Циклы и принципиальные схемы паровых многоступенчатых холодильных машин

Причины перехода к многоступенчатым процессам сжатия и дросселирования

При понижении температуры испарения Т ₀ - снижается давление Р ₀, а при повышении температуры конденсации Т _к – увеличивается давление Р _к. В итоге увеличивается степень повышения давления в компрессоре и разность давлений Р _к- Р ₀. Увеличение степени повышения давления в ступени приводит к следующим отрицательным явлениям:

1) снижается коэффициент подачи компрессора, а следовательно, уменьшается его КПД и производительность;

2) растет температура нагнетания в компрессоре, что может вызвать пригорание или самовозгорание масла, температурные деформации и т.п.;

3) возрастают поршневые усилия, т.е. нужны электродвигатели с большим моментом вращения. Это ведет к удорожанию установки;

4) увеличивается работа сжатия паров ХА, а следовательно, растут энергозатраты в компрессоре;

5) растут потери дросселирования ХА и уменьшается холодопроизводительность цикла q ₀.

Иллюстрация указанных процессов в цикле приведена на рис. 5.1.

Рис.5.1. Изменение цикла ХМ при увеличении температуры конденсации и снижении температуры кипения

Если перейти от одноступенчатого сжатия к двухступенчатому, то цикл ХМ трансформируется, как это видно на рис.5.2.

Преимущества перехода на многоступенчатое сжатие:

1) уменьшаются степени повышения в ступенях компрессора

где z – число ступеней, e_к – общая степень повышения давления в компрессоре. Это ведет к росту коэффициента подачи, т.е. возрастают КПД и производительность компрессора;

Рис.5.2. Трансформация цикла ХМ: 1-2-3-4-1 – одноступенчатый цикл; 1-5-6-7-3-8-9-10-1 – цикл с двухступенчатым сжатием и двухступенчатым дросселированием

Преимущества перехода на многоступенчатое сжатие:

1) уменьшаются степени повышения в ступенях компрессора

где z – число ступеней, e_к – общая степень повышения давления в компрессоре. Это ведет к росту коэффициента подачи, т.е. возрастают КПД и производительность компрессора;

2) уменьшается работа сжатия на величину D l _к (см. рис.5.2);

3) снижается температура нагнетания ХА Т ₇< Т ₂;

4) появляется возможность получения холода 2-х температур в одной установке. Это увеличивает экономичность холодильной машины и станции в целом.

Схемы двухступенчатых ХМ отличаются большим разнообразием. Они различаются числом ступеней дросселирования, способами промежуточного охлаждения ХА между ступенями сжатия, типами промежуточных сосудов и др. У каждой схемы свои достоинства и недостатки. Более подробно смотри, например, [3]. Для примера рассмотрим некоторые наиболее типичные схемы.