Лекция 4. КОМПРЕССОРЫ ХОЛОДИЛЬНЫХ машин

Принципиальная схема и цикл двухкаскадной холодильной машины

Рассмотренные выше циклы двухступенчатых холодильных машин реализуется с помощью одного холодильного агента. Практически всегда можно подобрать такое рабочее тело, чтобы оно обладало удовлетворительными свойствами в интервале от температуры кипения до температуры конденсации. Но уже для трехступенчатой холодильной машины приходится мириться с очень большими давлениями в конденсаторе, а четырехступенчатый цикл практически вообще не реализуем, т.к. приходится иметь дело с очень большим перепадом давлений. От этого недостатка избавлены многокаскадные холодильные машины.

Рис. 3.15. Принципиальная схема аммиачной холодильной установки на две температуры кипения холодильного агента: I – одноступенчатый компрессор, II – маслоотделитель, III – конденсатор, IV – градирня, V – водяной насос, VI – линейный ресивер, VII – переохладитель жидкости, VIII, XIII, XV – дроссельные вентили (РВ), IX – отделитель жидкости, X – рассольный испаритель, XI – рассольный бак, XII – рассольный насос, XIV – промсосуд, XVI – циркуляционный ресивер, XVII – аммиачный насос, XVIII – скороморозильный аппарат, XIX – компрессор ступени низкого давления (СНД), XX – компрессор высокого давления (СВД)

В них низкотемпературный холод получают в испарителе холодильной машины нижнего каскада, а каждый испаритель холодильных машин следующих каскадов вырабатывает холод для конденсации холодильного агента в машине предыдущего каскада. Теоретически количество таких каскадов не ограничено. Поэтому с помощью многокаскадных холодильных машин удается получить холод на уровне криогенных температур. Ниже приведены схема и цикл двухкаскадной холодильной машины (рис. 3.16).

Рис. 3.16. Схема и цикл в T, s – диаграмме двухкаскадной холодильной машины

В испарителе IV машины нижнего каскада вырабатывается низкотемпературный холод при кипении низкокипящего холодильного агента (например, R23) в процессе 5, 1. Образовавшиеся пары откачиваются и сжимаются (1, 2) в компрессоре нижнего каскада I, откуда подаются в испаритель-конденсатор каскадной холодильной машины II. Здесь происходит их конденсация (2, 3, 4) за счет холода вырабатываемого холодильной машиной верхнего каскада (10, 6). Таким образом, испаритель-конденсатор каскадной холодильной машины II является конденсатором для машины нижнего каскада и испарителем для машины верхнего каскада. Далее холодильный агент дросселируется (4, 5) и снова поступает в испаритель нижнего каскада. Цикл замыкается.

Холодильная машина верхнего каскада работает на более высококипящем холодильном агенте (например, R134а). Испарившийся в испарителе-конденса-
торе II хладон R134а откачивается и сжимается (6, 7) в компрессоре верхнего каскада V, откуда подается в конденсатор VI машины верхнего каскада, где конденсируется (7, 8, 9), дросселируется (9, 10) и снова подается в испаритель-конденсатор.

Поскольку холодильные машины обоих каскадов заправлены различными холодильными агентами, давление в них можно регулировать, подбирая тот, либо иной холодильный агент. Это является большим преимуществом. К недостаткам многокаскадных холодильных машин следует отнести наличие температурного перепада между холодильными агентами машин верхнего и нижнего каскадов в испарителе-конденсаторе. Обычно он невелик (5...7 °С), но и такой перепад температур снижает энергетическую эффективность цикла.

Вопросы для самоконтроля:

1. Укажите на цикле аммиачной холодильной машины “вредный” перегрев пара. Где он происходит?

2. Запишите уравнение теплового баланса РТО.

3. Почему регенеративный цикл не применяется в аммиачных холодильных машинах?

4. Что такое “влажный ход” компрессора? Как его избежать в аммиачных и в фреоновых холодильных машинах?

5. Объясните почему в двухступенчатой холодильной машине с полным промежуточным перегревом компрессор СВД всегда меньше по размеру компрессора СНД?

6. Через какой из этих компрессоров проходит большее количество пара?

7. В чём основное преимущество двухкаскадной холодильной машины по сравнению с двухступенчатой?

8. Запишите выражение для холодильного коэффициента двухкаскадной холодильной машины?

Литература: [1, с. 52...96; 2, с. 35...50]

Компрессор является самым сложным и дорогостоящим элементом холодильной машины. Его задачей является поддержание низкого давления Р₀ в испарителе путем постоянного удаления из него пара, сжатие пара от давления Р₀ до P_к и нагнетание его в конденсатор холодильной машины. Объёмная производительность компрессора V_h, м³/с, наряду со свойствами холодильного агента, предопределяет холодопроизводительность холодильной машины Q_o, кВт.