Циклы двухступенчатых холодильных машин

В двухступенчатых машинах пары хладагента из испарителя всасываются низкой ступенью компрессора, и после сжатия до промежуточного давления охлаждаются. Охлажденные пары сжимаются в высокой ступени компрессора и поступают в конденсатор. Жидкий хладагент из конденсатора, дросселируясь, поступает в испаритель, где кипит, отнимая теплоту от охлаждаемого объекта.

По степени охлаждения хладагента различают двухступенчатые машины с неполным промежуточным и полным промежуточным охлаждением.

По способу дросселирования хладагента, поступающего в испаритель, различают схемы с однократным и двукратным дросселированием. Рассмотрим работу двухступенчатой холодильной машины с неполным промежуточным охлаждением (рис. 1.10).

Пар из испарителя И при давлении кипения р_о засасывается компрессором низкого давления КНД

и сжимается адиабатически (1→ 2) до промежуточного давления р_и. Далее он охлаждается забортной водой в промежуточном холодильнике ПХ (2-+3') от температуры t₂ до t_3´. После охлаждения пар сжимается в компрессоре высокого давления КВД по адиабате (3'→4). В конденсаторе КД пар охлаждается (4→4⁰), конденсируется (4°→5°), и полученная жидкость переохлаждается (5°→5). Процесс передачи теплоты от хладагента забортной воде протекает при постоянном давлении р_к (4→5) в конденсаторе КД. В регулирующем вентиле РВ жидкий хладагент дросселируется до давления р_о (5→6) и кипит в испарителе И при температуре t_o (6→l), отводя теплоту из охлаждаемого помещения. Изобарическое охлаждение (2→3') является неполным, поскольку в промежуточном холодильнике пар не охлаждается до насыщенного состояния (точка 3), а выходит перегретым.

Дросселирование жидкого хладагента при температуре, близкой к температуре конденсации, приводит к значительному парообразованию в регулирующем клапане. Состояние парожидкостной смеси, характеризуемое точкой 6, обусловлено

большим содержанием пара, который практически не участвует в отводе теплоты из охлаждаемого объекта. Поэтому такие двухступенчатые холодильные машины ненамного эффективней одноступенчатых и получили ограниченное применение (рефрижераторные суда типа "Актюбинск", контейнеровозы типа "Капитан Гаврилов").

Большое распространение на практике получила двухступенчатая холодильная машина с полным промежуточным охлаждением и однократным дросселированием на рис. 1.11.

Пар хладагента от компрессора низкого давления КНД поступает в промежуточный сосуд ПС, где пропускается через слой жидкого хладагента с температурой t_п = 0-10°С и промежуточным давлением р_п, охлаждаясь до состояния насыщения (2→3). С другой стороны, жидкий хладагент в промежуточном сосуде, отнимая теплоту от поступившего из КНД пара, кипит, образуя дополнительный пар, который вместе с основным охлажденным потоком всасывается компрессором высокого давления КВД и сжимается до давления конденсации p_k (3→4).

После конденсатора КД часть жидкого хладагента поступает на пополнение выкипающего хладагента в промежуточном сосуде ПС, дросселируясь в регулирующем вентиле РВ1 (5→7) до давления р_п и температуры tu. При дросселировании также образуется некоторое количество пара, эквивалентное отрезку 7-8 (см. рис. 1.11,6, в), которое в сосуде ПС, смешиваясь с основным и дополнительным потоками пара, увеличивает количество хладагента, сжимаемого в КВД. Жидкий хладагент, освободившись от пара, переходит в состояние, характеризуемое точкой 8.

