автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.03, диссертация на тему:Повышение эффективности одноступенчатых парокомпрессионных холодильных машин за счет ввода рекономайзера

РГ5 ОД

- С И

^ На правах рукописи

АЛЬ-ШАТАРАТ МАХМУД АХМЕД МАХМУД•

ЮВЫШШ. ЭФФЕКТИВНОСТИ ОДНОСТУПЕНЧАТЫХ ПАРОКОМПРЕССИОННЫХ ХОЛОдИЛЬШХ МАШШ ЗА СЧЬТ ВВОДА РЕКОНОМАЙЗЕРА

Специальность 05.04.03 Машины и аппараты холодильной и криогенной техники и систем кондиционирования

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1995

Работа выполнена в Кубанском государственном технологическом университете, г.Краснодар.

Научный руководитель - доктор технических наук

профессор В.М.Шляховецкий

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Бабакин Б.С', кандидат технических наук, ст.научный сотрудник Гущин A.B.

Ведущая организация - Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции

/&■ ОЬ

¿ащита диссертации состоится п'с*'" и 1995 г. в /3 часов на заседании диссертационного совета К.063.46.03 в Московской государственной академии прикладной биотехнологии по адресу: 109316, г.Москва, ул. Талалихина, д.33.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московской государственной академии прикладной биотехнологии

щ

Автореферат разослан '■ ßrf 1995 г.

Ученый секретарь л

диссертационного.совета //

доктор технических наук, , j Р,

7*

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТБ

Актуальность темы. Расход электроэнергии на производство холода составляет в отдельных странах от 10 до НО % вырабатываемой электроэнергии. На ряде предприятий пищевой промышленности и в торговле от 40 до 60 % расходуемой электроэнергии потребляют системы охлаждения и хранения продукции. При больших масштабах современного производства и потребления холода даже относительно небольшое снижение расхода электроэнергии, связанное с производством искусственного холода, даст значительный экономический эффект.

Парокомпрессионные холодильные машины ^ПКХМ) применяют практически во всех областях народного хозяйства, й настоящее время ПКХМ составляют более 90 % общего количества холодильных машин, находящихся в эксплуатации, и в обозримом будущем останутся на том же уровне. Традиционно в ПКХМ осуществляют некоторое количество действительных циклов, которые подробно исследованы. Ужесточение экологических требований по использованию ПКХМ обусловило новые проблемы к теории ПКХм, вследствие чего оценка целесообразности новых.схем ПКХМ становится актуальной

Переход холодильной техники на озонобезопасные хладагенты является сложным техническим процессом, так как связан с заменой традиционных хладонов и расширением областей использования аммиака. Это вынуждает обратить особое внимание на возможности, реализуемые в ПКХМ, вследствие использования в их схемах новых элементов. Тем самым возникает необходимость проведения анализа нетрадиционных схем ПКХМ, в которых можно обеспечить снижение общих энергозатрат, сохраняя традиционные методы снижения необратимостей в цикле ПКХМ: сокращение потерь от проведения процесса дросселирования, путем понижения температуры жидкого хладагента перед дросселированием, ступенчатого дросселирования и др.

Цель и задачи исследования. Целью данной работы является улучшение энергетических показателей одноступенчатых 11КХМ за

счет ввода в схему'ПКХМ теплообменника типа "рекономайзер".

Основные задачи, решаемые в работе - создание математической модели процессов теплообмена в реконокайзере СРТОР), основанной на учете распределения потоков хладагента'в элементах аппарата, создание методики конструкторского расчета РТОР для установления взаимосвязи параметров хладагента в характерных точках цикла ПКХМ с параметрами РТОР.

При решении поставленных задач предусматривается, что разрабатываемая матмодель позволит прогнозировать работу ШХМ при вводе в неё РТОР, во всем диапазоне режимов работы одноступенчатых ПКХМ; методика конструкторского расчета РТОР позволит осуществить проектирование нового аппарата и выполнить оценку технико-экономических показателей одноступенчатых ПКХМ при вводе в них'РТОР.

