книги / Техническая термодинамика.-1
.pdfРис. 86. Схема (а) и цикл парогазовой установки (б)
электростан ц и й д ости гает 30 - 40 %. На его в е л и ч и н у осн овн ое в л и я ние о к а зы в а ет тер м и ч еск и й КПД паротурби н н ого ц и к л а .
Расчет ц и к л а АЭС о су щ ествл яется по тем ж е ф орм улам , что и расчет ц и к л а Р ен к и н а .
П арогазовы й ц и к л
С ущ ественного у в е л и ч е н и я эф ф екти вн ости и сп о л ьзо ван и я теплоты
м ож но дости чь та к ж е п у тем к о м б и н и р о ван и я газо - и п аротурбинной
у стан о во к . О дн а и з т а к и х сх ем п р и вед ен а н а рис. 86, а. В оздух п одает
ся ко м п р ессо р о м К |
в т о п к у п ароген ератора ПГ. П родукты |
сго р ан и я с |
|
тем п ературой 700 - |
750 *С п осле п ароген ератора поступаю |
т в газовую |
|
турби н у |
72. Т ак и м |
об разом , то п к а п ароген ератора служ |
и т к ам ер о й |
сгоран и я |
газо в о й турб и н ы 72. П редварительны й н агр ев |
ко н д ен сата, |
поступаю щ его в п ароген ератор (процесс 3 - 4 , рис. 86, б), п р о и зво д и тся
вы хлоп н ы м и газам и га зо в о й турби н ы (процесс d - |
о) в |
п о д о гр евател е |
||
ГВ. В |
эти х у с л о в и я х |
эф ф екти вн о и сп о л ьзу ется |
теп лота отх о д ящ и х |
|
после |
п ар о ген ер ато р а |
га зо в , а та к ж е у л у ч ш ается |
и сп о л ьзо ван и е |
теплоты , о тво д и м о й от вы х л о п н ы х га зо в газо во й турбины . Г енери
руем ы й у с та н о в к о й пар о су щ ествл яет ц и к л паротурбинной у стан о вк и
(ц и к л Р ен ки н а).
К ом би н и рован н ы й ц и к л , в к о то р о м совм ещ ены , по -сущ еству, д в а
р азд ел ьн ы х сам о сто ятел ьн ы х ц и к л а ftapo- и газотурби н н ы х у стан о во к , н азы в ается бинарны м .
П арогазовы й ц и к л и м еет |
п реи м ущ ество п ер ед |
обы чны м |
паротур |
||
бинны м |
ц и к л о м , п о с к о л ь к у |
в га зо в о й |
турби н е, |
служ ащ ей |
в е р х н е й |
ступенью |
би н арн ого ц и к л а , и сп о л ьзу ется |
б о л ее в ы с о к а я тем п ер ату р а |
рабочего те л а (процесс b - с), чем. в ц и к л е ПТУ. П реим ущ ество п арога зо во го ц и к л а п ер ед газо вы м состоит в том , что в п ар о во м ц и к л е ,
служ ащ ем низш ей ступенью бинарного ц и к л а , во зм о ж н о и сп о л ьзо ва ние более н и зк о й тем пературы хо л о д н о го и сточн и ка, чем в ГТУ. Т ак , в
газотурби н н ой ц и к л е тем п ер ату р а вы х л о п н ы х га зо в |
со ставл я ет |
~ 1 5 0 *С, а в паротурбинном тем п ер ату р а ко н д ен сац и и - 3 0 °С. |
|
Расчеты показы ваю т, что к о м б и н и р о ван н ая п а р о га зо в а я |
у с та н о в к а |
м ож ет д ать эконом ию то п л и в а д о 15 %> по сравнению с паротурби н н ой
той ж е м ощ ности. На Т - |
s-ди аграм м е (см . рис. 86, б) к о н ту р |
3 - 4 - |
|
5 - 1 - 2 - 3 п р ед ставл яет собой п аровой ц и к л , a a - b - |
с - d |
- ц и к л |
|
газо во й турбины . |
|
|
|
Рассмотренны й п рим ер |
естествен н о н е исчерп ы вает |
в о зм о ж н ы х |
|
ком би н ац и й разли чн ы х рабочи х тел . В озм ож ны к о м б и н ац и я |
ц и к л о в |
н а в о д я н о м п аре и п ар ах д р у ги х ж и д ко стей , и сп о л ьзо ван и е в к а ч ес тв е
.рабочих тел п ар о газо вы х см есей и т.д .
