Двухступенчатые холодильные маiiшны

Глава V

 

ЦИКЛЫ И СХЕМЫ ДВУХСТУПЕНЧАТЫХ И КАСКАДНЫХ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН

 

ДВУХСТУПЕНЧАТЫЕ ХОЛОДИЛЬНЫЕ МАIIШНЫ

 

В рассмотренных схемах компрессионных холодильных машин, которые предназначены для осуществления холодильных циклов между температурой кипения порядка -20 и температурой конденсации около +30°С холодильный агент сжимается в цилиндре компрессора от давления кипения до давления конденсации. Такое сжатие называется одноступенчатым. В тех случаях, когда холодильная машина должна работать с большей разностью температур конденсации и кипения, и, следовательно, с большей величиной отношения давления конденсации p к давлению кипения p₀ применять одноступенчатое сжатие экономически невыгодно, так как с увеличением отношения коэффициент подачи и индикаторный к.п.д. компрессора уменьшаются и, следовательно, снижается холодопроизводительность машины и повышается потребление энергии. Кроме того, сильно повышается температура холодильного агента в конце сжатия, отчего значительно ухудшаются условия эксплуатации компрессора.

Практика показывает, что одноступенчатые аммиачные и фреоновые холодильные машины целесообразно применять только при отношении давлений . При более высоких значениях этого отношения согласно действующему ГОСТу следует пользоваться двух- или многоступенчатыми машинами.

При двух- или многоступенчатом сжатии холодильный агент сжимается от давления кипения до давления конденсации не сразу, а последовательно в двух или нескольких ступенях с промежуточным охлаждением частично сжатых паров. Отношение давления нагнетания к давлению всасывания холодильного агента в каждой ступени машины меньше отношения его давления конденсации к давлению кипения, между которыми осуществляется цикл данной ступенчатой машины. Поэтому в двух- или многоступенчатых машинах меньше объемные и энергетические потери и значительно лучше условия эксплуатации компрессоров.

В предприятиях общественного питания и пищевой промышленности часто применяют машины двухступенчатого сжатия, например, при быстром замораживании пищевых продуктов, изготовлении мороженого и т.д.

Принципиальные схемы холодильных машин с двух ступенчатым сжатием холодильного агента показаны на рис.15.

Машины, действующие по этим схемам, отличаются одна от другой только способами промежуточного охлаждения холодильного агента при переходе его из первой ступени сжатия во вторую. По одной схеме (рис.15, а) пары холодильного агента после I ступени сжатия охлаждаются сначала водой, а затем кипящим холодильным агентом при промежуточном давлении до температуры насыщения. По другой схеме (рис.15, б) пары холодильного агента после I ступени сжатия охлаждаются только
водой и до температуры насыщения не доводятся.

 

Рис.15. Схема машины двухступенчатого сжатия:

а - с полным промежуточным охлаждением; б - с неполным промежуточным охлаждением: 1 - цилиндр низкого давления, 2 - цилиндр высокого давления, 3 - конденсатор, 4 - испаритель низкого давления, 5 - испаритель промежуточного давления, 6 - водяной охладитель, 7 - промежуточный сосуд, 8 - первый регулирующий вентиль, 9 - второй регулирующий вентиль.

 

По этим схемам машина может работать на две температуры кипения холодильного агента.

Рис.16. Рабочие процессы двухступенчатых компрессионных холодильных машин в тепловых диаграммах.

 

По схеме двухступенчатого сжатия с полным промежуточным охлаждением (рис.15, а) холодильная машина работает следующим образом.

В испарителе 4 при низком давлении p₀₂, низкой температуре t₀₂ кипит холодильный агент. Образующиеся пары в состоянии, характеризуемом на тепловых диаграммах (рис.16) точкой а, засасываются в цилиндр компрессора I ступени 1, сжимаются в нем по адиабате a-b до промежуточного давления p₀₁ и нагнетаются в водяной промежуточный охладитель 6, где охлаждаются водой по изобаре b-c до состояния, характеризуемого точкой c. Затем они направляются в промежуточный сосуд 7, в котором за счет частичного испарения жидкого холодильного агента при давлении p₀₁ охлаждаются по изобаре c-d до состояния насыщения (точка d).

В этом состоянии пары из промежуточного сосуда, вместе с парами, образующимися в первом регулирующем вентиле 8, и парами из испарителя 5 (см. рис.15) засасываются в цилиндр компрессора II ступени 2, сжимаются в нем по адиабате d-e до давления конденсации p и нагнетаются в конденсатор 3. В конденсаторе, как и при одноступенчатом сжатии, пары конденсируются, и образующийся конденсат переохлаждается. На диаграмме эти процессы протекают соответственно по изобарам e-f и f-g. В состоянии, характеризуемом точкой g, жидкий холодильный агент поступает к первому регулирующему вентилю 8, дросселируется в нем по изоэнтальпе g-h до давления p₀₁ и вместе с образующимся при этом паром проходит в промежуточный сосуд 7. Отсюда основная масса холодильного агента направляется в испарители 4 и 5. Причем жидкость, идущая в испаритель 4, перед поступлением в него подвергается дросселированию во втором регулирующем вентиле 9 от давления p₀₁ до p₀₂. На тепловых диаграммах процесс дросселирования в регулирующем вентиле 9 изображается изоэнтальпой i-j, а процесс кипения в испарителе 4 - изобарой j-a. Жидкость, поступающая в испаритель 5, вторичному дросселированию не подвергается. Она кипит при том же давлении p₀₁, которое поддерживается в промежуточном сосуде. Следовательно, кипение холодильного агента в испарителе 5 проходит при более высокой температуре кипения, чем в испарителе 4. Процесс кипения в испарителе 5 на тепловых диаграммах изображается изобарой h-d. Образующиеся в этом испарителе пары поступают в промежуточный сосуд 7, смешиваются с находящимися здесь парами и засасываются в цилиндр высокого давления 2.

Испаритель 5, работающий под промежуточным давлением, не является обязательным элементом двухступенчатой машины. Если по технологическим условиям не требуется охлаждение при температуре t₀₁, то этот испаритель не нужен в установке.

Промежуточный сосуд 7 в холодильной машине, работающей по рассмотренной схеме, выполняет одновременно и функцию отделителя жидкости.

При двухступенчатом сжатии с неполным промежуточным охлаждением (см. рис.15, б) пары холодильного агента, сжатые в компрессоре I ступени 1, проходят только через водяной охладитель 6, из которого, минуя промежуточный сосуд 7, поступают непосредственно в компрессор II ступени 2. Компрессором II ступени всасывается холодильный агент в состоянии перегретого пара, которое на тепловых диаграммах характеризуется точкой c. Процесс сжатия в компрессоре I ступени изображается адиабатой c-k.

В остальном обе рассматриваемые машины аналогичны.