Научная новизна работы состоит в том, что:

- впервые на основе термодинамического анализа разработана математическая модель РТОР, которая обеспечивает получение характеристик одноступенчатых ПКХМ с введенным РТОР в диапазоне действительных режимов работы одноступенчатых ПКХМ;.

- с применением полученной матмодели исследованы одноступенчатые. ПКХМ с РТОР и выявлено влияние на их характеристики таких режимов работы, как степень понижения температуры жидкости перед дросселированием ниже температуры окружающей среды и величина подогрева пара на всасывании, определяющих уровень энергетических затрат при вводе РТОР с схему ПКХМ;

- модернизированная методика технико-экономического анализа ПКХМ с введенным РТОР даёт возможность определять условия эффективного использования РТОР в одноступенчатой ПКХМ и оценивать влияние таких конструктивных ^акторов, как снижение потребной объемной подачи компрессоров и увеличение стоимости теплообменных аппаратов, в функции от температур цикла и температуры окружающей среды.

Научные положения, защищаемые в диссертации: I. Применение в одноступенчатых ПКХМ теплообменника типа РТОР

приводит, в сравнении с существующими промышленными одноступенчатыми ПКХМ, к повышении энергетической характеристики ПКХМ эксергетического КПД

2. Математическая модель РТОР даёт возможность исследовать влияние степени понижения температуры жидкого хладагента перед дросселированием 7м ниже температуры окружающей среду То.с. на величину холодопроизводительности Q0 .значение аффективной мощности компрессора и объем, описываемый рабочими орга-

нами компрессора ~Vh •

Практическая ценность работы. Изложены рекомендаций по конструкторскому расчету РТОР. Создана реализуемая на ЭВМ . математическая модель I1KXM при вводе в неё РТОР, для'расчета энергетических характеристик ПКХМ. Установлено, что понижение температуры Tu жидкого хладагента перед дросселированием ниже температуры окружающей среды 7Ъ.с. компенсирует уменьшение эксергетического-КЩ, | Ц гх. хN. из-за подогрева паров на всасывании и способствует сокращению энергозатрат в одноступенчатой ПКХМ на выработку, холода. Реализация матмодели на ЭШ позволяет устранить трудоемкие натурные пирокомасштабн'ые исследова- • ния ПКХМ с различными компановками РТОР и обеспечить научно-обоснованный подход к выбору основных габаритно-конструктивных соотношений РТОР. Показана целесообразность ввода РТОР в одноступенчатую аммиачную ПКХМ.

Реализация работы. Результаты работы могут быть использованы предприятиями, осуществляющими изготовление аммиачных и хладоновых VE22) одноступенчатых ПКХМ, путем оснащения их РТОР. Материалы диссертации нашли применение в учебном процессе при подготовке специалистов по холодильной технике в политехническом колледже ^.г.Амман, Иордания) и на кафедре холодильных и компрессорных машин и установок КубГТУ (,г.Краснодар) ...

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на межреспубликанской конфе-

ренции "Совершенствование холодильной техники и технологии дл эффективного хранения и переработки сельскохозяйственной продукции" (Краснодар, 1992), Российской научно-практической кон ференции- с международным участием "Проблемы ресурсосберегаищи и природоохранных технологий и оборудования для переработки сельскохозяйственного сырья" (Краснодар, 1993), научно-технических семинарах Краснодарского политехнического института (Краснодар, 1992, 1993), на научно-практическом семинаре по холодильной технике (Амман, 1994).

.Публикации. По-материалам диссертации опубликовано две печатных работы.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. Работа содер жит 111| страниц машинописного текста, 21 таблицы,37; иллюст раций, список использованной литературы из 55 наименований, в том числе 17 иностранных источников, и 7| страниц приложений

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении освещена актуальность работы, обосновываются цели и задачи исследования, вытекающие из современного состояния вопроса, изложены структура и краткое содержание работы, приведены основные положения, выносимые автором на защиту, основные результаты работы и её практическая ценность.