Г л а в а 1 1 . ЦИКЛЫ ХОЛОДИЛЬНЫХ УСТАНОВОК
В ы работка и скусствен н ого х о л о д а и тран сф орм ац и я теп лоты с б о л ее
н и зк о го тем п ературн ого у р о в н я н а |
более вы соки й н ах о д ят ш и р о к о е |
|
п ри м ен ен и е в разли чн ы х о тр асл ях |
пром ы ш ленности . Т еп л о вы е |
м а |
ш ины , предн азн ачен н ы е д л я дости ж ен и я тем пературы тел н иж е, |
ч ем |
у окруж аю щ ей с р е д а , и н еп реры вн ого п о д д ерж ан и я этой тем п ературы , назы ваю т х олод и льн ы м и у стан о вк ам и . М аш ины, п редн азн ачен н ы е д л я
п о д д ерж ан и я |
задан н ого п ром еж уточного |
тем пературного у р о в н я в |
системе д в у х |
и сточн и ков с тем п ературам и |
Tv и Т2, назы ваю т тран с |
ф орм аторам и теп ла. Т еп ловы е н асосы 1 служ ат д л я п ереноса теп л о ты от окруж аю щ ей среды к си стем ам с более вы сокой тем п ературой .
В х о л о д и льн ы х |
у стан о в к ах |
и теп л о вы х |
н асосах |
о су щ ествл яется |
|
п ер ех о д |
теп лоты от тел, м ен ее |
нагреты х, к |
тел ам , |
более н агреты м , |
|
которы й |
я в л я е т с я |
н есам оп рои эвольн ы м процессом |
и, согласн о в т о |
ро м у за к о н у тер м о ди н ам и ки , требует ком п ен сац и и . Т ак и м к о м п е н
сирую щ им |
процессом я в л я е т с я |
п ревращ ен и е работы в теп л о ту , |
в |
результате |
чего о су щ ествл яется |
п ер ех о д теп лоты от го р яч его т е л а |
к |
х о лод н ом у . Д остигается это при соверш ении рабочим тел о м обратн ого ц и к л а, ко н ту р которого о б х о д ят п роти в часовой стр ел ки .
1 Теплота не является материальной субстанцией, которую можно ”первкачивать”, и поэтому термин тепловой насос является несколько условным и не должен вызывать ассоциаций с насосом, перекачивающим жидкость.
11.1. ПЕРВЫЙИ ВТОРОЙ ЗАКОНЫ ТЕРМОДИНАМИКИ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ОБРАТНЫМ ЦИКЛАМ
При |
тер м о д и н ам и ч еск о м |
ан али зе |
работы |
хол о д и льн ы х |
м аш ин |
и спользую тся те ж е м етоды , что и при ан ал и зе д ви гател ей . |
|
||||
В со о тветстви и со вторы м |
зак о н о м |
тер м о ди н ам и ки лю бая |
х о л о |
||
д и л ьн ая |
м аш и н а д о л ж н а и м еть д в а и сточ н и ка |
теплоты^ (холодны й и |
горячий) и р аб очее тел о , соверш аю щ ее обратны й ц и к л . Т аки м образом , х о л о д и л ь н ая м аш и н а, п о -сущ еству, п р ед ставл яет собой обращ енны й теп ловой д в и гател ь .
На рис. 87, о п р ед ставл ен п р о и зво льн ы й обратны й ц и к л в д и агр ам м е
Г - s. Т еп л о та |
q 2 п о д во д и тся |
к |
раб о чем у тел у |
(процесс а - |
b - |
с) от |
||||||||||||
н и зко тем п ер ату р н о го |
и сто ч н и ка . В ы сокотем п ературн ом у |
и сточн и ку |
||||||||||||||||
о тво д и тся |
теп л о та |
q lt |
э к в и в а л е н т н а я п лощ ади |
c - |
d |
- o |
- |
e |
- / и |
|||||||||
р авн ая |
су м м е |
абсолю тной вел и ч и н ы |
работы ц и к л а |
/0 = q Q (площ адь, |
||||||||||||||
о гр ан и чен н ая |
к о н ту р о м |
ц и к л а) |
и п о д вед ен н о й |
теп лоты q 2 |
(площ адь |
|||||||||||||
с - d - a |
- |
е - |
/): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
<?! = Я2 + *о- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(405) |
||
Это |
в ы р аж ен и е |
п р ед ставл я ет собой |
у р авн ен и е |
п ервого |
за к о н а |
|||||||||||||
тер м о д и н ам и к и |
п ри м ен и тельн о |
к |
обратном у |
ц и к л у холод и льн ой |
||||||||||||||
м аш ины . |
Т а к а я |
зап и сь |
у д о б н а |
тем , |
что |
в |
н ее в х о д я т абсолю тны е |
|||||||||||
вел и ч и н ы |
