Принципиальная схема холодильной машины двухступенчатого сжатия

Двухступенчатые холодильные машины

В рассмотренных схемах компрессионных холодильных машин, которые предназначены для осуществления холодильных циклов между температурой кипения порядка –20 0 С и температурой конденсации около +30 0 С, холодильный агент сжимается в цилиндре компрессора от давления кипения до давления конденсации. Такое сжатие называется одноступенчатым. В тех случаях, когда холодильная машина должна работать с большей разностью, с большей величиной отношения давления конденсации р_к к давлению кипения р, применять одноступенчатое сжатие экономически не выгодно, так как с увеличением отношения р_к/ р коэффициент подачи и индикаторный к.п.д. компрессора уменьшаются и, следовательно, снижается холодопроизводительность машины и повышается потребление энергии. Кроме того, сильно повышается температура холодильного агента в конце сжатия, отчего значительно ухудшаются условия эксплуатации компрессора.

Практика показывает, что одноступенчатые аммиачные и хладоновые холодильные машины целесообразно применять только при отношении давлений £ 9. При более высоких значениях этого отношения следует пользоваться двух- или многоступенчатыми машинами. При двух- и многоступенчатом сжатии холодильный агент сжимается от давления кипения до давления конденсации не сразу, а последовательно в двух или нескольких ступенях с промежуточным охлаждением частично сжатых паров.

На предприятиях общественного питания и в пищевой промышленности применяют машины двухступенчатого сжатия, например, при изготовлении мороженого, при быстром замораживании и хранении пищевых продуктов и т.д.

Принципиальная схема и теоретический цикл двухступенчатой холодильной машины со змеевиковым промежуточным сосудом и полным промежуточным охлаждением показаны на рис. 3.6.

Рис. 3.6 — Схема и теоретический цикл двухступенчатой холодильной машины со змеевиковым промежуточным сосудом и полным

Рабочее вещество в состоянии сухого насыщенного пара (точка 1) поступает в компрессор первой ступени I, где изоэнтропно сжимается (процесс 1-2) и направляется в промежуточный холодильник II. В холодильнике рабочее вещество охлаждается (процесс 2-3) за счет окружающей среды. Затем рабочее вещество поступает в промежуточный сосуд VI, где за счет непосредственного контакта с более холодным жидким рабочим веществом, температура которого равна Т_m, охлаждается до состояния сухого насыщенного пара при давлении р_m (точка 4). После этого рабочее вещество всасывается компрессором второй ступени III, где изоэнтропно сжимается (процесс 4-5), а затем поступает в конденсатор IV, где сначала охлаждается до состояния сухого насыщенного пара и конденсируется (процесс 5-6). Большая часть идет через змеевик промежуточного сосуда, а меньшая – дросселируется в дроссельном вентиле (процесс 6-7). Под воздействием теплоты, которая поступает от рабочего вещества, идущего по змеевику, жидкость кипит при давлении р_m. Рабочее вещество, которое идет по змеевику, охлаждается (процесс 6-9), затем дросселируется в дроссельном вентиле VII (процесс 9-10) и поступает в испаритель VIII, где кипит (процесс 10-1).

Промежуточное давление определяется по формуле:

(3.10)

Массовый расход рабочего вещества компрессора первой ступени определяют по заданной холодопроизводительности:

(3.11)

Расход рабочего вещества второй ступени:

(3.12)

Все последующие расчеты проводят для компрессоров первой и второй ступеней аналогично расчету цикла одноступенчатой паровой компрессионной холодильной машины.

Принципиальные схемы холодильных машин, работающих по циклу двухступенчатого сжатия.

Двухступенчатое сжатие. При низких температурах кипения холодильного агента (-30 — -35° С) и высоких температурах конденсации (35—40° С) возрастает температура в конце сжатия в компрессоре, что приводит к ухудшению условий смазки. В результате этого температура может повыситься до температуры вспышки масла.

В компрессор при низком давлении р поступает пар, имеющий большой удельный объем, вследствие чего производительность компрессора, а, следовательно, и холодопроизводительность холодильной машины уменьшается, при этом увеличивается работа сжатия. При уменьшении холодопроизводительности и увеличенииработы сжатия снижается холодильный коэффициент ε с увеличением степени сжатия р_к/р уменьшаются объемные и энергетические коэффициенты компрессора, возрастает разность давлений, действующая на поршень. При таких условиях работы целесообразно применять двухступенчатое сжатие.