В первой главе проведен обзор и анализ работ российских (И.С.Бадылькес, А.В.Быков, Б.С.Вейнберг, И.М.Калнинь, В.С.Мар тыновский, Р.К.Михальская, Л.М. Розенфельд, Ф.М.Чистяков, В.М Шавра, З.Б.Якобсон и др.) и зарубежных ( М.М.ЬоЕ^си!., 8.(гга.п<±гч/<£, Кгетр"£оп, З.ЪаКоп, ¿.1Г.(}тйве,ТгММ$оп, Ра("К1п5оп, и др.) ученых, выполнивших исследования

по оценке влияния необратимостей в циклах ПКХМ и влиянию регенеративного теплообмена в одноступенчатой ПКХМ на её энергетические и эксплуатационные показатели. При этом отмечено , что использование регенеративного теплообмена в аппарате "пар-жидкость" дает определенный положительный эффект при

работе одноступенчатых ПКХМ на хладонах 12, 22 и ряде других.

Возможности снижения потерь, обусловленных заменой адиабатного расширения жидкого хладагента в цикле' ПКХМ на процесс дросселирования, связаны с организацией проведения процесса понижения температуры жидкого хладагента ниже температуры конденсации Тк . Проведением процесса охлаждения' жидкости по левой пограничной кривой до температуры кипения "Г0 , можно достигнуть значения температуры жидкости Ти£Т0 , и исключить потери от дросселирования.

Возможности использования для понижения Та жидкого хладагента ниже . и приближения "Ти к Тос ограничены: понижение Ти в интервале Тк>Ти>Т0<^озможно при использовании внешней охлаждающей среды Свода, воздух) и степень приближения Та к Т0гС обусловлена массовым расходом внешней среды и величиной площади поверхности теплообмена РТо теплообменника (ТО); использование охлаждение жидкости в змеевике промсосуда требует перехода от одноступенчатого к двух- и многоступенчатому сжатию, в ПКХМ. Применение регенеративного теплообменника (РТО), как показано А.В.Быковым, А.С.Крузе, В.М.Шавра, В.Б.Якобсоном и др.," ограничивает понижение Та условием безопасной эксплуатации компрессора-(КМ),, всасывающего перегретые пары хладагента.

Как показали исследования, существующая теория ПКХМ не рассматривает условий ввода в ПКХМ новых ТО, трансформирующих цикл. Анализ способов и конструктивных решений, направленных • на снижение дроссельных потерь в одноступенчатых циклах 11ЛАМ, показал, что в схему одноступенчатой ПКХМ целесообразно вводить, наряду с ТО и РТО, или вместо них, в зависимости от назначения ПКХМ и используемого"хладагента, регенеративный тепло-обменный аппарат "рекономайзер" (РТОР). В этом аппарате, подключенном к КМ. (рис.1), обеспечивается теплообмен между потоком жидкого хладагента, поступающего после линейного ресивера (ЛР) с температурой Тк и находящимся в жидкостной полости I жидким хладагентом с температурой кипения Тс рТ ; в межтрубном пространстве движутся пары хладагента после испарителя (И),

¿т.

(1Ш( йт

ли.

