Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Циклы и схемы двухступенчатых холодильных машин




Наиболее простым циклом двухступенчатой холодильной машины является цикл с неполным промежуточным охлаждением и одним дросселированием холодильного агента (рис. 3.10).

  Рис. 3.10

Сжатие (1, 2') в одноступенчатом цикле 1, 2', 4, 5, 6 заменено здесь двухступенчатым с промежуточным охлаждением холодильного агента (2, 3) между сжатием в ступени низкого давления – СНД (1, 2) и в ступени высокого давления – СВД (3, 4). Промежуточное охлаждение обычно осуществляют проточной водой, для чего в схему холодильной машины включают дополнительный элемент – промежуточный холодильник. Температура точки 3 зависит от температуры проточной воды. Как правило, она несколько выше температуры точки 3' (точки 3 и 3' лежат на одной изобаре Рпр), поэтому говорят, что в рассматриваемом цикле имеет место неполное промежуточное охлаждение пара холодильного агента.

Холодильный коэффициент этого цикла может быть определён как

. (3.4)

Нетрудно заметить, что в одноступенчатом цикле 1, 2', 4, 5, 6, осуществляемом в том же интервале давлений Рк и Р0, при той же величине удельной массовой холодопроизводительности q0 теоретическая работа сжатия (площадь цикла) больше на величину, эквивалентную площади 2, 2', 4, 3. Ниже в цикле и температура конца сжатия в компрессоре (t4 < t2'), что также является важным при оценке качества цикла холодильной машины.

При построении цикла (рис. 3.10) необходимо задаться величиной промежуточного давления Рnp. Можно показать, что целесообразно выбирать Рпр из условий равной степени сжатия в компрессорах СНД и СВД, т.е. Рпр/Р0 = Рк/Рпр откуда следует, что

. (3.5)


На практике цикл с неполным промежуточным охлаждением и одним дросселированием используется в низкотемпературных холодильных машинах небольшой мощности, например, в низкотемпературных шкафах, термобаро-
камерах и т.д. (рис. 3.11).

 

 

Рис. 3.11. Принципиальная схема и цикл фреоновой двухступенчатой холодильной машины с неполным промежуточным охлаждением и одним дросселированием: I – компрессор СНД, II – промежуточной холодильник, III – компрессор СВД, IV – конденсатор, V – РТО, VI – РВ, VII – испаритель, 1, 1' и 5, 5' – процессы в РТО

 

Недостатком цикла с неполным промежуточным охлаждением и одним дросселированием является наличие неполного промежуточного охлаждения холодильного агента (полное 2, 3', рис. 3.11 энергетически более выгодно) и большие потери холодопроизводительности при дросселировании холодильного агента (отрезок 6-7). От перечисленных недостатков избавлен цикл с полным промежуточным охлаждением и двойным дросселированием, который получил широкое распространение в двухступенчатых аммиачных холодильных машинах (рис. 3.12).



 

 

Рис. 3.12. Принципиальная схема и цикл двухступенчатой холодильной машины с полным промежуточным охлаждением и двойным дросселированием: I – компрессор СНД, 11– промежуточной холодильник, III – промежуточный сосуд, IV – компрессор СВД, V – конденсатор, VI – PBI, VII – РВII, VIII – испаритель

В компрессоре СНД такой холодильной машины холодильный агент сжимается по адиабате 1, 2 от давления Р0 до Рпр. Отсюда перегретый пар в состоянии 2 поступает а промежуточный холодильник II, где (насколько это возможно) переохлаждается проточной водой в изобарном процессе 2, 2' и проходит через промсосуд III. Последний представляет собой вертикально ориентированный пустотелый сосуд, частично заполненный кипящей жидкостью при давлении Рпр (состояние 7). Перегретый пар состояния 2' барботирует через слой этой жидкости, в результате чего происходит полное переохлаждение пара (2', 3). Естественно, что, принимая теплоту перегрева 2', 3, некоторая часть жидкого агента состояния 7 вскипит (7, 3) и превратится в пар (обозначим это количество пара G'). Вместе с основным потоком пара G, прошедшим через компрессор ступени СНД, этот пар поступает в компрессор ступени СВД, где сжимается по адиабате 3, 4 от давления Рпр до Рк. Из компрессора ступени СВД пар нагнетается в конденсатор, в котором происходит переохлаждение пара до состояния насыщения (4, 4') и его конденсация (4', 5). Отсюда жидкий холодильный агент поступает на дросселирование в PBI (5, 6).

