5.3.Двухступенчатые холодильные машины.
Схемы и циклы двухступенчатых холодильных машин.
Причины перехода к многоступенчатому сжатию.
При снижении температуры кипения холодильного агента в испарителе То соответственно уменьшается и давление кипения Ро. Также при повышении температуры конденсации Тк увеличивается давление конденсации Ро. Снижение давления кипения и повышение давления конденсации вызывает увеличение степени повышения давлений π = Рк/Ро. Возрастание степени повышения давлений π приводит к следующим отрицательным явлениям:
1.Повышается температура нагнетания в компрессоре, которая может превысить предельно допустимые значения. Допустимые температуры нагнетания для аммиачных поршневых компрессоров 160 оС, для хладоновых – 130 оС. При более высоких температурах в компрессоре может произойти разложение холодильного агента и масла, ухудшение смазывающей способности масла и его самовоспламенение.
2.Возрастают необратимые потери при дросселировании, в результате чего уменьшается удельная холодопроизводительность цикла, а значит и полная холодопроизводительность всей холодильной машины.
3.В испаритель поступает большее количество пара и меньше жидкого холодильного агента, а теплоотдача от пара в десятки раз хуже, чем от жидкости. Это приводит к снижению интенсивности теплообмена в аппарате.
4.Увеличивается удельная работа цикла, что вызывает повышение потребляемой мощности компрессора при том же массовом расходе холодильного агента.
5.Ухудшаются все объемные и энергетические коэффициенты компрессора, что ведет к снижению производительности и увеличению потребляемой мощности компрессора.
6.На узлы и детали компрессора воздействуют более высокие силы. Однако все узлы и детали имеют определенный предел прочности. Так например, для современных аммиачных одноступенчатых холодильных машин разность давлений конденсации Рк и кипения Ро не должна превышать 1,7 Мпа.
Таким образом, при определенных температурных режимах, производство холода одноступенчатой холодильной машиной может оказаться экономически невыгодным, а в некоторых случаях и невозможным. Исследования работы промышленных холодильных машин показали, что одноступенчатое сжатие не целесообразно при степени повышения давлений более или равно восьми, т.е. при π = Рк/Ро ≥ 8.
Схема и цикл с полным промежуточным охлаждением и однократным дросселированием.
В схему холодильной машины, представленной на рисунке 5.5. для промежуточного охлаждения включен специальный промежуточный сосуд со змеевиком. Цикл в S – T и h – Р диаграммах показан на том же рисунке. Перегретый пар холодильного агента после испарителя поступает на всасывание в ступень низкого давления, где сжимается в процессе 1 – 2 от давления кипения Ро до промежуточного давления Рпр. Сжатый пар из ступени низкого давления направляется в промежуточный охладитель, где охлаждается в процессе 2 – 3 внешней охлаждающей средой (водой или воздухом) до температуры, близкой к температуре конденсации, т.е. Т3 ≈ Тк. Затем предварительно охлажденный пар подается по трубопроводу в нижнюю часть промежуточного сосуда под слой жидкого холодильного агента, температура которой равна промежуточной температуре Тпр. Пузырьки пара поднимаются вверх (барбатируются) сквозь толщу жидкости и одновременно охлаждаются в процессе 3 – 4 за счет тепломассообмена с жидким холодильным агентом. Теоретически считается, что при этом происходит идеальный теплообмен, в результате которого пар хладагента охлаждается до промежуточной температуры, т.е. Т4 = Тпр. После промсосуда охлажденный пар всасывается ступенью высокого давления, где сжимается в процессе 4 – 5 от промежуточного давления Рпр до давления конденсации Рк. Сжатый горячий пар из ступени высокого давления поступает в конденсатор, в котором сначала охлаждается а потом конденсируется в процессе 5 – 6 при постоянном давлении конденсации Рк. Образовавшаяся жидкость перед промсосудом делится на два потока. Меньшая часть жидкости дросселируется во вспомогательном дроссельном устройстве в процессе 6 – 7 и поступает в промежуточный сосуд для пополнения и поддержания в нем постоянного уровня жидкого холодильного агента. Основной поток проходит по змеевику промежуточного сосуда и охлаждается в процессе 6 – 8 за счет теплообмена с жидким холодильным агентом, который находится в промсосуде. Температура охлажденной жидкости, выходящей из змеевика промсосуда, на (2-3) оС выше промежуточной температуры, т.е. Т8 = Тпр + (2 - 3) оС. Далее охлажденный жидкий хладагент дросселируется в основном дроссельном устройстве в процессе 8 – 9 от давления конденсации Рк до давления кипения Ро. После дросселирования холодильный агент поступает в испаритель, в котором жидкость кипит в процессе 9 - 1' за счет подвода теплоты от охлаждаемой среды. Пар образовавшийся при кипении перегревается в процессе 1' – 1, всасывается компрессором нижней ступени и цикл повторяется вновь.
Р
исунок
5.5. Схема и цикл с полным промежуточным
охлаждением и однократным дросселированием