W jednostopniowym urządzeniu ziębniczym działającym na ziębniku R22 zastosowano sprężarkę czterocylindrową (Z=4), której średnica cylindra równa się skokowi tłoka S=D, a prędkość obrotowa wynosi n=24,16s-1 (1450 obr/min). Urządzenie obsługuje dwie komory chłodnicze o temperaturach Tkom1= -150C

iTkom2= 50C. Średnia różnica temperatur w wymianie ciepła w procesach ∆TWC,O=15K i o mocach ziębienia

Q01=100kw i Q02=50kw. Zakładając ponadto, że temperatura wody zaburtowej Tw= 250C średnia różnica temperatur w wymianie ciepła w skraplaczu ∆TWC,K=10K, przegrzanie par ∆TZR=5K. Regeneracyjny wymiennik ciepła jest zaizolowany QSTR= 0. Dochłodzenie cieczy w regeneracyjnym wymienniku ciepła  ∆TD=10K. Zależność na sprawność efektywną w funkcji tłoczenia pk i ssania ps  λ=ηe=0,95 – 0,03(pk/ps). Dwa poziomy odparowania uzyskano przez zastosowanie zaworu stałego ciśnienia. Obliczyć: średnicę cylindra (d), skok (s), moc efektywną sprężarki (Ni), moc skraplacza (Qk), moc (QRWC), temperaturę końca sprężania (t2s) oraz wyniki pośrednie strumienie masy m1 i m2, objętości właściwe v1 i v2 oraz stopień suchości czynnika roboczego x5 i x8.

Schemat instalacji chłodniczej

Poglądowy wykres log p-i dla freonu 22 (R22)

Dane:                                                            

Obliczyć:

Z wykresu logp-i

z czego i1, i10 wyznaczone z bilansu, i2 konsekwencja i1

Charakterystyczne punkty zostały określone poprzez analizę wykresu oraz schematu i działania układu. Punkt 6 i 9 określamy poprzez  obranie izotermy z danych naszego zadania. Biorąc pod uwagę przegrzanie zaworu rozprężnego ΔTZR odejmujemy tą wielkość od temperatury parowania T01 i T02 otrzymując nową wartość temperatur z których poziomów to opuszczamy się na poziom T01 i T02 po krzywej temperatury otrzymując właśnie punkty 6 i 9. Punkt 7 wynika z punktu 6 co wiąże się z powrotem czynnika na stronę ssawną sprężarki poprzez zawór stałociśnieniowy. Punkt 1 jest punktem zasysania par ziębnika przez sprężarkę, wyznaczony wraz z punktem 10 z bilansu chłodni. Punkt 2 tworzymy prowadząc krzywą po izentropie sprężania z punktu 1 do miejsca przecięcia się z izotermą Tk . Punkt 3 oznacza się jako miejsce przecięcia izotermy skraplania Tk z krzywą graniczną  cieczy nasyconej. Punkt 4 jest konsekwencją dochłodzenia o wartość ΔTD. Punkty 5 i 8 powstają w czasie adiabatycznego rozprężania  miejscu przecięcia się z izotermami T01 i T02. Temperaturę t2s odczytujemy z wykresu sprawdzając która krzywa odpowiada punktowi 2. Jednostkową wydajność chłodniczą qo1 oznaczono jako różnicę entalpii punktu 9 i 8, zaś qo2 jako różnicę 6 i 5. Jednostkowe ciepło skraplania qk oznaczono jako różnicę entalpii i2 oraz i3 a jednostkowe ciepło dochłodzenia jako różnicę i3 i i4. Entalpie i tych punktów odczytuje się poprzez przeprowadzenie izentalpy w szukanym punkcie i dokonaniu odczytu na podziałce. W przypadku mojego wykresu zaszła konieczność przemnożenia wyników entalpii przez 4,19 co wynikało z budowy wykresu log p-i dla freonu 22.

Jednostkowa teoretyczna praca sprężania lspr jest to praca sprężania jednego kg czynnika od stanu 1 do 2 i wyraża się różnicą entalpii i2-i1. Ciśnienia ssania i skraplania odczytujemy również z wykresu prowadząc izobary z punktów 1 i 2. Teoretyczny współczynnik wydajności chłodniczej ε obliczymy sumując moce ziębnicze Qo1 i Qo2  i dzieląc tę sumę poprzez iloczyn strumienia masy i jednostkowej teoretycznej pracy sprężania. Moc efektywną sprężarki Ni można wyznaczyć posiadając współczynnik ε oraz wartości naszych dwóch wydajności chłodniczych. Przy tym obliczeniu musiałem założyć, że sprawność indykowana ηi = 0,8 zaś sprawność mechaniczna naszej sprężarki ηm =0,9 (zgodnie z podawanymi w literaturze ocenami szacunkowymi sprawności jednostopniowych sprężarek chłodniczych).

Użyte w tym zadaniu wzory zaczerpnąłem z książki I. Piotrowskiego „Okrętowe urządzenia chłodnicze” oraz ze szkolnej instrukcji do tego ćwiczenia.

OBLICZENIA

Temperatura tłoczenia

t2s=1100C

Temperatury parowania komory 1 i 2 oraz temperatura skroplenia.

Strumień masy

wyznaczenie punktów 1 i 10 z bilansu

ostatnie dzielenie miało na celu umożliwienie umiejscowienia punktu 10

wyznaczanie średnicy i skoku tłoka sprężarki

Stopnie suchości oraz objętość właściwa wyznaczone z wykresu.