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

q ₀ =i _1"- i ₄,

а удельная работа сжатия компрессора

l=i ₂ -i ₁

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 >х ₄.

Удельная работа сжатия компрессора с понижением температурыкипения увеличивается:

l _a =i _2a -i _1a

При этом уменьшается удельная.массовая холодопроизводительность компрессора

q _0км =i ₁ -i ₄

и повышается темцература конца сжатия пара в компрессоре:

t _2a >t ₂.

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

v _1a >v ₁,

что приводит к существенному уменьшению удельной объемной холодопроизводительности компрессора q_{v км}.

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

ε=q ₀ /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 /р ₀ на характеристики холодильной машины можно избежать заменой одноступенчатого рабочего цикла многоступенчатым.

Считается, что переходить к многоступенчатому сжатию следует, если р _к /р ₀ >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 KM ₁, 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 КМ ₂.

В компрессоре КМ ₂ 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 t ₆ будет на 3...5 °С выше t _7'= t _пр Разность температур в t ₆- t ₇ = 3...5 °С называют недорекуперацией.

После переохлаждения основной массовый поток хладагента g₁ (в кг/с) дросселируется в регулирующем вентиле РВ ₁ (6 - 8) и поступает в испаритель И. Небольшая же часть этого потока дросселируется в регулирующем вентиле РВ ₂ (6—7) и поступает в промежуточный сосуд. Образующийся в процессе дросселирования G ' пар вместе с основным массовым потоком G ₁ всасывается компрессором второй ступени KM ₂. 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,

G ₂ =G ₁ +G'+G",

т. е массовый поток G ₂, всасываемый компрессором КМ ₂, больше массового потока G ₁, проходящего через испаритель и компрессор К.М ₁, на сумму G'+G", которая составляет 10 - 20 % от G ₁

Объемный поток пара, всасываемого компрессором КМ ₁:

V ₁ =G ₁ v ₁ ..

Он в несколько раз больше объемного потока пара, всасываемого компрессором КМ ₂:

V ₂ =G ₂ v ₃.

Это объясняется тем, что удельный объем v ₁ значительно больше удельного объема v ₃

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 t ₄ 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):

Δq ₀ =i _8a -i ₈

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 G ₂ больше массового потока G ₁ это должно быть учтено при расчете характеристик цикла с помощью диаграммы. Условно принимают: если G ₁ = 1кг, то при расчете процессов, происходящих с массовым потоком G ₂, разность энтальпий умножают на отношение G ₂ /G ₁.

Так, удельная работа сжатия компрессора km ₁

l _км1 =i ₂ -i _1,

а компрессора КМ ₂

l _км2 =(G ₂ /G ₁ )(i ₄ -i ₃ )

Дата добавления: 2014-01-04