Рис. I. Принципиальная схема рекономайзера:

I - жидкостная полость; 2 - теплообменная поверхность; 3 - наружная обечайка; 4,5 -паровые патрубки; б- паровая

к,

Л

свч /

сьъ

ь>—

РТОР'

км

си

С&2

—а-Д ч

1)6 И ^

Рис.2. Принципиальная схема "одноступенчатой ЛКХМ с рекономайзером

| которые на выходе из РТОР смешиваются с парами хладагента из полости I. В зависимости от компоновки ПКХМ потоки пара могут смешиваться на входе или выходе из РТОР или отводиться из него в КМ периодически. Современная теория ПКХМ не рассматривала условий работы таких аппаратов в составе ПКХМ, отсутствовала методика расчета РТОР, позволяющая обеспечить проектирование этого аппарата; не изучены границы допустимых режимов работы одноступенчатых ПКХМ при вводе в их схему РТОР; отсутствуют рекомендации по использованию РТОР для различных хладагентов,' не выяснены технико-экономические аспекты ввода РТОР в схемы одноступенчатых ПКХМ и возможные'пути эффективного воздействия РТОР на энергетические показатели таких машин.

Изучение этих вопросов и составляет основное содержание диссертации.

Вторая глава посвящена разработке схемы ввода РТОР в одноступенчатую ПКХМ, составлении математической модели РТОР, оценке условий работы'РТОР. в составе одноступенчатой ПКХМ и выбору коэффициентов, позволивших выполнить анализ влияния РТОР на энергетические, объемные и габаритные показатели ПКХМ.

На основе исследований, выполненных В.М.Шляховецким и Е.-СгаПГасС, автором разработана схема ввода РТОР в одноступенчатую ПКХМ Срис.2), последовательность работы которой следующая. Из ЛР хладагент при открытом СВ 4 поступает в жидкостную полость I РТОР Срис.1) и заполняет её. При работающем КМ и .открытом СВ-3 происходит "захолаживание" жидкости в полости I. Основной поток жидкого хладагента гпаи- из ЛР проходит через теплопередающую поверхность 2, размещенную в полости I, и охлаждается до температуры Ти>Т0 рГ и через ДВ поступает в И, где осуществляет охлаждающий эффект. Пары хладагента из И поступают на всасывание в КМ.после смешений с парами, поступающими из РТОР при открытых СВ I и СВ 3 или при открытых СВ 2 и СВ. 3. Б последнем случае пары из И проходят через паровые полости 5 и 3 РТОР, после чего смешиваются с парами из РТОР и поступают в КМ. Сжатые пары направляются в Кд, где конденсиру-

р Ро

Чс

т

Тк

—...... " -------- -------- ,—..... -----

Ро.1

/Л

р — бй.2 1

ч ч

Г* — Ц — к! с,

Рис. 3. Циклограмма работы-КМ в составе одноступенчатой

ПКХМ с РТОР

^Р

о.рт

3 2/ ? Тк 2"\ 2*

1 1 / У

V Та / / / // / / /

6 А Х».рт • 7„

п /1 "Тр / V /

°/ Т То / \ /

Г к Л'' • т 1-1

Рис.4. Отображение цикла' одноступенчатой ПКХМ с РТОР на диаграмме

п

ются, и жидкий хладагент с температурой Тк сливается в ЛР. Цикл работы ПКХМ завершается.

Поскольку в одноступенчатой ПКХМ ввод РТОР требует понижения температуры жидкого хладагента в полости I РТОР от -Тк до Ту. , то это обусловило изменения в режиме работы КМ (.рис.3) и конфигурации цикла ПКХМ (.рис.4). В период'времени происходит понижение температуры хладагента в полости I от^Тк доТорт; одновременно повышаются давление р0 и Р%сц во всасывающем трубопроводе до СБ I и СВ 2. К окончанию периода температура Т0 повышается из-за внешних теплопритоков, но в И образуется меньше пара из-за уменьшения температурного напора ©о . В период времени 'КМ подключается к И, давление р0_4 снижается до р0 , значение ^ понижается ниже рд,; Т0.?т жидкости в полости I несколько повышается. В период времени 'ц значения взаимосвязанных параметров достигают режимных значений, и КМ работает с режимными показателями в течение времени Тч . Чтобы обеспечить заданный режим работы, уровень жидкости На в РТОР должен быть постоянным (.в пределах допустимых колебаний уровня в-полости 1). При необходимости ввода в полость I дополнительной порции жидкости последовательность выполнения периодов времени Т411Ггповторяется/