| q t I, | /0 1, \ q 2 \, к а к это обы чно при н ято в теори и х о л о д и ль |
|||||||||||||||||
ны х м аш ин . Н ап ом н и м , |
что |
в |
соответстви и |
с |
п ри н яты м |
п р ави л о м |
||||||||||||
зн а к о в |
/ 0 < 0, т а к |
к а к |
д л я |
о су щ ествл ен и я |
обратного |
ц и к л а |
нуж ны |
|||||||||||
затраты |
эн ерги и |
в |
ф орм е работы . О твед ен н ая теп лота |
так ж е |
отрица |
|||||||||||||
тел ьн а q t |
< 0. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
П олезны й эф ф ект, ко то р ы й д ает х о л о д и л ь н и к , - |
это н и зк и е тем п е |
ратуры , д л я д о сти ж ен и я ко то р ы х нуж н о отводи ть от систем ы теп л о ту
(на рис. 87, а п роцесс |
п о л у ч ен и я " х о л о д а ” а - b - |
с ) 1. В |
с в я зи с этим |
теп лота q 2, к о т о р ая |
в р езу л ьтате о х л аж д ен и я |
систем ы |
п о д во д и тся к |
рабочем у те л у в ц и к л е , н азы в ается у д ельн о й |
х олод оп рои звод и тель - |
ностью . О чеви дн о, ч ем больш е холод оп рои звод и тельн ость у стан о вк и
на ед и н и ц у затрач ен н ой м ех ан и ч еск о й энергии, тем вы ш е терм оди н а м и ч еск ая эф ф екти вн ость ц и к л а , к о то р ая о ц ен и вается вели ч и н ой
е “ Ч а |
^ о в<1зА<?1“ Чз)- |
(406) |
Эту |
х ар ак тер и сти к у |
обратного ц и к л а назы ваю т х о л о д и льн ы м |
коэф ф ициентом (е > 1). Второе р авен ств о в вы раж ен и и (406) п о л у чен о с у ч ето м ф орм улы (405).
1 Понятие "холод* связано с восприятием пониженных температур и не связано с какой-либо специфической формой энергии.
Рве. 87. Обратный цикл в координатах р —v (а) и T —s (б)
И сп ользуя, |
к а к и |
в |
сл у чае |
п рям ого ц и к л а, теорем у о |
средн ем |
|
(д2 = Т*2 A s, q x - T* |
I A s! ), вы р ази м холоди льн ы й коэф ф ициент ч ерез |
|||||
средн и е и н тегральн ы е |
тем п ературы |
п о д в о д а (Т*2) и о тв о д а (Т * ) |
||||
теп лоты в ц и к л е (см. рис. 87, а): |
|
|
|
|||
е = Г * /(Т * - |
Т*2). |
|
|
|
|
(407) |
Из вы р аж ен и я (407) |
ви д н о , |
что с |
ум ен ьш ен и ем разности |
ср едн и х |
тем п ератур растет холоди льн ы й коэф ф ициент, что о б у сл о в л ен о умень*
ш ением работы ц и к л а I /0 I . Х олодильны й |
коэф ф ициент обратн ого |
ц и к л а л егк о связать с терм и чески м КПД п рям ого: |
|
e = ( I - î h ) / î l f. |
(408) |
Эта ф орм ула п ол езн а тем , что п о зво л яет, |
р асп о л агая вы р аж ен и ем |
терм и ческого КПД ц и к л а теп л о во го д в и гател я , оценить эф ф екти вн ость холоди льн ой м аш ины , работаю щ ей по обратном у ц и к л у .
11.2. ОБРАТНЫЙЦИКЛ КАРНО. КЛАССИФИКАЦИЯ ХОЛОДИЛЬНЫХЦИКЛОВ
О братны й ц и к л К арно (см. рис. 87, б), к а к и п р ям о й , состоит и з д в у х
изотерм ( 2 - 3 |
п о д во д а и 4 - 1 |
о тв о д а теплоты ) и д в у х |
ад и аб ат ( 3 - 4 |
||
и сж ати я в J - |
2 расш и рен и я рабочего тела). |
|
|
|
|
И сп ользуя |
ф орм улы КПД ц и к л а К арно vfj$ = |
1 - |
T2/ T l t |
л е гк о |
|
п о л учи ть вы раж ен и е д л я х о л о д и льн о го коэф ф и ц и ен та |
|
|
|||
e (fc) = ( i - T](fc) ) / n f = Т2/(Т 2 - |
T J . |
|
|
(409 |
|
Х олоди льн ы й коэф ф и ц и ен т |
ц и к л а К арно н е |
зави си т от сво й ств |
|||
раб очего тел а . М ожно п о к азать, что хол о д и льн ы й |
ц и к л |
К арн о |
н аи б о |
лее эф ф ек ти вен по сравнению с лю бы м п рои звольн ы м ц и к л о м a - b - с - d — а, к о н ту р ко то р о го описан в о к р у г п р ям о у го л ь н и к а 1 - 2 - 3 - 4 - 1 (см . рис. 87, б). Т ак и м образом , теорем ы К арно имею т м есто и д л я обратного ц и к л а , поэтом у он, к а к и п р ям о й , и грает роль эталона.
