Wejdź do Ligi Graczy! - Chłodnictwo i Klimatyzacja

sprężarka chłodnicza i jej wpływ na sprawność
energetyczną układu chłodniczego
Proces termodynamiczny, jaki przebiega w układzie rzeczywistym
jest rożny od idealnego układu Carnota. W układzie rzeczywistym
proces termodynamiczny, jaki w nim przebiega jest procesem
nieodwracalnym, w przeciwieństwie do układu Carnota,
którego proces jest odwracalny. Nieodwracalność procesu sprężania
znacznie podwyższa straty egzergii, które mogą być w sposób
przybliżony wyliczone z zależności:
ηs pr = L is [(1-η is)/η is (T o/T sr)] (8)
gdzie:
L is – praca izentropowa sprężania czynnika,
η is – sprawność izentropowa sprężarki,
T o – bezwzględna temperatura otoczenia,
T sr – średnia bezwzględna temperatura pomiędzy temperaturą
sprężania i temperaturą izentropową.
Poza tym proces Carnota przebiega w obszarze par mokrych,
co z praktycznego punktu widzenia pracy sprężarki jest niemożliwe.
Innymi słowy, nieobecność w układzie Carnota tzw. „rogu
przegrzania par” widocznego w układzie rzeczywistym na wykresie
T-S (rys. 6.) jest korzystne z termodynamicznego punktu
widzenia (układ Carnota), natomiast wielce niewskazane z mechanicznego
punktu widzenia w układach rzeczywistych. Jest
to jeden z aspektów, który obniża sprawność energetyczną układów
rzeczywistych. Z punktu widzenia projektanta urządzenia/
instalacji chłodniczej sprężarka jest elementem układu chłodniczego,
na który projektant instalacji nie ma wpływu. Ważne jest
jednak, aby projektant instalacji chłodniczej znal słabe strony tego
najważniejszego elementu układu chłodniczego. Znając zasadę
pracy sprężarki jak i jej wpływ na sprawność całego układu
chłodniczego, projektant może tak zaprojektować układ chłodniczy,
aby w jak największym stopniu obniżyć jej „negatywny”
wpływ na całkowitą sprawność. Przeanalizujmy krótko pracę
sprężarki i jej sprawność energetyczną. Na rysunku 7. przedstawione
jest porównanie teoretycznego i rzeczywistego procesu
sprężania czynnika chłodniczego. Analiza pozwoli nam lepiej
zrozumieć straty, jakie mają miejsce w sprężarce, co przyda
nam się w dalszych rozważaniach. W punkcie 1 cylinder sprężarki
wypełniony jest parami czynnika chłodniczego, który jest
pod ciśnieniem P 1, a tłok znajduje się w jego dolnym skrajnym
położeniu. Ciśnienie to jest niższe od założonego ciśnienia parowania
(różnica ciśnienia pomiędzy punktem „a” i punktem „1”).
Ta różnica ciśnień niezbędną jest do otwarcia zaworu ssącego
i pokonania oporów przepływu czynnika przez zawór ssący.
Po przekroczeniu dolnego skrajnego położenia, tłok porusza
się w górę cylindra, zmniejszając objętość par czynnika chłodniczego.
Zawór ssący zostaje zamknięty. Proces ten przebiega
pomiędzy punktami 1-2 (w teoretycznym układzie odpowiada
to punktom a-b). Tłok osiąga swoje górne skrajne położenie,
a pary czynnika osiągają ciśnienie P 2, które jest wyższe od założonego
ciśnienia skraplania (różnica ciśnienia pomiędzy punktem
„2” i punktem „b” ). W momencie otwarcia zaworu tłocznego,
pary czynnika chłodniczego wypływają z cylindra sprężarki,
przemieszczając się do skraplacza. Proces wypływu par czynnika
przebiega pomiędzy punktami 2-3 (w układzie teoretycznym
są to punkty b-c). Punkt 3, jest punktem, w którym tłok
osiągnął swoje górne skrajne położenie, a proces tłoczenia par
został zakończony. W tym momencie musimy sobie zdać spra-
www.chlodnictwoiklimatyzacja.pl
wę, że tłok sprężarki w swoim górnym skrajnym położeniu nie
dotknął płyty zaworowej i cześć par czynnika pozostała w cylindrze
sprężarki. Pary te są pod ciśnieniem P c. Objętość tę nazywamy
objętością szkodliwą sprężarki, która jest zmienna dla
rożnego typu i wielkości sprężarek, jak rożnego typu zaworów.
Zawiera się ona pomiędzy 2÷8% objętości cylindra. Od punktu
3 następuje ruch tłoka w dół cylindra. W pierwszej kolejności
następuje rozprężanie par czynnika pozostałych w przestrzeni
szkodliwej sprężarki. Proces ten przebiega pomiędzy punktami
3-4 (w układzie teoretycznym są to punkty c-d). W punkcie 4 ciśnienie
w cylindrze sprężarki jest niższe od ciśnienia ssania (P a),
co powoduje otwarcie zaworu ssącego i zassanie par czynnika
chłodniczego, co odbywa się pomiędzy punktami 4-1 (w układzie
teoretycznym d-a).
Znając pracę sprężarki chłodniczej możemy przystąpić do analizy
jej strat. Możemy napisać (zobacz oznaczenia na rysunku 7.):
V 2 = ηV 1
η o = η sz η p η c η n
(9)
(10)
ChłOdNICTwO
T Róg
przegrzania
2 Układ
3 rzeczywisty
Układ
1 Carnota
Rys. 6. „Róg przegrzania par” rzeczywistego układu chłodniczego we współrzędnych T-S
P 2
P=Pc+ΔP
3
c
b Pc
V2 f C2
d e Pa a
1
P1=Pa-ΔP
4
C1 V1
C Vt(s)
Pi
Pit
Po
S
Oznaczenia:
C - objętość szkodliwa
Vt - objętość skokowa
V1 - objętość ssania
V2 - objętość rzeczywista
(s) skok tłoka
Pi - ciśnienie indykowane
Pit - indykowane teoretyczne
Rys. 7. Teoretyczny i rzeczywisty proces sprężania w układzie Ciśnienie – Objętość
V
75