Одноступенчатая ПКХМ с введенным РТОР осуществляет следующую последовательность процессов в цикле (рис.4); после конденсации хладагент состояния т. 2^ поступает в ЛР, откуда по змеевику РТОР проходит через жидкостную полость. После заполнения полости-жидкостью и её "захолаживанця", в змеевике жидкость охлаждается ниже Тц и ниже Т0 с (процесс 2^-3); в полости I хладагент кипит при давлении рорт и соответствующей температуре Т0 рТ . 1идкий хладагент с давлением рк к температурой Ти поступает к ДВ и дросселируется в нём (.процесс 3-4), поступает в И, где кипит (процесс 4-1 ), осуществляя охлаждающий эффект. В полости I РТОР жидкость кипит при давлении Р0.рт (процесс 6-7); пары из РТОР состояния 7,'проходя через СВ 3, снижают своё давление до состояния т.8, поступают во всасыва-

ющий трубопровод и смешиваются с основным потоком пара, подогретого до состояния т.111. Смесь паров состояния т.1 поступает в КМ, где сжимается"(процесс 1-2) и поступает в-КД. Цикл работы ПКХМ замыкается. •

При вводе РТОР в схему ПКХМ необходимо обеспечить последовательное осуществление ряда теплообменных процессов, протекающих в периоды времени 'С1,'Сг : "захолаживание" жидкого хладагента в полости I (процесс 2*-6); охлаждение жидкого хладагента гпои. в змеевике 2 (процесс кипение жидкого хладагента в полости I (процесс 6-7); перегрев паров в полостях 5 и 3 (процесс I*- ); сопрововдаемых потерями давления пара др^ при его перемещении через паровые полости 5,3 и Ч, й смешением потоков пара ¿п>о.й и с1гпрТ и формированием смеси ¿т^ с параметрами Т^р^ (процесс 7-8-1 - I).

При проектировании РТОР необходимо, для заданных Т^Т,,, обеспечить охлаждение жидкости ^а величину дТКц=Тк-Ти, перегрев пара на всасывании дТ^ при допустимых недорекуперации &ТНр и потерь давления на всасывании др^ ; а также заполнение жидкостной полости РТОР необходимой массой хладагента т^. Введя в рассмотрение следукире допущения : внешние теплоприто-ки к жидкостной полости РТОР отсутствуют; теплопередача через змеевик РТОР осуществляемся при учете заданного ; при-

боры автоматики в схеме ПКХМ обеспечивают поступление и прохождение жидкости и отвод пара из РТОР в КМ согласно циклограммы (рис.Э); в период времени работы КМ на "захолаживание" жидкости во РТОР в И осуществляется охлаждение внешней среда на его теплопередающей наружной поверхности за счет теплоемкости материала труб, кипения хладагента при Т01 , использования аккумулированного холода в слое инея; была разработана математическая' модель РТОР! учитывающая энергетические взаимодействия потоков хладагента, участвующих в теплообмене, перемещении через аппарат и при смешении в нем.

Задача расчета РТОР сводится к решению системы дифференциальных уравнений теплообмена и сохранения: ~

= Кх-©,.^ > г^ар^-ЦСр+Пр.Е^;

а о 5 =( ь2. - ь3уат0.и <ц2 - сцв 1

:: 4я,в = (Ь7-Ь6) <**рт » -

Здесь: <Ср - коэффициент формы полости для движения пара; -показатель гидравлического (скоростного) сопротивления формы полости для движения пара (патрубок, труба, кольцевой цилиндр);

р^ - гидравлическое сопротивление полости движения; -дополнительные затраты мощности, обусловленные вводом РТОР в схему ПКХМ.

