Двухступенчатые и каскадные ПКХМ

Применяются при необходимости получения холода на низкотемпературном уровне. К двухступенчатому сжатию переходят при температурах кипения хладагента менее -30^оС и >8.

Каскадные машины находят применение в стационарных установках, при t_o ниже -70^оС.

Наиболее простой двухступенчатой ПКХМ является машина, в которой осуществляется цикл с двухступенчатым сжатием и однократным дросселированием хладагента.

В теоретическом цикле сокращаются потери обусловленные увеличением необратимости цикла при переносе процесса сжатия в область перегретого пара, но остаются дроссельные потери без изменений.

Необратимость цикла уменьшается за счет разделения сжатия на две ступени и применение промежуточного охлаждения хладагента.

Слабо перегретый пар (состояние 1) всасывается из испарителя И компрессором КМ1 ступени 1 (низкого давления) при давлении р_о и адиабатно сжимается до промежуточной (1-2). При перегретый пар охлаждается забортной водой в промежуточном холодильнике ПХ (2-3), затем адиабатно сжимается в компрессоре второй ступени КМ2 (ступень высокого давления) до давления конденсации р_к (3-4).

Рис.16 Двухступенчатая парокомпрессионная холодильная машина с однократным дросселированием.

Далее процесс не изменяется по сравнению с предыдущим одноступенчатым сжатием.

Удельная массовая производительность хладагента q_o не изменяется, а суммарная удельная работа цикла l₁+l₂ за счет промежуточного охлаждения будет меньше, чем у одноступенчатой на Dl

Dl = ()-() ~ S _2-2’-4-3-2 (17)

Снижаются потери в реальных КМ1 и КМ2 вследствие понижения степени сжатия каждой из них.

Холодильный коэффициент теоретического цикла с 2-х ступенчатым сжатием

e_t2 = = (18)

q_o ~ S _6-1-a-b-6

l₁ – удельная работа на адиабатическом сжатии хладагента в компрессоре 1-ой ступени; S _{1-2-3-c’-c-1}

l₂ – удельная работа на адиабатическом сжатии хладагента в компрессоре 2-ой ступени; S _{3-4-4”-4’-5-c’-3}

Применение двукратного дросселирования хладагента в 2-х ступенчатых ПКХМ позволяет уменьшить необратимые потери связанные как со сжатием так и с дросселированием.

Схема 2-х ступенчатой машины с двукратным дросселированием может предусматривать неполное промежуточное охлаждение, когда пар перед КМ2 остается перегретым (рис 9.2) и полное промежуточное охлаждение, когда в КМ2 поступает сухой насыщенный пар (рис 9.3). Полное промежуточное охлаждение достигается понижением температуры пара, выходящего из водяного промежуточного холодильника ПХ с помощью кипящей жидкости, полученной при первом дросселировании в РК1. Двухступенчатая машина с двукратным дросселированием может иметь 2 испарителя: основной – низкотемпературный И1 (t_o1) и И2 с температурой кипения t_o2, p_o2. Схема машины и ее эксплуатация усложнены. Дополнительно включены: промежуточный сосуд ПС, который служит для отделения пара, полученного при первом дросселировании, и может быть использован для полного промежуточного охлаждения хладагента; к нему может подключатся и испаритель И2.

При неполном промежуточном охлаждении (9.2) пар после ПХ (т₁, сост 3”) смешивается с паром, отделенным от жидкости в ПС (т_х, сост 3”) и паром, вышедшем из И2 (т₂, сост 3”). Смесь паров (сост 3) всасывается компрессором второй ступени КМ2.

При полном промежуточном охлаждении (9.3) часть жидкости в ПС (т’) расходуется на охлаждение перегретого пара, поступающего из промежуточного холодильника (т₁) до состояния насыщения (3^’ - 3”). Если в состав машины входит И2, в него направляется часть жидкости из ПС (т₂) для получения охлаждающего эффекта при t_o2 (6^’ – 3^’). Поток пара, выходящий из ПС, состоит из т₁ из испарителя И1, т_х отделяется после первого дросселирования, т’ получается при полном промежуточном охлаждении. В машине с двумя испарителями к этому потоку добавляется пар из И2(т₂).

Рис.17 Двухступенчатая парокомпрессионная холодильная машина с двукратным дросселированием при неполном промежуточном охлаждении

Неполное: массовый расход хладагента ч/з КМ1 и КМ2

м = м₁ + м₂ + м_х (кг/с) КМ1 – м₁

Полное: м = м₁ + м₂ + м_х + м' (кг/с) КМ1 – м₁

Рис.18 Двухступенчатая парокомпрессионная холодильная машина с двукратным дросселированием при полном промежуточном охлаждении

Если холодопроизводительность И2 соизмерима с И1, то устанавливают две автономные машины для получения холода на разных температурных уровнях, либо получают весь холод на низкотемпературном уровне.

Холодильный коэффициент при отсутствии И2 (м₂=0)

Неполный ПО: (19)

q_o1 – удельная массовая холодопроизводительность хладагента в цикле, кДж/кг

l_1, l₂ – удельная работа, затрачиваемая на адиабат. сжатие хладагента в компрессоре первой и второй ступеней, кДж/кг

Полный ПО: (20)

- относительный массовый расход пара, образовавшегося после первого дросселирования;

- жидкости на полное промежуточное охлаждение пара в ПС;

a^’ и a^” определяем из уравнения теплового баланса ПС.

>

Лекция №10

Дата добавления: 2014-11-28