П р акти ческое п ри м ен ен и е обратного ц и к л а К арно встречает те ж е трудности, что и п р ям о го .
Рабочие те л а х о л о д и л ь н ы х м аш ин назы ваю т холоди льн ы м и агрега там и. По ти п у и сп о л ьзу ем ы х х л ад аген то в хол о д и льн ы е у стан о вк и п од р аздел яю т н а д в е осн овн ы е группы : воздуш н ы е, в которы х х оло ди льн ы й аген т (в о зд у х ) н ах о д и тся в состоянии, д а л е к о м от насы щ е
ния; п ар о вы е, в к о то р ы х и сп о л ьзу ет пар разли чн ы х вещ еств с н и зк о й тем п ературой к и п е н и я . П аровы е хо л о д и льн ы е м аш ины м ож н о подраз
дели ть н а п ароком п рессорн ы е, |
пароэж екторн ы е и абсорбционны е. |
В н асто ящ ее в р е м я в с е б о л ее |
ш и рокое распространение получаю т |
хо л о д и льн ы е у стан о в к и , использую щ ие терм оэлектр и чески е и терм о
м агн и тн ы е эф ф екты . В ап п ар атах |
так о го типа холоди льн ы й |
аген т |
|
отсутствует. В н астоящ ей гл а в е м ы |
рассм отрим |
работу п ароком п рес |
|
сорной х о л о д и л ь н о й у стан о вк и . |
|
|
|
1U . ЦИКЛЫПАРОКОМПРЕССОРНОЙХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ |
|
||
П о ск о л ьк у обратны й ц и к л a - b |
- c - d - a |
(см . рис. 87, а) |
п ред |
ставл яет собой п о сл ед о вательн о сть |
п роц ессов |
расш ирения и сж ати я |
рабочего тел а, соп ровож даю щ и хся теп лообм ен ом , то схем а х о л о д и л ь ной у с та н о в к и д о л ж н а содерж ать те ж е сам ы е устройства, что и теп ло
вы е д ви гател и : |
к о м п р ессо р |
д л я |
сж ати я хол о д и льн о го |
агента; теп ло |
|
обм ен н и ки д л я |
о тв о д а теп лоты |
и з хол о д и льн о й к ам ер ы к рабочем у |
|||
тел у , а затем в окруж аю щ ую среду; расш ирительное устройство . |
|||||
М аш ины, |
п р и м ен яем ы е в |
х о л о д и л ь н ы х у стан о в к ах |
д л я сн и ж ен и я |
||
тем п ературы |
х л ад аген та в |
п роцессе его расш и рен и я |
с соверш ен и ем |
работы , н азы ваю т д етан д ер ам и . Д етандеры п одразделяю т н а порш не вы е и ту р б о д етан д ер ы . К о н стр у к ц и я п орш н евого д етан д ер а ан ало ги ч н а к о н стр у к ц и и порш н евого д в и га те л я , а турбодетан дера - турбины . П о ско л ьк у д етан д ер п р ед став л я ет собой д о во л ьн о слож н ое (и дорого стоящ ее) устрой ство, проц есс обратим ого расш и рен и я в н ем рабочего тел а зам ен яю т н еобрати м ы м ад и аб ати ч еск и м расш ирением в д россель ном ве н ти л е (дроссели рован и ем ). С одн ой стороны , это д ел ает у стан о в
к у д еш ев л е, с д р у го й , - |
у х у д ш ает ее терм оди н ам и ческую эф ф екти в |
ность, что о б у сл о в л ен о |
необратим остью процесса д р о ссел и р о ван и я . |
Т ем н е м ен ее, в и тоге это о к а зы в а ет ся вы годн ы м .