Одноступенчатая ПКХМ при вводе РТОР с термодинамической точки зрения эквивалентна ПКХМ|с большой численностью процессов дросселирования и соответствующих отводов пара промежуточному КМ, поскольку в каждый последующий промежуток времени температура жидкого хладагента Ти.д понижается на величину¿Т . Тогда для охлаждения жидкости, поступающей от ЛР, при понижении температуры на величину ¿Т требуется испарщть и отвести в КМ количество хладагента ¿1 трт , где осуществить его сжатие до давления рк . Поскольку

- и)

из Кд в ЛР поступает массовый расход хладагента П">см с teм-пературой Тк , а после охлаждения до температуры Т^ остается т 0и , то. через РТОР проходит таи хладагента, определяет мое как • -То.^

3 «V- СЗ)

•к

Определение величин пл0-и. и гЬр.т позволяет, используя известные зависимости,установить необходимый объём, описываемый рабочими органами КМ Уь.и» Д^ш. и затраты мощности для отвода паров.в переменном режиме процесса сжатия, так как величина рорГ = (/си- , что также изменяет связанные с величиной степени сжатия (¡5*^ =РК/Р0рт\ значения величин коэффициента подачи Л} и индикаторного КПД-КМ.

При выборе коэффициентов оценки циклов ПКХМ при их трансформации из-за ввода РТОР руководствовались рекомендациями А.В.Быкова, и.М.Калниня, В.С.Мартыновского, В.Б.Якобсона, рассматривая показатели цикла относительно идеального цикла Кар-но, при/сс=(Т0.с/Тр)-1 и относительно сравнительного цикла Карно, при'Сек=(Тк/т0)-£ . При анализе использовался эксерге-тический КПД ¡¡?ех : . определяемый применительно к циклам с адиабатным сжатием в процессах (.процесс ) и при ДТ|>0 (процесс 1-2«; ), а также эксергетический КПД Хм', учитывающий потери энергии в КМ путем ввода частных КПД: ,

?„.2е " Ъ •

Влияние уровня понижения температуры жидкости относительно Тк оценивали коэффициентами ©о^", Ч'м.р^Ъд в виДе режимных факторов, которые позволили установить их взаимосвязь с энергетическими, объемными и габаритными показателями одноступенчатых ПКХМ при вводе в них РТОР.

Яг.и.Ь.в/Яыв ' 00

0КЗ= (Чки/Я^)"4 ; С5)

. Ки.Р= ^.рт /Уь.т ' (б>

сГп = 1 - и + (8)

Из-за отсутствия теоретических исследований по ПКХМ с РТОР в настоящей работе был выполнен численный эксперимент с использованием ЭВМ, поскольку проведение натурного эксперимента во всем диапазоне возможных изменений параметров не может быть реализовано по технологическим, техническим и.экономическим ограничениям.

Основной целью численных исследований ставилось: оценка возможных комбинаций режимных параметров цикла ХМ, выбор рациональных соотношений между отдельными элементами ХМ, с учетом использования унифицированных КМ, Кд» И, выпускаемых промышленностью, и приспособлением к их характеристикам РТОР.

Использование метода численного эксперимента позволило сократить продолжительность получения окончательных результатов без проведения дорогостоящих испытаний, выполнить оценку предложенных и используемых коэффициентов в диапазонах изменения, учитывающих реальность процессов в элементах одноступенчатой ПКХМ. Выбранные диапазоны изменения параметров обеспечили получение необходимой информации для каждого введенного коэффициента. Протекание процессов в элементах ХМ представлялось ку- • сочно-равномерным (в принятых диапазонах изменения параметров), а это позволило проводить, при отсутствии табличных значений необходимых параметров или общепринятых линейных функций (например, при определении СГ^,^, ) необходимые интерполяции. В отдельных случаях необходимые значения параметров определялись как среднеарифметические. Все это вносило в вычисления, погрешности, не превышающие 1-3%.

