5.1.1. Хладилни диаграми
Работата на хладилна инсталация е невъзможна без правилно разбиране на термодинамичните процеси, протичащи в нея. Изследването на отделните процеси, включени в цикъла на машина за компресиране на пара, както и връзката между тях, тяхното взаимно влияние един върху друг, може значително да се опрости с помощта на термодинамични диаграми на хладилни агенти. Възможността за използване на диаграми е необходима и за наблюдение и анализ на параметрите на съществуващи хладилни инсталации; настройки на устройства за автоматично управление и регулиране; изчисляване и избор на хладилна техника при реконструкция и разширение на съществуващи инсталации.
Всеки хладилен агент има свои собствени диаграми, но принципът на тяхното изграждане и използване е един и същ. На фиг. Фигури 53, 54, 55 показват диаграми за амоняк и фреони R-12 и R-22. Най-често използваните са диаграмата енталпия-налягане ( l - lgP диаграма) и диаграмата ентропия-температура (S - T диаграма), от които диаграмата енталпия-налягане е най-удобна и именно тя ще бъде разгледана по-нататък.
Изкуственото охлаждане в парните хладилни машини се основава на процеса на кипене на хладилни агенти при ниски температури, в резултат на което те преминават от течно състояние в пара, поглъщайки определено количество топлина. За да се запази процесът на изкуствено охлаждане затворен и повтарящ се, парите на хладилния агент се компресират и след това се кондензират чрез охлаждане. По този начин в хладилната машина протичат два процеса на фазов преход на хладилния агент: от течност към пара - кипене и от пара към течност - кондензация. Тези два процеса са отразени във всички диаграми. На фиг. 56-а показва, че диаграмата е разделена на три зони, разделени една от друга с наситени криви.течност и наситена пара.
На граничните криви на наситени течности или пари, хладилният агент има параметри на насищане, но в същото време вече е хомогенна фаза, т.е. или течност, или пара.
По време на работа е много важно да се разграничи преохладената течност от наситената и прегрятата пара от мокра или наситена пара, според показанията на контролно-измервателните уреди, тъй като ефективността и безопасността на инсталацията зависят от това. За едно и също P наситената течност, мократа пара и наситената пара имат едно и също t, свръхохладената течност има по-ниско t, а прегрятата пара има по-високо t. По този начин показанията на манометъра във всички изброени състояния ще бъдат еднакви, но показанията на термометъра ще бъдат различни.
Диаграмата енталпия-налягане отразява шест параметъра на хладилния агент, които са показани като различни линии (фиг. 56, b). Числените стойности на основните параметри са дадени в конкретни стойности, т.е. свързани с 1 kg хладилен агент и са отбелязани в полето на диаграмата над съответните криви.
Линиите на постоянно налягане - изобарите - преминават през всички зони хоризонтално. Логаритмичната скала в изображението на изобарите се използва поради неравномерността на скалата на налягането в областта на вакуума и свръхналягането. Стойността на абсолютното налягане в Pa•10 5 или в MPa, отбелязана на вертикалната скала вляво на диаграмата, се обозначава със символа P. Линиите на постоянни температури - изотерми - в областта на преохлаждането преминават почти вертикално, в областта на влажната пара - хоризонтално. Тук изотермите съвпадат с изобарите, тъй като фазовото състояние на хладилния агент се променя при постоянни стойности на t и P. В зоната на прегрята пара изотермите вървят косо надолу. Стойностите на t в °C са разположени до кривите на постоянна температура в зонитепреохлаждане и прегряване, както и върху кривите на наситена течност и пара. Линиите на постоянни специфични енталпии (постоянно съдържание на топлина) вървят вертикално. Специфичната енталпия е общата енергия на 1 kg работна течност, равна на сумата от специфичната вътрешна енергия и потенциалната енергия на налягането. Важно е да се отбележи, че при термодинамичен процес при постоянно P, промяната в специфичната енталпия е равна на специфичното количество доставена топлина. Тази разпоредба е в основата на топлинните изчисления на хладилното оборудване. Стойностите на специфичната енталпия в kJ/kg са показани на хоризонталната скала в долната и горната част на диаграмата и са отбелязани със символа i. Линиите с постоянни специфични обеми - изохори - са обозначени с начупени криви, преминаващи в зоните на влажна и прегрята пара. В областта на течността изохорите не са нанесени, тъй като обемът на течността е твърде малък в сравнение с обема на парите, което е трудно да се покаже в мащаба на диаграмата. Следователно специфичният обем на течния хладилен агент не се определя от диаграмата. Може да се определи от таблицата на наситените пари на хладилния агент. Стойностите на специфичните обеми в m 3 / kg са показани в зоните на мокра и прегрята пара над съответните криви и са обозначени със символа v. Линии на постоянна специфична ентропия - адиабати - преминават през полето на диаграмата диагонално. Ентропията е функция на състоянието на термодинамична система, която характеризира посоката на топлообменния процес между системата и околната среда. Стойностите на ентропията в kJ/(kg•K) са дадени над съответните криви и са отбелязани със символа S . Всяка точка от полето на диаграмата отговаря на състоянието на хладилния агент със строго определени параметри. Ако две точки са свързани с линия, това ще покаже естеството на процеса, протичащ между двете състояния. В някои диаграми на хладилни агентисредната част на диаграмата в областта на влажната пара може да бъде пропусната, тъй като параметрите на хладилните агенти в тази зона не представляват интерес за анализа и изчисленията на хладилните инсталации.