Схемы и циклы каскадных фреоновых холодильных машин

В ряде случаев, обычно для экспериментальных или других специальных целей, необходимы низкие температуры — порядка —80…—100 °С. Использование в этих случаях многоступенчатых холодильных машин, работающих на одном хладагенте, нецелесообразно.

Так, при работе на хладагенте среднего давления RI2 или R22 давление кипения будет существенно ниже атмосферного, а удельный объем пара, всасываемого компрессором, очень большим. Поэтому компрессор нижней ступени будет иметь увеличенные габаритные размеры и металлоемкость.

Применение одного хладагента высокого давления невозможно из-за низкой критической температуры, а аммиак вообще нельзя использовать, так как его температура замерзания —78 °С.

Для получения низких температур эффективны так называемые каскадные фреоновые холодильные машины. Они представляют собой систему отдельных одноступенчатых или двухступенчатых машин, работающих на разных хладагентах.

На рис. 4 показана принципиальная схема и циклы наиболее простой каскадной двухступенчатой фреоновой холодильной машины. Она состоит из двух одноступенчатых холодильных машин, одна из которых — нижняя сту­пень каскада — работает на хладагенте R13, а другая — верхняя ступень — на хладагенте R22.

Циклы этой машины условно изображены на одной диаграмме (рис. 4, б) в целях лучшего понимания принципа ее действия.

Обе ступени каскадной машины объединяет один общий аппарат конденсатор-испаритель КД-И. Он служит конденсатором для хладагента R13 и испарителем для хладагента R22. В нем теплота конденсации RI3 передается кипящему R22.

Использование в нижней ступени R13 позволяет иметь в испарителе низкую температуру кипения (до —80 °С) при давлении кипения р₀ выше атмосферного. Напомним, что нормальная температура кипения R13 t_нк=-81,6 °С, а температура замерзания t₃= = -180 °С.

Сравнительно малый объем всасываемого пара n₁ обусловливает небольшие габаритные размеры и металлоемкость компрессора нижней ступени.

Значительно меньше у R13 по сравнению с R22 и отношение давлений p_к/p₀. Если принять температуру кипения t₀=- 80 °С, а конденсации в КД-И t_к=-40 °С, то отношение p_к/p₀ будет для R22 равно 10,2, для R13 — 5,5. т. е. примерно в 2 раза меньше, что весьма существенно отражается на рабочих характеристиках компрессора.

Если известна тепловая нагрузка на испаритель Q_и, то массовый поток хладагента R13 G_RI3 (кг/с) можно найти из отношения:

Из теплового баланса конденсатора-испарителя КД-И

(если пренебречь теплообменом с окружающей средой) следует, что массовый поток хладагента R22 (кг/с)

В остальном расчет не отличается от приведенного в теме 4.

Список литературы

1. Холодильные машины: Справочник. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982.

2.Холодильные машины. Под общей ред. И. А. Сакуна. Л.: Машиностроение, 1985.

Тема 6

Дата добавления: 2014-01-04