Основной поток жидкости из конденсатора КД, проходя по змеевику промежуточного сосуда ПС, дополнительно переохлаждается (5→5′) и поступает в испаритель И, предварительно дросселируясь в регулирующем вентиле РВ до давления р_о и температуры кипения t_o (5'→6′). При переохлаждении основного потока жидкости теплота передается хладагенту в промежуточном сосуде ПС, вызывая при его кипении дополнительное образование пара, который также поступает в компрессор КВД. Переохлаждение жидкого хладагента позволяет резко сократить необратимые потери при дросселировании (уменьшить парообразование). В результате доля жидкости в парожидкостной смеси, поступающей в испаритель И, увеличивается, и эффективность работы значительно повышается.

Подобные холодильные машины нашли применение на рыболовных морозильных траулерах типа "Атлантик", большом морозильном траулере-рыбозаводе (БМРТ) типа "Кронштадт", "Пионер Латвии", плавбазах типа "Пионерск", транспортных рефрижераторах типа "Ленинские горы".

В холодильных машинах с винтовыми компрессорами, работающими на R22, громоздкий промежуточный сосуд заменен на 2 компактных теплообменника - смесительную трубу СТ и переохладитель жидкости ПЖ (рис. 1.12, а).

После сжатия в компрессоре КПД (1→2) пары хладагента в смесительной трубе СТ смешиваются с распыляемой парожидкостной смесью, поступающей после дросселирования в регулирующем вентиле РВ1. В результате температура пара на выходе из смесительной трубы СТ резко падает (2→3′) и при дополнительном смешении (3'→3) с паром из переохладителя жидкости ПЖ может достигать значений, близких к температуре насыщенного пара. После сжатия в компрессоре КВД (3→4), охлаждения и конденсации в конденсаторе КД (4→5) жидкий хладагент делится на 3 потока. Основной поток проходит по теплообменным трубкам переохладителя жидкости ПЖ. Там он переохлаждается (5→6) за счет хладагента, кипящего при промежуточном давлении P_п после дросселирования в РВ2 (5→8). Третья часть потока, дросселируясь в РВ1 также до промежуточного давления P_п (5→8), поступает на охлаждение пара в смесительную трубу.

Высокая эффективность рассмотренного цикла холодильной машины со смесительной трубой и переохладителем жидкости достигается за счет уменьшения потерь при дросселировании вследствие переохлаждения жидкости перед регулирующим вентилем РВЗ.

Применение винтовых компрессоров, в которых возможен дополнительный отвод теплоты в процессе сжатия R22, позволило отказаться от смесительной трубы. В холодильных установках судов типа "Моонзунд", "Цефей" охлаждение пара на входе в компрессор высокого давления происходит только за счет пара, образующегося в переохладителе жидкости. Все это позволило широко распространить рассматриваемую модификацию холодильных машин на судах рефрижераторного флота.

Контрольные вопросы

1. Чем отличаются процессы кипени: и испарения?

2. Как зависят температур! кипения и конденсации от давления?

3. По чему передача теплоты при конечной разности температур влечет необратимые потери энергии?

4. Какой физический процесс используют для получения холода в паровых холодильных машинах?

5. Для какой из хладагентов (R12 и R22) и почему раз меры компрессора будут минимальны?

6. При каком давлении кипят хладагенты R12 i R22? Что происходит с аммиаком при температуре -50°С?

7, Как взаимодействуют аммиак, R12 и R22 с металлами?

8. По чему некоторые виды фреонов влияют на озоновый слой атмосферы Земли?

9. По чему невозможна практическая реализация цикла Карно?

10. Каким образом можно увеличить холодильный коэффициент?

11.Kaк влияет на эффективность холодильного цикла замена расширительного цилиндра на регулирующий вентиль?

12. Как влияет переохлаждение жидкого хладагента в конденсаторе на удельную массовую холодопроизводительность?

13. Каким образом установка регенеративного теплообменника влияет на параметры цикла холодильной машины?

14. Почему количество пара, выходящего из промежуточного сосуда, больше, чем входящего в него?

15. Почему в холодильных машинах применяют двухступенчатое сжатие.

Литература:[2] стр. 13-31;

[5] стр. 31-59

Лекция 4-5