При проведении численных экспериментов осуществлялась их следующая последовательность по этапам:

- устанавливался характер связей между отдельными определяющими параметрами процессов в ХМ; ■

- оценивали условия взаимодействия между хладагентом и окружающей средой в отдельных процессах взаимодействия;

- по результатам расчетов строились графики и выявлялись зоны наибольшего влияния отдельных факторов;

- определялись условия наступления предельных (аварийных) режимов работы ХМ.

Представление подавляющего большинства полученных зависимостей в функции от позволило использовать полученные результаты при последующем проектно-ко.нструкторским расчете РТОР и ПКХМ с РТОР и их технико-экономической оценке.

Как следует из рис. 5-8, увеличение эксергетического КПД ^^Достигается за"очет увеличения эксергии производимого холода вЛ и снижения общих затрат мощности ; , вследствие снижения потерь от необратимостеи при дросселировании и при сжатии. Уровень снижения потерь от дросселирования для аммиака достигает 10 % и более, для хладона 22 - до 12 %.

Разработанная методика теплотехнического расчета РТОР включает ряд последовательно решаемых блоков, записанных в следующей последовательности: в первом блоке формируется цикл ПКХМ; во втором блоке решается система уравнений энергообмена и сохранения по составленной матыодели в интегральной форме, с определением габаритных параметров РТОР (блок-3). В четвертом блоке при принятой Геометрической комшжовке проводится определение потерь давления пара и дополнительных затрат мощности, "обусловленных вводом РТОР в схему ПКХМ. В пятом блоке проводится определение металлоемкости РТОР, в шестом, - вмести-: мости РТОР по жидкому хладагенту, в седьмом - капитальные затраты на изготовление РТОР. Методика может быть реализована в виде программы на ЭВМ и позволяет получить технические .характеристики аппарата - теплопереда'ющую поверхность Ярх , массу Мрт, вместимость тНа и капзатрагы Хрт. Наличие указанных показателей достаточно для того, чтобы определить увеличение капитальных затрат в ПКХМ с учетом ввода в неё РТОР и оценить . возможное улучшение энергетических показателей.ПКХМ и снижение расходов на электроэнергию в процессе эксплуатации.

Применение РТОР в составе ПКХМ становится экономически оправданным, когда выполняется неравенство

Рис. 5. Зависимости изменения объемных показателей Вщ и ©кз от дТК11 идТв<? для ПКХМ с РТОР

10 20 30 К

Рис. V

10

45

20

25

30 дТ,

Ки.

Рис. 8. Зависимость-относительного изменения эксергетического КПД от перепадов температур жидкого хладагента дТКц и всасываемого пара дТ^ в ПКХМ с РТОР

где Ен|~ нормативный коэффициент экономической эффективности, при условии обеспечения сопоставимыми ЛКХМ одинаковой выработки холода ПРИ продолжительности работы в течение года.

Используя рекомендации, приведенные в работах И.М.Кални-ня, А.С.Крузе, В.М.Шавра, В.М.Шляховецкого и др., после ряда преобразований соотношение (9) приведено к виду:

[ 5Л -о]> в ^ V - <»>

Здесь: *сп - общая продолжительность эксплуатации ПКХМ, лет;

- коэффициент прироста капитальных затрат в ПКХМ из-за ввод! в неё РТОР; Ухрт = (Ххи.рт/Ххм.т) -1.

На определенных промежутках продолжительности эксплуатации плата за электроэнергию и установленную мощность не изменяется; варьирование величинами лТКи> Рарт( Зд',^» которые зависят от параметров холодильного цикла, условий окружающей среды и технологических требований потребителей холода, позволит подбирать оборудование при модернизировании ПКХМ из набора выпускаемых промышленностью КМ, Кд, 1Р, И, с учетом расчетных параметров рабочих тел, вычисленных из условия наиболее экономичной работы ХМ в целом.

