабый по аммиаку раствор поступает в РВ1, дросселируется до давления в А и направляется в А. Здесь слабый раствор поглощает пары аммиака, поступающие из И. Теплота абсорбции в количестве qА отводится внешним охлаждающим источником. Концентрация раствора в результате поглощения пара возрастает до крепкого раствора, который забирается насосом и подается в Г.

Для построения цикла необходимо по известным параметрам внешних источников определить возможные параметры раствора в узловых точках цикла как для жидкой, так и для паровой фаз. Температурный режим работы АВХМ определяется тремя независимыми параметрами внешних источников: 1) Высшей температурой греющего источника th1; 2) Низшей температурой охлаждающей среды tW1; 3) Низшей температурой охлаждаемого хладоносителя tS2. По th1 находят высшую температуру кипения раствора в Г (на выходе из Г): t2 = th1 – Δth, (Δth ≈ 10°С). По tW1 находят давление и температуру конденсации: tK = tW1 – ΔtK, (ΔtK ≈ 5°С), далее, используя таблицы со свойствами чистого аммиака, находим PK = f(tK). Наличие в парах аммиака паров воды снижает PK, но использование таблиц свойств чистого аммиака дает некоторое завышение PK в запас и к ошибке не приводит.

Подача охлаждающей среды в КД и А может осуществляться параллельно и последовательно сначала в КД, затем в А. Параллельная подача: по tW1 находим низшую температуру раствора при абсорбции пара в А (t4 = tW1 + ΔtA). Последовательная подача: tW2 = tW1 + ΔtW, ΔtW – нагрев воды в КД (ΔtW = 2 ÷ 5°С). Далее t4 = tW2 + ΔtA.

Построение цикла. На диаграмме отмечают РK и Р0 для паровой и жидкой фаз раствора. На пересечении t4 и Р0 = РА находят положение т.4 в области жидкости. Т.4 имеет параметры t4, Р0 = РА, ξR, h4. Т.4 характеризует состояние крепкого раствора на выходе из А. Изменением энтальпии раствора при прохождении насоса пренебрегают. В Г раствор подогревается до равновесного состояния т.10 (t10, РК, ξR, h10), а затем кипит при РК = Рh (процесс 102). Т.2 (t2, PK, ξA, h2), характеризующую состояние раствора в конце процесса кипения, находят на пересечении t2 и PK в области жидкости. Состояние пара, равновесного жидкости в начале процесса кипения, характеризуется т.1′ (t10, РК, h1′), а состояние пара, равновесного жидкости в конце процесса кипения (т.2), характеризуется т.2′ (t2, PK, h2′). Положение т.1′ и т.2′ находят, используя вспомогательную линию изобары РК в области пара. Эти точки лежат на пересечении t10 и t2, проведенных в области влажного пара, и линии PK для сухого насыщенного пара. Считают, что из Г выходит пар, равновесный среднему состоянию раствора в процессе кипения: ξm = (ξA + ξR) / 2. Положение т.5′ (t5, PK, ξ d, h5′) находят с помощью вспомогательной линии изобары PK в области паровой фазы. Эта точка лежит на пересечении t5, проведенной в области влажного пара, и линии PK для сухого насыщенного пара. Пар с состоянием 5′ поступает в КД, где конденсируется за счет охлаждения внешним охлаждающим источником (процесс 5’6). Жидкость, состояние которой характеризуется т.6 (t6, PK, ξ d, h6), дросселируется в РВ2 от PK до Р0 и в состоянии влажного пара поступает в И. Так как при дросселировании энтальпия не меняется, то состояние влажного пара будет характеризоваться т.7 (t7, P0, ξ d, h6), совпадающей на диаграмме с т.6. Влажный пар при P0 состоит из жидкости (т.70 (t7 = t70, P0, h7)) и пара (т.7′ (t0, P0, h7′)). Положение т.70 находят на пересечении t0 и P0 в области жидкости. Положение т.7′ находят на пересечении t0, проходящей в области влажного пара через т.7, и изобары P0 для сухого насыщенного пара. В И за счет подвода теплоты от охлаждаемого источника жидкость в состоянии 70 кипит (процесс 7080), температура при этом меняется от низшей t0 до высшей t8. Положение т.80 (t8, P0, h80), характеризующей состояние жидкости в конце процесса кипения, находят на пересечении t8 и P0 в области жидкости. Т.8′ (t8, P0, h8′), характеризующая состояние пара, равновесного жидкости в конце процесса кипения, находится с помощью вспомогательной линии изобары P0 в области паровой фазы. Считают, что из И выходит влажный пар, состояние которого характеризуется т.8 (t8, P0, ξ d, h8). Т.8 лежит на пересечении t8 в области влажного пара и линии постоянной концентрации ξ d. Слабый раствор из Г (т.2) дросселируется в РВ1 от Ph до PА и поступает в А. Поскольку при дросселировании энтальпия не меняется, то т.3 (t30, PА, ξА, h3′), характеризующая состояние влажного пара после дросселирования жидкости, на диаграмме совпадает с т.2. Влажный пар при P0 состоит из жидкости (т.30 (t30, PА, h30)) и насыщенного пара (т.3′ (t30, PА, h3′)). Положение т. 3′ и т.30 находят методом последовательных приближений. Т.30 лежит на пересечении t30, проведенной в области влажного пара, и P0 для насыщенной жидкости. Т.3′ лежит на пересечении t30, проведенной в области влажного пара, и P0 для насыщенного пара. В А при давлении PА происходит поглощение пара раствором (процесс 304). Концентрация раствора увеличивается до ξR.