П ароком прессорная х о л о д и л ь н ая у стан о в к а |
|
|
|
||||
П ринц ипиальная |
сх ем а п ароком п рессорн ой |
у стан о вк и |
и зоб р аж ен а |
||||
н а рис. 88, о, |
ее и деальн ы й ц и к л в |
T - |
s*д и агр ам м е - |
н а рис. 88, б. |
|||
Н асыщ енны й |
пар |
н и эк о к и п ящ ей |
ж и д ко сти |
(хладаген та) |
ади абатн о |
||
сж и м ается ком п рессором К до д а в л е н и я р 2 (процесс 1 - |
2). Из к о м п р ес |
||||||
сора сж аты й перегреты й пар поступает в |
кон ден сатор, гд е при посто |
ян н о м д авл ен и и р х всл ед стви е о тво д а теп лоты q x охлаж даю щ ей в о д е
(процесс 2 - 2 ' - |
3) сн и ж ается |
тем п ература |
(процесс 2 - |
2 ') , а затем |
при постоянной |
тем п ературе |
насы щ енного п ара о су щ ествл яется |
||
п о л н ая ко н д ен сац и я п ара (процесс 2 ' - 3). |
|
|
||
Д л я д альн ей ш его сн и ж ен и я |
тем п ературы |
х л ад аген та |
м ож н о бы ло |
бы прим енить детан дер и осущ ествлять в нем ади абатн ое расш ирение
3 - 4 ' (с п рои зводством |
вн еш н ей работы |
за счет убы ли вн у тр ен н ей |
||
энергии). О дн ако более |
экон ом и чн о |
и сп ользовать |
вм есто д етан д ер а |
|
регулирую щ ий дроссельны й вен ти ль |
Д, в |
котором |
х л ад аген т п осле |
ко н д ен сатора дроссели руется с пониж ением д а в л е н и я и тем п ературы При постоянной энтальпии (h = const) (процесс 3 - 4 н а рис. 88, б). На
Г - s-диаграм м е процесс дроссел и р о ван и я, к а к |
необратим ы й, у сл о в н о |
п о к азан п ун кти ром . После дроссельного в е н т и |
л я (точка 4) о б р а зо в а в |
ш ая ся п арож и д костн ая см есь (влаж н ы й |
пар) с н и зкой тем п ер ату р о й |
||||
Т2 поступает по трубам в и спаритель И, |
которы й |
н ах о д и тся в |
х о л о |
||
ди льн ой к ам ер е X . В исп ари теле |
при постоянной тем п ературе |
Т2 и |
|||
д авл ен и и р 2 происходит п о д во д к |
р аб очем у тел у теплоты |
q 2, за счет |
|||
о х л аж д ен и я тел, н ах о д ящ и х ся в |
холоди льн ой |
к ам ер е |
(п олу ч ен и е |
холода). В резу л ьтате этого образуется пар при тем п ературе к и п е н и я
х л адеген та (процесс 4 - 1 ) . О бразовавш и й ся пар (точка 1) в н о в ь вса-
88. .Схема парокомпрессорной холодильной установки (а) и цикл в координатах T —s (б)‘‘
сы вается ко м п р ессо р о м и ц и к л зам ы кается . С ледует отм етить, что
хотя зам ен а д етан д ер а д россельн ы м вен ти лем упрощ ает конструкцию
устан овки и у д е ш е в л я е т ее стоим ость, в результате сниж ается |
холо- |
|||
доп рои заоди тельн ость |
у стан о вк и на |
вел и ч и н у , экви вален тн ую |
п ло |
|
щади 4 - 4 ’ - 3 ' - |
а - |
4, и всл ед стви е необратим ости процесса дроссе |
||
л и рован и я растет |
работа на сж атие |
и, следовательн о, ум ен ьш ается |
||
холодильны й коэф ф ициент. |
|
|
||
К оличество теплоты , о тведен н ой в |
кон ден саторе от рабочего |
тела |
охлаж даю щ ей ср еде при постоян н ом д авл ен и и , эк ви в ал ен тн о площ ади
2 - 3 - 3 |
’ - Ь - 2 и р авн о |
|
|
4 x s h 2 - h |
3, |
(410) |
|
у д ел ь н ая |
х л адо п р о и зво д и тел ьн о сть эк в и в ал ен тн а площ ади 4 - |
1 - |
|
Ъ - а - 4 |
|
|
|
4 2 = h i ~ |
h A = h i ~ h 3- |
(411) |
В вы р аж ен и и (411) учтен о, что эн тал ьп и я рабочего тел а до и после
д р о ссели рован и я о д и н а к о в а (h 3 = h 4). |
|
|
|
||
Х олодильны й коэф ф и ц и ен т пароком п рессорн ой у стан о вк и |
оп реде |
||||
л яется с у ч ето м вы раж ен и й (410) и (411) и им еет ви д |
|
|
|||
е = <72/ t a i - |
Я2) ■ f a i “ h 3)/(h 2 - |
h x). |
|
|
(412) |
З н ач ен и я |
эн тальп и й в этом |
вы раж ен и и |
определяю т и з |
таблиц |
|
тер м о ди н ам и ч ески х сво й ств х л ад аген та и ли |
по ди агр ам м ам |
T - |
s и |
||
h - <$ |
|
|
|
|
|
В п р а к ти к е п р о ек ти р о в ан и я |
х о л о д и льн ы х м аш ин п о л у чи л а |
рас |