В результате проведенных исследований получены следующие результаты:

I. Оснащение одноступенчатой.ПКХМ[регенеративным теплообменником типа"рекономайзер" позволяет обеспечить понижение температуры жидкого хладагента перед дросселированием до любой заранее заданной температуры в интервале Т0<ТЦг<Т0с путем выбора давления в паровой полости РТОР, а также использовать пары хладагента после испарителя для отвода теплопритоков от окружающей среды к РТОР, сохраняя.постоянство температуры пара на всасывании в компрессор.

2. Разработана математическая модель РТОР, базирующаяся на общих физических закономерностях энергообмена и содержащая минимальное количество эмпирических зависимостей, которая использована для исследования реальных одноступенчатых ПКХМ с РТОР.

3. Численное моделирование показало, что характеристики ПКХМ с РТОР, определенные в диапазоне использования одноступенчатой ПКХМ (при изменении Тк от 20 0 до 40 °С и Т0 от нуля до -20 обеспечивают снижение энергозатрат от 9 до 13 %

в зависимости от температурного режима работы и степени понижения дТКи.

4. Численное моделирование для реальных одноступенчатых ПКХМ с РТОР показало, что характеристики применяемых одноступенчатых ПКХМ, работающих на Р 717 и Р 22 могут быть улучшены путем

. ввода соответствующей компоновки РТОР, что обеспечит повышение эксергетического КВД Хм реальной ПКХМ на 6-14 % для Р 717 и на 8-17 % для Р 22 в зависимости от величины понижения Ти •

5. Разработана методика технико-экономической оценки ввода РТОР в схему одноступенчатой ПКХМ, которая комплектуется из набора выпускаемых промышленностью КМ, Кд, И, ЛР и др., что позволяет с учетом принятых параметров в теплообменных аппаратах и РТОР компановать схему ПКХМ с РТОР, характеризуемую минимальными. затратами на электроэнергию для производства холода.

6. Разработанные в диссертации методики расчета РТОР могут быть рекомендованы при проектировании РТОР на этапе опытно-конструкторских работ и при определении массогабаритных параметров РТОР. •

Материалы диссертации нашли также непосредственное применение в учебном процессе.

Основное содержание диссертации, изложено в следующих работах: "

I. лль-Шатарат Махмуд, ШляхоЕецкий В.М. Использование ре-кономайзера для повышения эффективности парокомпрессионных холодильные ма-йп//3 кн.: Совершенствование холодильной техники,, и технологии для эффективного хранения и переработки сельско-

хозяйственной продукции: Тезисы, докл. межресп^бл. научно-техн. конф.-Краснодар: изд.КрдНТ. 1992.- с.8-9.

2. Шляховецкий В.М., Аль-Шатарат Яахмуд. Оценка эффективности тепловых насосов с рекономайзером при вводе в теплохладо-систему для сушки пищевых продуктов//В кн. Проблемы .ресурсосберегающих и природоохранных технологий и оборудования для переработки и хранения сельскохозяйственного сырья.- Краснодар: изд. КрДНТ, 1993. - с.41-42. -

Условные обозначения: £ - удельная работа сжатия КМ, кдж/кг; - удельная массовая холодопроизводительность, кДж/кг; с^ - удельная объемная холодопроизводительность, кДж/м"^; К - коэффициент теплопередачи теплообменной поверхности, Вт/м^; Н - энтальпия хладагента, кДж/кг; Гп - массовый расход хладагента, кг/с;

Iг - удельный объем пара, м^/кг; У - объемный расход пара, м /с; - диаметр, м; 2м - механический КПД; ?е - электрический КПД (все для КМ); © - температурный напор, град.; р - давление,'МПа; р - площадь поверхности теплопередачи,м; С - теплоемкость, кДж/кг град.;^ - эффективная мощность,Вт; Су- стоимость энергозатрат; "УС - капитальные затраты; индексы: ^ - вариативный; Б - адиабатный; и. - охлаждение жидкости ниже Тк ; о - кипение; к - конденсация; о.с -окружающая среда; рт - регенеративный теплообменник; хм - холодильная машина; т - традиционая :ХМ;