ЦИКЛ КАСКАДНОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ, ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА.

Пароэжекторная холодильная установка.

Важным преимуществомпароэжекторных холодильных установок является применение в них такого доступного, дешевого и абсолютно безвредного вещества, как вода. Пароэжекторная машина, использующая в качестве хладагента водяной пар, позволяет без особых затрат понизить температуру до 1 - 3 С. Естественно, что компрессор, сжимающий пар такой малой плотности, был бы весьма громоздким, а поддерживать столь низкое давление в нем было бы достаточно сложно. Существенным преимуществомпароэжекторных холодильных установок является отсутствие дорогого компрессора. Кроме того, они отличаются простотой, надежностью в работе и малыми размерами всех агрегатов, но термодинамическое совершенство и тепловая экономичность их невысокие. Используя соответствующее рабочее тело, пароэжекторная холодильная установка позволяет получать весьма низкие температуры. К достоинствампароэжекторных холодильных установок следует отнести взрывобезопасность, отсутствие вредных выделений, простоту изготовления.

Недостаткамиих являются большой расход воды и сложность регулирования холодопроизводительности.

Компрессионная холодильная установка с 2-ступенчатым сжатием, 2-ступенчатым дросселированием и неполным промежуточным охлаждением.

В промежуточный сосуд этой машины направляют весь поток рабочего тела, вышедшего из промежуточного охладителя. В промежуточном сосуде рабочее тело охлаждают до состояния сухого насыщенного пара, который засасывает компрессор второй ступени/

Повышение эффективности холодильных машин при двухступенчатом сжатии по сравнению с одноступенчатым достигают снижением цикловой работы в результате промежуточного охлаждения рабочего тела и ростом удельной холодопроизводительности за счет охлаждения жидкости в промежуточном сосуде перед основным дроссельным вентилем.

С неполным промежуточным охлаждением (рис. 1.25) в промежуточном сосуде влажный пар, выходящийизпервогодроссельноговентиляД1, за счет разной плотности разделяется на жидкость, отвечающую состоянию точки 9, и сухой насыщенный пар (точка 8). После смешения в точке 4 с перегретым па- ром, выходящим из промежуточного охладителя, он идет на всасывание компрессора второй ступени. Жидкость, выходящая из промежуточного сосуда (состояние точки 9) поступает к второму дроссельному вентилю Д2, а далее — к испарителю холодильной машины.

ЦИКЛ КАСКАДНОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ, ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА.

Для получения низких температур (ниже—70° С) применяют каскадные холодильные машины. Они состоят из двух или трех холодильных машин, работающих на разных холодильных агентах.

Простейшая каскадная холодильная машина (рис.) состоит из двух одноступенчатых холодильных машин, называемых нижней и верхней ступенями (ветвями) каскада. Нижняя ступень каскада работает на холодильном агенте высокого давления, имеющим низкую нормальную температуру кипения, верхняя — на холодильных агентах, обычно применяемых для умеренных температур.

В испарителе И нижней ступени каскада кипит холодильный агент при T_о, отнимая теплоту от охлаждаемой среды. Пар в состоянии1засасывается компрессором КМ, сжимается адиабатический и в состоянии 2 направляется в водяной холодильник, если температура в точке2 выше температуры охлаждающей воды. Затем пар в состоянии2' направляется в конденсатор, где сжижается при охлаждении кипящим холодильным агентом испарителя верхней ступени каскада, в результате чего температура конденсации нижнего каскада Т' _к значительно ниже температуры охлаждающей воды. Жидкость в состоянии3 дросселируется в регулирующем вентилеРВ₂ и в состоянии4 снова поступает в испаритель.

Рис. . Каскадная холодильная машина: а — принципиальная схема; б —цикл вs, T-диаграмме.

В верхней ступени каскада также осуществляется цикл одноступенчатой холодильной машины (1в—2в—Зв—4в), но при более высоких температурах. В испарителе верхнего каскада кипит холодильный агент, отнимая теплоту от конденсирующегося холодильного агента нижней ступени каскада. Для этого температуру кипенияТ'₀ верхнего каскада поддерживается на 5—6° С ниже температуры конденсации Т' _к нижнего каскада. Пары, сжатые в компрессоре КМ_В (процесс1в—2в), выталкиваются в конденсатор КД ,охлаждаемый водой. Жидкость, полученная в конденсаторе (состояние3в), дросселируется в регулирующем вентилеРВ₁ и в состоянии4в возвращается в испаритель-конденсатор(И-К). В отдельных ступенях каскада можно применять одно- и двухступенчатые холодильные машины. Наиболее распространены каскадные холодильные машины, работающие в нижней ступени каскада наR13, а верхней — наR22.

Каскадная машина с одним холодильным агентом в разных каскадах нецелесообразна, так как разность между температурами в испарителе-конденсаторе приводит к дополнительным потерям по сравнению с обычными машинами многоступенчатого сжатия.

Испаритель— это аппарат, в котором жидкий хладагент кипит при низком давлении, отводя тепло от охлаждаемого объекта (продуктов). Чем ниже давление, поддерживаемое в испарителе, тем ниже температура кипящей жидкости. Температуру кипения, как правило, поддерживают на 10—15 °С ниже температуры воздуха в камере. Температура воздуха в камере зависит от вида охлаждаемого продукта. Испаритель может быть расположен непосредственно в охлаждаемом объеме (камере, шкафе), как показано на рис. 23.1, или же находится за его пределами. В соответствии с этим по назначению различают испарители для непосредственного охлаждения среды и испарителя для охлаждения промежуточного хладоносителя (вода, рассол, воздух, этиленгликоль и др.). Конструкция испарителя зависит от вида охлаждающей среды, необходимой холодопроизводительности, свойств самого хладагента и от температурного напора между средами.