пространение д и агр ам м а со сто ян и я р - h , построенная в полулогари ф
м и чески х к о о р д и н атах |
(на оси |
р |
вы бран |
логари ф м и чески й ' м асш таб, |
||||
т.е. ф ак ти ч еск и |
и сп о л ьзу ется систем а коорд и н ат lgp - |
h). Д иаграм м а |
||||||
удобна тем ,, что q lt q a и |
/0 изображ аю тся |
отр езкам и |
н а оси абсцисс. |
|||||
Ц икл п ароком п рессорн ой |
х о л о д и л ь |
|
|
|||||
ной |
у стан о в к и |
в д и агр ам м е |
р - |
h |
|
|
||
п р ед ставл ен н а |
рис. 89. |
О бозначения |
|
|
||||
х ар ак тер н ы х |
то ч ек |
ц и к л а |
соот |
|
|
|||
ветствую т д и агр ам м е T - s на рис. 88. |
|
|
||||||
Из |
д и агр ам м ы |
ви д н о , |
что |
q x |
» |
|
|
Ike. 89. Цикл парокомпрессоркой холодиль ной установки в координатах р - h
= ас, q 2 - |
ab , /0 * bc, гд е б у к в а м и обозначены дли н ы соответствую щ их |
о тр езк о в , |
п оэтом у х о лод и льн ы й коэф ф ициент о п р ед ел яется отнош е |
нием д ли н о тр езк о в е = q 2/ l Q = ab /b c . Л егко уб еди ться, что е растет при
у вел и ч ен и и тем п ературы в и спарителе и ее ум еньш ении |
в к о н д ен са |
торе. Б о л ее гл у б о к о е охлаж дение, треб ует больш их энергозатрат. |
|
Работа н а ад и аб ати ческое сж атие х о л о д и льн о го аген та в |
ко м п р ессо |
ре (процесс 1 - 2 ) р авн а |
|
4 c - / » - a - f o - < ! o - A a - * i . |
(413) |
П оскольку дроссели рован и е н е со п р о во ж д ается вн еш н ей работой, а
в и зобарн ы х |
процессах она р авн а |
нулю , то работа ц и к л а /0 |
р авн а |
||||||||||||
работе ком п рессора 1К(10 - /к = q 0). На д и а гр а м м е T - |
s этим вел и ч и н ам |
||||||||||||||
эк в и в ал ен тн а |
п лощ адь 1 - 2 |
- 3 |
- |
4” |
- 1 |
(к а к разность |
эн тальп и й |
||||||||
h 2 - |
h l , к аж д о й |
и з которы х |
э к в и в а л е н тн а |
площ адь под |
и зобарой ). |
||||||||||
С ледует отм етить, |
что при наличии |
в |
ц и к л е необратим ого процесса |
||||||||||||
д р о ссел и р о ван и я теп лота ц и к л а |
q Q |
= |
/0 |
н е |
и зображ ается |
площ адью , |
|||||||||
ограниченной ко н ту р о м ц и к л а 1 |
- 2 |
- 3 |
- 4 |
- |
1, а о к а зы в а ется боль |
||||||||||
ш ей вели чи н ой (площ адь 1 - 2 - 3 |
- |
4" |
- |
1 > |
площ ади 1 - 2 - 3 - 4 - 1 ) |
||||||||||
из-за необратим ы х потерь. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Т еорети ч еская |
мощ ность, н ео б х о д и м ая д л я |
п р и во д а ком п р ессо р а |
|||||||||||||
х о лод и льн ой у стан о вк и , м ож ет быть вы чи слен а по ф орм уле |
|
|
|||||||||||||
N = l0M * Q 2/ t , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(414) |
|||
|
* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
■ |
холод оп рои эвод и - |
||
гд е М - |
секу н дн ы й р асх о д х л адаген та; Q 2 = q 2M - |
||||||||||||||
тельность у стан о вк и . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Э ф ф ективность |
хо л о д и льн ы х у стан о во к зави си т |
от сво й ств |
х л а д а |
||||||||||||
ген тов, к которы м п р е д ъ я в л я е тс я р я д требований . |
|
|
|
||||||||||||
1. |
Д авлен и е |
насы щ енного |
п ара х л адаген та, |
соответствую щ ее тр е |
|||||||||||
буем ы м н и зк и м |
тем п ературам , д олж н о быть вы ш е |
атм осф ерного, так. |
|||||||||||||
к а к при этом |
л егч е бороться |
с у теч к о й |
х л ад аген та, чем |
с подсосом |
|||||||||||
в о зд у х а |
при |
в а к у у м е ; к р о м е |
того, |
попадаю щ ий в |
х л ад аген т |
в о з д у х |
|||||||||
сильно |
у х у д ш ает |
теп л о п ер едач у |
и |
содерж ит |
в чагу, к о то р ая |
м ож ет |
|||||||||
зам ерзать при н и зкой тем п ературе. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
2. Т еплота |
п ар о о б р азо ван и я г д о л ж н а быть |
по возм ож н ости боль |
ш ей, так к а к при одн ом и том ж е расходе х л ад аген та она о п р ед ел я ет хладоп рои зводи тельн ость у стан о вк и .