Тепловой расчет простейшей АВХМ

Пренебрегая тепловым эквивалентом работы насоса, тепловой баланс:

Допустим в конденсаторе конденсируется G (кг/с) пара, а в генератор поступает F (кг/с) крепкого раствора. Тогда количество слабого раствора на выходе из генератора составит (G–F) кг/с. Это же количество раствора поступает в абсорбер, где в результате поглощения G пара из испарителя образуется F крепкого раствора. Если пренебречь тепловым моментом работы насоса, то тепловой баланс машины можно записать так:

Тепловой баланс машины, отнесенный к одному кг пара, сконденсированного в конденсаторе, можно написать так:

Если расход раствора, циркулирующего через абсорбер и генератор, отнести к расходу пара, конденсирующегося в конденсаторе, то получим кратность циркуляции (кг/кг).Материальный баланс генератора по аммиаку может быть записан в виде равенства: ;

где – количество аммиака, поступающего с крепким раствором; – количество аммиака, отводимое с 1 кг пара; – количество аммиака, отводимое со слабым раствором. Отсюда: ;

Для определения удельных тепловых потоков составим тепловые балансы аппаратов:Тепловой баланс генератора: Отсюда: В испарителе кипит 1 кг вещества. Количество подведенной от внешнего охлаждаемого источника теплоты может быть определено как разность значений энтальпий вещества на выходе из аппарата и на входе в него:

Тепловой баланс машины, отнесенный к 1 кг пара, сконденсированного в конденсаторе, можно написать так:

Количество отведенной теплоты в конденсаторе определяется разностью значений энтальпий в начале и конце процесса конденсации. Так как в аппарате сжижается 1 кг пара, то: ;В абсорбер поступает (f–1) кг слабого раствора из генератора с энтальпией и 1 кг влажного пара из испарителя с энтальпией . Выходит из аппарата f крепкого раствора с энтальпией . Из теплового баланса аппарата: Тепловой эквивалент работы насоса: Насос водоаммиачного раствора перекачивает f жидкости из абсорбера в генератор. Определив удельный объем раствора можно подсчитать работу насоса: где давление конденсации и кипения.Тепловой коэффициент тепловой машины: .

АБХМ

Из Кд жидкость в сост. 3 через гидравл. затвор поступает в И. Учитывая, что в процессе дросселир-ия энтальпия не меняется, на входе в И х/а состояния 3 будет представлять собой влажный пар, состоящий из насыщенного пара т. ) и насыщенной жидкости т.1 ( ). Положение точек 1 и находят на пересечении изобары в области жидкости и вспомогат. линии в области пара с линией .

Источник