1.2.4. Холодильная машина с винтовым компрессором и экономайзером.

В настоящее время большое распространение получили холодильные машины с винтовыми компрессорами, у которых в качестве переохладителя жидкого хладагента используется экономайзер Э (рис. 1.12).

В частности, подобные винтовые холодильные машины в судовом исполнении типа 21(22)АК50-2-5-ОМ4 и 21(22)АК100-2-5-ОМ4 выпускаются отечественным Черкесским заводом холодильного машиностроения. Конструктивно экономайзер представляет собой теплообменный аппарат, собранный из отдельных секций оребренных медных труб в виде змеевика, помещенного внутрь корпуса. Внутри змеевика протекает жидкий хладагент, кипящий при промежуточном давлении, охлаждаемый снаружи жидкий хладагент, поступающий из конденсатора.

Пусть точка 1 характеризует состояние паров хладагента, выходящего из испарителя. В винтовом компрессоре они сжимаются (1–2) до промежуточного давления p_п и смешиваются с холодными парами хладагента, поступающими из экономайзера Э с состоянием в точке 3. Полученная смесь (точка 4) окончательно сжимается до давления конденсации (4–5), в конденсаторе снимается перегрев, и происходит конденсация хладагента (5–5′) и (5′–6) (в цикле показан процесс без переохлаждения в конденсаторе).

Рис.1. 12. Схема и цикл холодильной машины с винтовым компрессором и экономайзером

После конденсатора поток жидкого хладагента делится на две части – меньшая часть, дросселируясь в регулирующем вентиле РВ1 до промежуточного давления p_п (6–7), кипит внутри змеевика экономайзера при промежуточной температуре t_п, переохлаждая основной поток хладагента из конденсатора (6–8), проходящий в межтрубном пространстве этого теплообменника. Переохлажденный хладагент дросселируется в РВ2, кипит (9–9′) и перегревается (9′–1) в испарителе. По данным фирмы «Сталл», введение в схему холодильной установки экономайзера может повысить её холодопроизводительность на 25 – 40 %.

2. Двухступенчатые парокомпрессионные холодильные машины.

В зависимости от рода охлаждаемого груза и целей охлаждения требуется определенная температура его обработки и хранения. Так, замороженные мясо и рыба зачастую перевозятся при температурах около -30 °С, а в рыбоморозильных аппаратах требуется поддерживать температуру воздуха около -40 °С, что влечет понижение температр кипения хладагента до -45 °С. Температуре -45 °С для R22 соответствует давление кипения ниже атмосферного: p₀ = 0,0832 МПа, а для R502 – примерно равное атмосферному: p₀ = 0,104 МПа. Увеличение температуры забортной воды, например, в тропиках до +32 °С и выше вызывает повышение температуры конденсации до +40 °С. Для R22 при температуре +40 °С давление конденсации равно 1,533 МПа, а для R502 – 1,686 МПа. Пониженное давление кипения и повышенное давление конденсации вызывают рост температуры конца сжатия в области перегретого пара. В свою очередь, высокая температура нагнетания в поршневом компрессоре сильнее нагревает смазочное масло, повышая его пожароопасность, вызывает интенсивное испарение масла и унос с парами хладагента.

Большой перепад давлений между всасыванием p_вс и нагнетанием p_н компрессора, а следовательно, и величина отношения p_н/p_вс вызывают настолько большие потери производительности самого компрессора, что дальнейшая его эксплуатация для большинства одноступенчатых холодильных машин нецелесообразна. Перечисленные причины, а также снижение экономичности работы холодильной машины в целом определяют предел отношения p_н/p_вс = 8 – 9, выше которого целесообразно переходить на двухступенчатое сжатие.

Для рассмотренных температурных пределов отношение p_н/p_вс намного превышает допустимые нормы. Так, для R22 оно равно 18,4, а для R502 – 16,2.

В двухступенчатых холодильных машинах пары хладагента из испарителя всасываются первой ступенью компрессора и после сжатия до промежуточного давления охлаждаются.

Существует несколько способов определения промежуточного давления. Наиболее простой и распространенный опирается на условие равенства степеней сжатия в каждой ступени, а именно:

= ; p_п = , (1.13)

где p_п – промежуточное давление.

Охлажденные пары сжимаются во второй ступени компрессора и поступают в конденсатор. Жидкий хладагент из конденсатора, дросселируясь, направляется в испаритель, где кипит, отнимая теплоту от охлаждаемого объекта.

По степени охлаждения хладагента различают двухступенчатые машины с неполным промежуточным и полным промежуточным охлаждением.

По способу дросселирования хладагента различают схемы с однократным и двукратным дросселированием.