3. Х ладагенты н е д олж н ы о к азы в ать вр ед н о го д ей стви я н а зд о р о в ь е
ч ел о в ек а и не долж ны обладать корродирую щ им и свой ствам и .
Этим тр еб о ван и ям у д о в л етв о р я ет |
ам м и ак , п озволяю щ и й |
п ол у чи ть |
||||
достаточно вы со к и е |
хо л о д и льн ы е |
коэф ф ициенты |
и |
отн оси тельн о |
||
н евы со к и е д а в л е н и я в |
ц и к л е . О дн ако из-за токсичности |
в |
п о сл ед н ее |
|||
в р е м я вм есто него ш и рокое п ри м ен ен и е |
п ол у чи л и |
ф реоны |
- фторо- |
|||
хлор п р о и зво д н ы е . По тер м о ди н ам и ч ески м |
свой ствам ф реон -12 б л и зо к |
к ам м и ак у , о д н а к о из-за м еньш ей |
его теплоты |
парообразован и я тре |
||||||||||
буются его больш и е расходы . |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
11.4. ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
В п роцессе |
работы хол о д и льн о й |
у стан о вк и |
о тво д и м ая |
теплота |
||||||||
передается окруж аю щ ей |
среде с |
более |
вы сокой , |
чем в холоди льн ой |
||||||||
кам ере тем п ер ату р о й . Т аки м |
образом , |
в результате осущ ествлен и я |
||||||||||
обратного |
ц и к л а |
м ож н о |
п о лучать |
пригодную |
д л я и сп ользован и я |
|||||||
теплоту. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Это п о зв о л и л о |
К ел ьв и н у |
в |
1852 |
г. |
вы д ви н у ть предлож ен и е об |
|||||||
и сп ользован и и х о л о д и л ь н о го |
ц и к л а д л я о топ лен и я пом ещ ений, т.е. о |
|||||||||||
создании |
т а к |
н азы в аем о го теп л о во го |
насоса. |
По сущ еству, |
в с я к а я |
|||||||
х о л о д и льн ая |
у с та н о в к а |
я в л я е т с я |
теп л о вы м |
насосом , о д н ак о этот |
терм ин обы чно п ри м ен яю т д л я тех у стан о во к , зад ач ей которы х я в л я ется п о л у ч ен и е теплоты , к а к и при сж игании топ ли ва. Т акого рода у стан о вк у назы ваю т теп л о вы м насосом потом у, что она к а к бы ’’пере
кач и вает” |
теп л о ту от |
хо л о д н о го |
и сточн и ка к горячем у . При |
работе |
||||||
теплового |
н асоса |
к |
го р я ч ем у |
и сточн и ку |
п о д во д и тся |
теплота |
||||
р авн ая |
су м м е теп лоты |
д2, отведен н о й от |
холодн ого |
источника, и |
||||||
работы |
| /0 1, н ео б х о ди м о й д л я осущ ествлен и я ц и к л а {ql |
= q 2 + |
I /0 • )- |
|||||||
К ак и х о л о д и л ь н ая |
у с та н о в к а, теп л о во й |
насос (рис. 90, а) работает |
||||||||
по обратн ом у ц и к л у , |
т.е. за счет затраты |
энергии в ком прессоре К |
||||||||
отним ает теп л о ту |
q 2 у |
и сто ч н и ка И н и зк о й тем пературы и п ередает |
||||||||
теплоту |
q t |
и сто ч н и к у |
с вы со к о й |
тем п ературой . П отребитель теплоты |
||||||
теп лового |
н асоса |
п о л у чает к р о м е теплоты |
q 2, |
отведен н ой от |
о к р у |
|||||
жающ ей |
среды , так ж е |
теп л о ту , экви вален тн у ю |
затраченной |
работе |
||||||
/0 (обы чно эл ек тр и ч еск о й энергии). |
|
|
|
|
||||||
Н и зк отем п ературн ы м |
и сто ч н и ко м теплоты д л я теп лового |
насоса |
служ ит о к р у ж аю щ ая среда, н ап ри м ер х о л о д н ая во д а во д о ем о в, кото р ая о м ы вает и сп ари тель.