Образовавшаяся в результате дросселирования парожидкостная смесь состояния 6 механически разделяется в промсосуде III: более легкий пар (состояние 3) в количестве G" собирается в верхней части промсосуда III и откачивается компрессором СВД, а более тяжелая жидкость (состояние 7) идет на дросселирование в РВ VII (7, 8) и испаритель VIII, где кипит при низком давлении Р0 (8, 1). Компрессор ступени СНД откачивает из испарителя образовавшийся пар и тем самым поддерживает в нем низкое давление Р0.

Нетрудно заметить, что, если через компрессор ступени СНД проходит G, кг/с пара, то через компрессор ступени СВД – большее количество (G + G' + G") кг/с. Поэтому величину холодильного коэффициента цикла удобно записать через общий расход пара в каждой из ступеней сжатия:

, (3.6)

где Q0 – холодопроизводительность машины, кВт;

LСНД, LСВД – работа сжатия в течение 1 с, т.е. теоретическая мощность каждой из ступеней.

Сократив в (3.6) G, получим формулу для расчета e через удельную холодопроизводительность:

,

где a = G'/G – относительное количество пара, образовавшееся в процессе барботажа;

b = G"/G – относительное количество пара, образовавшееся в процессе дросселирования 5, 6 (фактически b – степень сухости влажного пара в состоянии 6).

Поскольку , а , то выражение (1 + a + b) можно представить как:

,

а величину холодильного коэффициента цикла

. (3.7)

Важно отметить, что, несмотря на то, что расход пара в компрессоре СНД меньше, чем в компрессоре СВД, по геометрическим размерам последний значительно меньше компрессора СНД, т.к. удельный объем всасываемого пара V3 значительно меньше V1.

На предприятиях пищевой промышленности цикл с полным промежуточным охлаждением и двойным дросселированием, используются для обеспечения холодом камер хранения замороженных грузов, камерных морозилок и скороморозильных аппаратов. Однако встречаются различные модификации этого цикла. Так, часто в схему холодильной машины не включают промежуточный холодильник II. В этом случае в промежуточный сосуд III поступает перегретый пар в состоянии 2. Схема холодильной машины упростится, однако холодильный коэффициент цикла уменьшится (знаменатель выражения (3.7) увеличится). Объяснение этому простое: большее количество жидкого холодильного агента после первого дросселирования будет затрачиваться непроизводительно (на переохлаждение пара 2, 2'), т.е. не попадет в испаритель холодильной машины.

Часто рассматриваемый цикл реализуют с глубоким переохлаждением жидкости высокого давления в змеевике промежуточного сосуда (рис. 3.13).

 

 
 


 

Рис. 3.13. Схема и цикл двухступенчатой холодильной машины с глубоким переохлаждением жидкости в змеевике промсосуда (обозначения те же, что и на рис. 3.12): 5, 7 – глубокое переохлаждение жидкости в змеевике промсосуда III

В схему такой холодильной машины включают промежуточный сосуд с теплообменником (змеевиком), который погружен в кипящую жидкость (состояние 8). Постоянный уровень жидкости в нем поддерживается при помощи PBI (VI). Теоретически величина холодильного коэффициента этого цикла будет такая же как и у предыдущего (если положить, что t7 = t8).

Практически, однако, t7 всегда выше t8 на 3...5 °С, что приводит к необратимым потерям и незначительному снижению величины e.

