Машины со змеевиковым промежуточным сосудом

I.кДж/кг

РИС. 12. Изменение цикла холодильной машины с понижением температуры кипения

На рис. 1 на lg р- i диаграмме показан цикл /—2—3—4 одноступенчатой холодильной машины, работающей при давлениях кипения p₀ и конденсации р_к, которым соответствуют температуры кипения t₀ и конденсации t_к

При данном режиме работы удельная массовая холодопроизводительность машины

q₀=i_1"-i₄,

а удельная работа сжатия компрессора

l=i₂-i₁

Если температура кипения понижается до значения t_0.а, удельная массовая холодопроизводительность. как видно из диаграммы, уменьшается:

q_0a=i_1a"-i_4a

Это объясняется прежде всего тем. что при дросселировании до более низкого давления р_0a (процесс 3—4а) хладагент поступает в испаритель с большим содержанием пара:

x_4a>х₄.

Удельная работа сжатия компрессора с понижением температурыкипения увеличивается:

l_a=i_2a-i_1a

При этом уменьшается удельная .массовая холодопроизводительность компрессора

q_0км=i₁-i₄

и повышается темцература конца сжатия пара в компрессоре:

t_2a>t₂.

С понижением температуры и давления кипения увеличивается удельный объем всасываемого пара:

v_1a>v₁,

что приводит к существенному уменьшению удельной объемной холодопроизводительности компрессора q_vкм.

Таким образом, с понижением температуры кипения уменьшается холодопроизводительность машины; снижается ее энергетическая эффективность, так как уменьшается значение холодильного коэффициента

ε=q₀/l;

ухудшаются рабочие характеристики компрессора, так как с увеличением отношения давлений p_к /p_о и их разности p_к—p_о растет нагрузка на механизм движения и повышается температура конца сжатия.

К аналогичным отрицательным последствиям приводит повышение температуры конденсации и соответствующего давления конденсации. Кроме того, увеличивается нагрев компрессора и потребление электроэнергии. Однако, если понижение температуры кипения на 1 °С уменьшает холодопроизводительность машины на 4—5 %, то повышение температуры конденсации на 1 °С снижает ее всего на 1—2 % (в зависимости от типа холодильной машины и условий ее работы).

Схема и цикл двухступенчатой аммиачной холодильной

Отрицательных последствий влияния большого значения отношения р_к/р₀ на характеристики холодильной машины можно избежать заменой одноступенчатого рабочего цикла многоступенчатым.

Считается, что переходить к многоступенчатому сжатию следует, если р_к/р₀ >8

На холодильниках промышленности и торговли наиболее распространены двухступенчатые аммиачные холодильные машины, создающие необходимые условия для холодильной обработки и хранения замороженных пищевых продуктов.

РИС. 13. Принципиальная схема (а) и цикл на i, lg р-днаграмме (б) двухступенчатой аммиачной холодильной машины со змеевиковым промежуточным сосудом

Двухступенчатая аммиачная машина со змеевиковым промежуточным сосудом (рис. 13) работает следующим образом.

Перегретый пар аммиака всасывается компрессором первой ступени KM₁, сжимается в нем до промежуточного давления р_пр (процесс 1—2) и нагнетается в промежуточный сосуд ПС под уровень жидкого хладагента. Барботируя через слой жидкости, пар охлаждается до насыщенного состояния (2—2"), затем снова перегревается (2"—3) и всасывается компрессором второй ступени КМ₂.

В компрессоре КМ₂ пар сжимается от промежуточного давления р_пр до давления конденсации р_к (3 - 4) и нагнетается в конденсатор КД. Здесь пар охлаждается (4 - 4") и конденсируется (4" - 4'). Сконденсированная насыщенная жидкость здесь же в конденсаторе может переохлаждаться (4' - 5) в зависимости от его конструкции на 3 - 4 °С.

Переохлажденная жидкость поступает в змеевик промежуточного сосуда, где дополнительно переохлаждается (5 - 6). Змеевик находится под уровнем кипящего хладагента (состояние 7') при температуре t_пр.

Таким образом, теоретическим пределом переохлаждения жидкого хладагента (при давлении конденсации р_к.) в змеевике является промежуточная температура t_пр. Практически же температура t₆ будет на 3...5 °С выше t_7'=t_пр Разность температур в t₆-t₇ = 3...5 °С называют недорекуперацией.

После переохлаждения основной массовый поток хладагента g₁ (в кг/с) дросселируется в регулирующем вентиле РВ₁ (6 - 8) и поступает в испаритель И. Небольшая же часть этого потока дросселируется в регулирующем вентиле РВ₂ (6—7) и поступает в промежуточный сосуд. Образующийся в процессе дросселирования G' пар вместе с основным массовым потоком G₁ всасывается компрессором второй ступени KM₂. К ним добавляется еще массовый поток G", образующийся в промежуточном сосуде при кипении хладагенга за счет отвода теплоты от змеевика и охлаждения пара в процессе 2 - 2" при его барботировании через слой жидкого хладагента.

Таким образом,

G₂=G₁+G'+G",

т. е массовый поток G₂, всасываемый компрессором КМ₂, больше массового потока G₁, проходящего через испаритель и компрессор К.М₁, на сумму G'+G", которая составляет 10 - 20 % от G₁

Объемный поток пара, всасываемого компрессором КМ₁:

V₁=G₁v₁. .

Он в несколько раз больше объемного потока пара, всасываемого компрессором КМ₂:

V₂=G₂v₃.

Это объясняется тем, что удельный объем v₁ значительно больше удельного объема v₃

На рис. 13, б условно показаны процесс дросселирования при отсутствии промежуточного сосуда (5 - 8а) и процесс одноступенчатого сжатия (1 - 4а).

Из диаграммы видно, что при двухступенчатом сжатии температура t₄ заметно ниже температуры t_4а. Этот фактор, а также то, что отношения давлений р_к/р_п=р_пр/р_о существенно меньше отношения давлений р_к/р_о, обеспечивают лучшие характеристики работы компрессоров при двухступенчатом сжатии, чем при одноступенчатом.

Дополнительное переохлаждение жидкого хладагента в змеевике промежуточного сосуда позволяет увеличить удельную массовую холодопроизводительность машины на величину Δq_о (кДж/кг):

Δq₀=i_8a-i₈

В связи с тем что на lg p- i диаграмме значение i отнесено к единице массы хладагента (1 кг), а в двухступенчатой холодильной машине массовый поток G₂ больше массового потока G₁ это должно быть учтено при расчете характеристик цикла с помощью диаграммы. Условно принимают: если G₁= 1кг, то при расчете процессов, происходящих с массовым потоком G₂, разность энтальпий умножают на отношение G₂/G₁.

Так, удельная работа сжатия компрессора km₁

l_км1=i₂-i_1,

а компрессора КМ₂

l_км2=(G₂/G₁)(i₄-i₃)