При двухступенчатом сжатии процесс сжатия разбивают на два: сначала в компрессоре — ступени низкого давления (СНД) — пар сжимается от давления кипения до промежуточного давления р_пр, затем при постоянном давлении р_пр пар охлаждается, после чего в компрессоре — ступени высокого давления (СВД) — пар сжимается от давления Р_пр до давления конденсации р_к. Замена одноступенчатого сжатия двухступенчатым повышает стоимость установки, усложняет ее эксплуатацию. Однако при больших степенях сжатия двухступенчатое сжатие имеет преимущества перед одноступенчатым (рис. 2.2).

Рисунок 2.2 – Сравнение циклов одно-двухступенчатого сжатия

В конце сжатия снижается температура перегрева пара (Т¢₂ при одноступенчатом сжатии, Т₄ двухступенчатом), увеличивается холодопроизводительность (Dq равна площади а—9—10—б), уменьшается работа, затраченная на сжатие (Dl = площади 2—3— 4—2′). Границы применения цикла с одноступенчатым сжатием 1—2′—5—6—10—1 и перехода к двухступенчатому 1—2—3—4—5—6—6′—8—9—1 зависят от холодильного агента, типа Машин, особенностей работы установки в каждом отдельном случае.

Аммичные холодильные машины двухступенчатого сжатия с поршневыми компрессорами приводяном охлаждении цилиндров рекомендуется применять при степени сжатия р_к/р ³ 9 и разности давлений р_к–р ³ 1,75МПа. Двухступенчатые машины» работающие на хладоне-12, используют при р_к/р ³ 9 и р_к–р ³ 0,775МПа. Для низкотемпературных одноступенчатых холодильных машин с поршневыми компрессорами, работающими на хладогене-22, отношение р_к/р не должно превышать 1,2, для одноступенчатых машин с ротационными и винтовыми компрессорами р_к/р ≤ 14÷16.

Использование в качестве холодильных агентов хладона-22 и хладона-502 и применение в судовых холодильных установках винтовых компрессоров значительно расширили возможности применения более простых идешевых схем одноступенчатого сжатия.

Двухступенчатое сжатие может осуществляться в двухступенчатом компрессоре или в двух одноступенчатых компрессорах, включенных в схему СНД и СВД, причем в качестве СНД целесообразно использование ротационных или винтовых компрессоров, имеющих при меньших габаритах большую производительность, чем поршневые.

Различают схемы двухступенчатых холодильных машин с полным и неполным промежуточным охлаждением. При полном промежуточном охлаждении пар между ступенями охлаждается до состояния сухого насыщенного пара (см. рис. 2.3, процесс 2—3), что достигается с помощью жидкого холодильного агента в промежуточном сосуде. При неполном промежуточном охлаждении пар перед СВД остается перегретым (см. рис. 2.3, процесс 2—3′), при этом он охлаждается водой в водяном промежуточном холодильнике.

Схемы двухступенчатых холодильных машин бывают с одной и двумя температурами кипения. В первом случае в схему включены испарители, в которых кипит жидкий холодильный агент при температуре кипения, соответствующей низкому давлению р. Во втором случае в схему включены испарители низкого давления, в которых жидкость кипит при температуре Т и давлении р, и испарители высокого давления, где жидкий холодильный агент кипит при температуре кипения Т_пр, соответствующий промежуточному давлению р_пр. Эти схемы сложны эксплуатации и применяются редко. Применяют схемы двухступенчатых холодильных машин с одноступенчатым дросселированием. В схему с одноступенчатым дросселированием входит один регулирующий вентиль, в котором происходит дросселирование жидкости от давления конденсации р_к до давления кипения Р. В схему с двухступенчатым дросселированием включены два регулирующих вентиля и промежуточный сосуд для промежуточного отбора пара. В первом регулирующем вентиле давление понижается от р_к до р_пр. 5разующаяся парожидкостная смесь поступает в промежуточный сосуд.

Рисунок 2.3 – Двухступенчатая холодильная машина с полным промежуточнымохлаждением и промежуточным сосудом – теплообменником:

а – принципиальная схема;

б — цикл в s— T-диаграмме;

в — цикл в i—lgp -диаграмме

Пар из парожидкостной смеси отделяется от жидкости, отсасывается из промежуточного сосуда СВД, а жидкость поступает во второй регулирующий вентиль и дросселируется в нем от давления р_пр до р.

Вопросы для самоконтроля:

1. Основные требования, предъявляемые к холодильным агентам.

2. Дать сравнительный анализ наиболее применяемых холодильных агентов.

3. Чем определяется температура замерзания рассолов?

4. При каких условиях работы холодильной установки необходимо применять двухступенчатое сжатие?

Литература: [2]

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.