Конденсатор— аппарат, предназначенный для осуществления теплообмена между хладагентом и охлаждающей средой. В процессе теплообмена от хладагента отводится энергия, которая передается охлаждающей среде, а сам хладагент охлаждается и конденсируется. Охлаждающая же среда нагревается. В зависимости от вида охлаждающей среды различают конденсаторы с воздушным и водяным охлаждением.

Терморегулирующий вентиль (ТРВ)обеспечивает заполнение испарителя жидким хладагентом в оптимальных пределах. Переполнение испарителя может привести к его попаданию в компрессор и к поломке, а его малое заполнение резко снижает эффективность работы испарителя.

Степень заполнения испарителя зависит от температуры перегрева пара на выходе из испарителя. ТРВ производит сравнение температуры пара на выходе из испарителя с заданной и в зависимости от величины расхождения увеличивает или уменьшает поток жидкого хладагента в испаритель.

характеризующими действительный процесс парожидкостной холодильной установки, являются следующие:

1. в действительном процессе участвуют конкретные холодильные агенты, которые должны удовлетворять определенным требованиям, они существенно влияют на экономичность работы холодильной установки;

2. в реальной установке детандер заменен дроссельным вентилем, что упрощает ее схему, но приводит к увеличению удельного расхода работы, т.е. к снижению холодильного коэффициента установки из-за отсутствия полезной работы детандера и уменьшения количества тепла, подводимого в испарителе установки на единицу расхода рабочего агента. Потери, связанные с заменой детандера дроссельным вентилем, возрастают с увеличением теплоемкости жидкой фазы агента и уменьшением его

теплоты парообразования r при давлении Р0. Кроме того, эти потери возрастают с увеличением степени повышения давления в компрессоре Р/Р0 или соответствующего отношения абсолютных температур T/T0;

3. жидкий хладагент перед дроссельным вентилем переохлаждается, что служит одним из способов снижения необратимых потерь, вызванных заменой детандера дроссельным вентилем. Охлаждение увеличивает отвод тепла в испарителе на единицу расхода рабочего агента, вследствие чего несколько снижается расход работы, т.е. возрастает холодильный

коэффициент установки;

4. осуществляется сухой процесс в компрессоре, при котором цикл выходит за пределы области насыщенного пара. Замена процесса сжатия влажного пара сжатием перегретого пара повышает надежность работы компрессора благодаря устранению возможности гидравлических ударов, вызванных попаданием жидкости в компрессор. Особенно уязвимы в отношении

гидравлических ударов быстроходные поршневые компрессоры, так как за время одного хода, составляющего десятые доли секунды, жидкость, попавшая в компрессор, не успевает испариться. При работе на перегретом паре увеличиваются индикаторный КПД и коэффициент подачи поршневых компрессоров благодаря уменьшению влияния вредного пространства на процесс работы компрессора. С другой стороны, замена сжатия влажного пара сжатием перегретого увеличивает удельную

работу сжатия на единицу расхода рабочего агента, что приводит к росту удельного расхода работы на единицу отводимого от объекта тепла. Дополнительная затрата работы в компрессоре возрастает с уменьшением теплоемкости перегретого пара и увеличением степени повышения давления Р/Р0 или соответствующего отношения температур Т/Т0.

5. работа реального компрессора сопровождается различными потерями (например, от трения, наличия мёртвого пространства, депрессии при всасывании хладагента).

Схема и термодинамический цикл реальной парожидкостной компрессионной установки показаны на рис.9.__

повышается с Т0 до Т. Из-за трения и необратимого теплообмена процесс сжатия вкомпрессоре 1-2 не совпадает с идеальным процессом сжатия 1-2'. Из компрессора пар поступает в конденсатор //, где в результате отвода

тепла к теплоприемнику происходят охлаждение рабочего агента и конденсация пара – процесс 2-3. Жидкий хладагент при давлении PК и температуре ТК проходит через охладитель ///, где в результате отвода тепла во внешнюю среду температура

жидкого хладагента снижается с ТК до ТОХЛ = Т4 – процесс 3-4. После охладителя жидкий хладагент проходит через дроссельный

вентиль IV. Проходя через суженное живое сечение дроссельного вентиля, находящегося на границе между областью высокого PК (конденсатор или охладитель) и низкого P0 (испаритель) давлений, хладагент неравномерно расширяется, и его давление понижается. В данном случае расширение хладагента не сопровождается отдачей работы, так как она поглощается

трением и превращается в тепло, воспринимаемое холодильным агентом. Та часть теплоты, которая пошла на частичное испарение хладагента, проходящего через дроссельный вентиль, взята от самого агента. Поэтому дросселирование протекает при I = const – процесс 4-5. Процесс дросселирования сопровождается понижением температуры хладагента.

После дроссельного вентиля охлажденный рабочий агент в виде влажного пара с большим содержанием жидкой фазы, имея давление Р0 и соответствующую ему температуру Т0, проходит через отделитель жидкости, в котором производится отделение жидкой фазы от паровой. Затем жидкий агент вновь поступает в испаритель VI, где к нему подводится тепло q0 от теплоотдатчика. Ниже рассмотрены наиболее существенные черты реального

холодильного процесса.