Низкотемпературная холодильная машина на базе винтового компрессора

Такие холодильные машины появились сравнительно недавно, после того, как в холодильной технике стали использовать винтовые компрессоры. Особенностью такой машины является то, что фактически двухступенчатое сжатие холодильного агента осуществляется в одном компрессоре.

Рис. 3.14.  Принципиальная схема и цикл низкотемпературной холодильной машины на базе винтового компрессора: I – винтовой компрессор, II – конденсатор, III, V-РВ, IV – теплообменник, VI – низкотемпературный испаритель

После сжатия в компрессоре I пар, как и в предыдущих случаях, проталкивается в конденсатор II, где вначале охлаждается, а затем конденсируется (4, 5). Далее поток кипящей жидкости в состоянии 5 раздваивается: большая его часть направляется в змеевик теплообменника IV, где глубоко переохлаждается (5, 7) оставшейся частью, которая перед попаданием в межтрубное пространство теплообменника IV сначала дросселируется (5, 6) в РВ III, а затем кипит (6, 9), переохлаждая при этом основной поток жидкого агента. Последний затем дросселируется (7, 8) в РВVи выкипает в испарителеVI(8,1), вырабатывая при этом низкотемпературный холод. Из испарителя пар состояния 1 поступает в компрессор, где сжимается (1, 2) до тех пор пока его давление не достигнет величиныР_пр. В этот момент к нему добавится пар такого же давления (состояние 9), образовавшийся в теплообменникеIV. При смешивании этих потоков образуется пар состояния 3, который дожимается вкомпрессореIдо конечного давленияР_к(3, 4). Далее цикл повторяется.

При определении холодильного коэффициента такого цикла следует учитывать, что расход холодильного агента через конденсатор G_кбудет существенно большим, чем через испарительG_п

, (3.8)

где q_o = i₁ – i₈– удельная холодопроизводительность;

l₁ = i₂ – i₁– удельная работа компрессора на первой стадии сжатия;

l₂ = i₄ – i₃– то же на второй стадии сжатия.

Если считать, что при заданной холодопроизводительности машины Q_o, значениеG_пизвестно (G_п = Q_o/q_o), то в выражении (3.8) неизвестными являются:,G_киi₃.

Значение G_кможно найти, составив тепловой баланс теплообменникаIV:

i₉

При этом сначала следует по формуле (3.5) определить значение промежуточного давления Р_при по соответствующей емуt_пр– энтальпию в точке 9 (t₇ = t_np+ 3...5 °С).

Значение энтальпии в точке 3 определяется из уравнения смешивания

.

В технической литературе рассмотренную холодильную машину иногда называют машиной с системой “экономайзер”. Наибольшее распространение она получила на предприятиях рыбной промышленности.

В заключение отметим, что на предприятиях отрасли нечасто можно встретить ситуацию, когда компрессорный цех вырабатывает холод только одной температуры. Гораздо чаще имеется потребность в двух, или даже в трёх температурных уровнях. Так, типичной может быть ситуация, когда сырьё хранится в камерах с нулевой температурой, а готовая продукция сразу замораживается в камерной морозилке (или морозильном аппарате) с температурой воздуха минус 30 С и затем хранится в камере хранения замороженных грузов при температуре минус 18 °С. Понятно, что каждую из этих температур должна обеспечивать своя холодильная машина.

Принципиальная схема холодильной установки на две температуры кипения холодильного агента приведена ниже (рис. 3.15).

В ней имеются одноступенчатая холодильная машина с рассольной системой охлаждения (например, для приёма молока, либо охлаждения рыбы) и две двухступенчатые холодильные машины, обеспечивающие работу морозильных аппаратов (с непосредственным кипением холодильного агента). Как правило, такая установка работает на аммиаке и имеет общую нагнетательную линию для всех компрессоров. Для лучшей ориентации в таких схемах все трубопроводы имеют ГОСТовскую нумерацию в местах разрыва линий: 1 – вода; 2 – водяной пар; 3 – воздух; 11 – аммиак; 14 – смазочное масло; 28 – рассол.

Расчёт такой схемы обычно сводится к определению основных параметров одноступенчатого и двухступенчатого компрессоров, необходимой поверхности теплообмена конденсаторов и выбора их марок из каталогов.