Искусственное охлаждение. Структурные схемы холодильных машин. Глубокое охлаждение, страница 6

Из теплового баланса блока «рекуператор – дроссель» без учета тепловых потерь вытекает

                                        ,                                       (44.6)

откуда

                                                  ,                                                 (44.7)

где n – доля сжиженного газа.

В действительном цикле эта величина составит

                                          .                                         (44.8)

Удельная работа l, затраченная в цикле на сжижение 1 кг газа, может быть вычислена по уравнению

                                    ,                                   (44.9)

где  – работа изотермического сжатия, Дж/кг;  – средний коэффициент полезного действия изотермического сжатия.

Холодильный коэффициент цикла ε, в соответствии с его физическим смыслом, определится по уравнению

                                       .                                    (44.10)

Холодильный коэффициент рассмотренного цикла весьма низок. Для его увеличения может быть выбран, в частности, способ дополнительного снижения температуры дросселируемого газа, приведенный ниже.

Цикл с предварительным аммиачным охлаждением и однократным дросселированием. Цикл, приведенный на рис. 44.8, отличается от предыдущего тем, что в состав машины введены два регенеративных теплообменника III и V, а между ними на линии газа высокого давления установлен испаритель аммиачной холодильной машины IV, которая на рис. 44.8 не показана.

Как и в предыдущем цикле, газ с параметрами р₁, t₁, i₁ (т. 1) сжимается в компрессоре I и одновременно охлаждается в холодильнике II до исходной температуры Т₁ (отрезок 1–2 на диаграмме).

Сжатый газ с параметрами р₂, Т₁, i₂ (т. 2) направляется в противоточный регенеративный теплообменник предварительного охлаждения III, где охлаждается «обратным» газом низкого давления до температуры Т_3' (отрезок 2–3'). Затем проходит через аммиачный испаритель IV, где охлаждается до температуры Т₃ (отрезок 3'–3). После испарителя газ высокого давления проходит через основной регенеративный теплообменник V, где охлаждается до температуры Т₄ (отрезок 3–4) «обратным» газом с параметрами р₁, Т₀ и далее изоэнтальпически расширяется в дросселе VI (отрезок 4–5). Из сборника VII отделившийся от конденсата газ с параметрами р₁, Т₀, i_5' (т. 5'), проходя через теплообменники V и III, последовательно нагревается в них от температуры Т₀ до температуры Т₃ и от температуры Т₃ до температуры Т₁.

Рисунок 44.8 – Регенеративный цикл с однократным дросселированием
и предварительным охлаждением: а – принципиальная схема установки;

б – изображение цикла на диаграмме Т–S (1…6 – характерные точки цикла);

(I – компрессор; II – холодильник компрессора; III – предварительный регенеративный теплообменник; IV – аммиачный холодильник компрессионной холодильной машины;
V – основной регенеративный теплообменник; VI – дроссель; VII – сборник жидкого продукта)

Теоретическая удельная холодопроизводительность q₀ этого цикла выражается уравнением:

                               ,                            (44.11)

где  – удельная холодопроизводительность дроссельного цикла Линде, Дж/кг;  – удельная холодопроизводительность аммиачной холодильной машины, Дж/кг.

Поскольку , постольку и эффективность этого цикла значительно выше эффективности простого цикла Линде.

Остальные параметры цикла с аммиачным охлаждением могут быть рассчитаны по соответствующим уравнениям предыдущего примера.