Тем не менее, рассматриваемая схема нашла широкое применение, т.к. обладает существенным эксплуатационным преимуществом: смазочное масло из компрессора СНД уже удалённое в маслоотделителе, не попадает снова в теплообменные аппараты холодильной машины и не загрязняет их.

Конструктивно ступени низкого и высокого давления могут быть выполнены как отдельные одноступенчатые компрессоры, включенные последовательно в схему холодильной машины. Для ступени низкого давления часто применяют компрессоры облегченного типа, рассчитанные на небольшие давления в конце сжатия, которые иногда называют поджимающими, т.е. бустерными. В качестве бустер-компрессоров используют поршневые, ротационные и винтовые компрессоры. Иногда компрессоры СНД и СВД объединяют в двухступенчатый агрегат, включающий два компрессора, разделенные промсосудом. Отечественная промышленность выпускает и однокорпусные двухступенчатые компрессоры (например, четырехцилиндровые – один из цилиндров которых выполняет функции компрессора СВД, а остальные – СНД).

Расчет цикла двухступенчатой холодильной машины с неполным промежуточным охлаждением (рис. 3.11) выполняют по схеме, аналогичной схеме расчета одноступечатого цикла. Исходными данными являются температуры кипения t0 и конденсации tк. Вначале по Р, i – диаграмме заданного холодильного агента определяют давления Р0 и Рк и по формуле (3.5) – промежуточное давление в цикле Рпр. Эти линии наносят на диаграмму и последовательно определяют параметры точек 1, 2, 3, 4, 5, 6. Параметры точки 3 находят на пересечении изобары Рпр и адиабаты 3, 4 (температура t3 на 3...5 °С выше температуры проточной воды в промежуточном холодильнике).

Расчет цикла двухступенчатой холодильной машины с полным промежуточным переохлаждением (рис. 3.13) выполняют аналогично. Ниже приводится пример такого расчета (холодильный агент – аммиак, tк = +35 °С, t0 = –30 °С):

1. В диаграмме lg Р, і для аммиака наносят изотермы t0, tк и определяют соответствующие им значения давлений Р0 и Рк. Определяют параметры точек 1 и 5.

2. По формуле (3.5) определяют значение давления Рпр и наносят на диаграмму. Определяют параметры точки 3.

3. На пересечении соответствующих линий определяют параметры точек 2 и 4.

4. На пересечении изотермы tпр и изобары Рк определяют параметры точки 7. Параметры найденных точек вносят в таблицу.


 

№ точки t, °С Р, МПа V, м3/кг I, кДж/кг S, Дж/(кг·К)
минус 30 0,13 0,88 9,22
0,42 0,37 9,22
минус 2 0,42 0,30 8,88
1,35 0,12 8,88
1,35
минус 2 0,42
1,35
0,42
минус 30 0,13

 

Далее определяют:

5. Удельную массовую холодопроизводительность:

q0 = і1і9 = 1648 – 420 = 1128 кДж/кг.

6. Удельную работу сжатия в компрессорах СНД и СВД:

lСНД = і2і1 = 1820 – 1648 = 172 кДж/кг.

lСВД = і4і3 = 1850 – 1675 = 175 кДж/кг.

7. Холодильный коэффициент цикла холодильной машины:

.

8. Удельную тепловую нагрузку на конденсатор:

= 1280 кДж/кг.

9. Холодильный коэффициент цикла Карно:

= 3,74.

10. Степень термодинамического совершенства цикла холодильной машины:

,

что следует для двухступенчатого цикла признать удовлетворительным.

 





Дата добавления: 2014-01-04; Просмотров: 749; Нарушение авторских прав?;


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



ПОИСК ПО САЙТУ:


Читайте также:



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2017) год. Не является автором материалов, а предоставляет студентам возможность бесплатного обучения и использования! Последнее добавление ‚аш ip: 54.198.163.124
Генерация страницы за: 0.105 сек.