Искусственное охлаждение. Структурные схемы холодильных машин. Глубокое охлаждение

ЛЕКЦИЯ 44

Искусственное охлаждение (часть 2)

44.1. Структурные схемы холодильных машин

Структура схемы холодильной машины определяется следующими основными параметрами:

– необходимой температурой охлаждения Т_о и соответствующим давлением на входе в компрессор р₁;

– возможной температурой конденсации Т и соответствующим давлением на выходе из компрессора р₂;

– холодопроизводительностью машины;

– объемной холодопроизводительностью хладоагента;

– степенью сжатия в компрессоре и соответствующим значением его коэффициента подачи λ.

При температурах охлаждения до 240 К обычно используются одноступенчатые холодильные машины, схема и диаграммы процесса которых рассмотрены в предыдущей лекции. Степень сжатия в компрессоре таких машин , а .

С понижением температуры охлаждения Т_о до 210 К используются многоступенчатые холодильные машины. Снижение температуры связано со снижением давления р₁, с возрастанием степени сжатия и резким падением коэффициента подачи в одноступенчатой машине. Многоступенчатое сжатие позволяет значительно улучшить технико-экономические характеристики машины. Ниже приведены различные схемы холодильных машин умеренного холода.

Двухступенчатые машины

Двухступенчатые холодильные машины используются для получения температур охлаждения до 210 К. Структурные схемы этих машин различаются способами промежуточного охлаждения сжимаемого пара между ступенями и степенью этого охлаждения. На рис. 44.1 приведен один из вариантов структурной схемы и его изображение на T–S диаграмме.

Сухой насыщенный пар хладоагента из испарителя первой ступени 9 всасывается компрессором первой ступени 1 и адиабатно сжимается от давления р₀₁ до р₀₂ (отрезок 1–2). Сжатый и перегретый пар поступает в охладитель 2, где частично охлаждается (отрезок 2–3'). Частично охлажденный пар поступает в промежуточный сосуд 3 под слой жидкости и барботирует через нее. В процессе контакта перегретого пара с жидкостью происходит его охлаждение до состояния насыщения (отрезок 3'–3), затем полная его конденсация (отрезок 3–9). Образовавшийся конденсат на выходе из сосуда 3 разделяется на два потока. Один поток поступает в испаритель промежуточного давления 7, где испаряется за счет теплоты охлаждаемого вещества (отрезок 9–3), второй поток проходит через дроссель первой ступени 8 (отрезок 9–10) и поступает в испаритель первой ступени 9, где испаряется за счет теплоты вещества, охлаждаемого до более низкой температуры (отрезок 10–1).

Пар, образовавшийся в сосуде 3 за счет теплоты перегрева пара, пришедшего из охладителя 2, и пар, образовавшийся в испарителе 7, всасывается компрессором второй ступени 4 и сжимается от давления р₀₂ до давления р (отрезок 3–4). Сжатые пары проходят через конденсатор второй ступени 5, где остужаются до состояния насыщения (отрезок 4–5), конденсируются (отрезок 5–6) и переохлаждаются (отрезок 6–7). Переохлажденный конденсат проходит через дроссель второй ступени 6 (отрезок 7–8) и в виде парожидкостной смеси поступает в промежуточный сосуд 3, из которого пар всасывается компрессором второй ступени 4, а жидкость направляется в испарители 7 и 9.

Рисунок 44.1 – Холодильная компрессионная машина с двухступенчатым сжатием,
полным промежуточным охлаждением и двухступенчатым регулированием (дросселированием):
а – схема (1 – компрессор первой ступени; 2 – водяной охладитель первой ступени; 3– промежуточный
сосуд; 4 – компрессор второй ступени; 5 – конденсатор второй ступени; 6 – дроссель второй ступени;
7 – испаритель промежуточного давления; 8 – дроссель первой ступени; 9 – испаритель первой ступени);
б – тепловые диаграммы рабочего цикла

Рассмотренная схема холодильной машины позволяет существенно снизить температуру кипения в испарителе первой ступени 9 и организовать охлаждение одновременно на двух температурных уровнях. Необходимо при этом отметить, что при такой схеме испарители обоих уровней загрязняются смазочными маслами компрессоров, а регулирование дроссельными вентилями затруднено из-за малых перепадов давления в дросселе первой ступени 8.

Трехступенчатые и каскадные машины