Т аки м |
об разом , ц и к л ам и теп л о вы х |
насосов служ ат ц и клы х о л о |
|
дильны х |
у с та н о в о к , работаю щ их в д ругой |
области тем п ератур . Д л я |
|
хо л о д и льн ы х у с та н о в о к окруж аю щ ая |
среда |
я в л я е т с я теплоприем ни - |
ком , к у д а о тв о д и тся теп л о та, а в сл у чае теп л о во го насоса окруж аю щ ая
среда |
я в л я е т с я |
и сточн и ком теплоты , |
к о то р ая |
п ередается |
на |
б олее |
|||||||
вы соки й тем п ературн ы й у р о вен ь . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Это |
р азл и ч и е |
п о к азан о на Г - |
5-диаграм м е |
(см. рис. |
90, |
б), |
гд е |
||||||
V - 2 ' |
- 3 ' - |
4 ' |
- |
Г - |
ц и к л хол о д и льн о й |
устан о вк и ; 1 |
- |
2 |
- |
3 - |
|||
4 - 1 - |
ц и к л теп л |
о во го |
насоса, |
т.е . |
ц и к л |
хол о д и льн о й |
у стан о вк и |
расп олагается н иж е изотерм ы окруж аю щ ей среды Г 0, а ц и к л теп л о в о го насоса - вы ш е н ее.
Э ф ф ективность теп л о во го насоса о ц ен и вается вел и ч и н о й т а к назы -
Рве. 90. Схема (а) и диаграмма Г —$ (б) теплового иасоса |
|
|
|
||
ваем о го отопительного коэф ф ициента, п редставляю щ его |
собой |
отно |
|||
ш ен и я ко л и ч ества теплоты q x, |
отведен н ой |
в ц и к л е, |
к |
абсолю тной |
|
вел и ч и н е работы /0 ц и к л а |
|
|
|
|
|
в и - и Л - |
|
|
|
|
(415) |
П оскольку в соответствии с |
вы раж ен и ем |
(405) q x |
- |
q 2 + / 0, |
то с |
учетом у р ав н ен и я (400) и з (415) п ол у чаем |
|
|
|
|
|
е 01- е + 1. |
|
|
|
|
(416) |
Из этого соотнош ения следует, что чем вы ш е холоди льн ы й ко эф ф и
циент, тем вы ш е и отопительны й коэф ф ициент ц и к л а .
На осущ ествление лю бого х о л од и льн ого ц и к л а р асх о д у ется п о д в о д и м ая от вн еш н его источн и ка эн ер ги я в ф орм е работы / 0. Эта работа
идет на п р и во д ком прессора, осущ ествляю щ его сж атие х л ад аген та . Вся эта работа м ож ет быть полностью п ревращ ен а в теп л о ту (н ап ри м ер, в элек трон агревателе), которую м ож но б у д ет и сп ользовать д л я обог
р ева пом ещ ен и я. П реим ущ ество теп л о во го насоса п ер ед |
лю бы м и |
д р у ги м и отопительны м и устрой ствам и состоит в том , что при |
затр ате |
одного и того ж е к о л и ч ества энергии (/0) при пом ощ и теп л о во го насоса к о б о гр еваем о м у пом ещ ению п о д во д и тся всегд а больш ее к о л и ч еств о теплоты (q 2 + /0), чем при лю бом д р у го м способе о то п л ен и я . Т ак , п ри и сп ол ьзо ван и и эл ек тр о н агр ев ател я к о л и ч ество теплоты , п о д в ед ен н о е к н агр еваем о м у тел у , р авн о /0 . Это не д о л ж н о вы зы вать у д и в л е н и я : если эл ек тр о н агр евател ь лиш ь п ревращ ает работу, то теп л о во й н’асос с