3.4. Принципиальная схема и цикл двухкаскадной холодильной машины

Рассмотренные выше циклы двухступенчатых холодильных машин реализуется с помощью одного холодильного агента. Практически всегда можно подобрать такое рабочее тело, чтобы оно обладало удовлетворительными свойствами в интервале от температуры кипения до температуры конденсации. Но уже для трехступенчатой холодильной машины приходится мириться с очень большими давлениями в конденсаторе, а четырехступенчатый цикл практически вообще не реализуем, т.к. приходится иметь дело с очень большим перепадом давлений. От этого недостатка избавлены многокаскадные холодильные машины.

Рис. 3.15.  Принципиальная схема аммиачной холодильной установки на две температуры кипения холодильного агента: I – одноступенчатый компрессор, II – маслоотделитель, III – конденсатор, IV – градирня, V – водяной насос, VI – линейный ресивер, VII – переохладитель жидкости, VIII, XIII, XV – дроссельные вентили (РВ), IX – отделитель жидкости, X – рассольный испаритель, XI – рассольный бак, XII – рассольный насос, XIV – промсосуд, XVI – циркуляционный ресивер, XVII – аммиачный насос, XVIII – скороморозильный аппарат, XIX – компрессор ступени низкого давления (СНД), XX – компрессор высокого давления (СВД)

В них низкотемпературный холод получают в испарителе холодильной машины нижнего каскада, а каждый испаритель холодильных машин следующих каскадов вырабатывает холод для конденсации холодильного агента в машине предыдущего каскада. Теоретически количество таких каскадов не ограничено. Поэтому с помощью многокаскадных холодильных машин удается получить холод на уровне криогенных температур. Ниже приведены схема и цикл двухкаскадной холодильной машины (рис. 3.16).

Рис. 3.16. Схема и цикл в T, s – диаграмме двухкаскадной холодильной машины

В испарителе IVмашины нижнего каскада вырабатывается низкотемпературный холод при кипении низкокипящего холодильного агента (например,R23) в процессе 5, 1. Образовавшиеся пары откачиваются и сжимаются (1, 2) в компрессоре нижнего каскадаI, откуда подаются в испаритель-конденсатор каскадной холодильной машиныII. Здесь происходит их конденсация (2, 3, 4) за счет холода вырабатываемого холодильной машиной верхнего каскада (10, 6). Таким образом, испаритель-конденсатор каскадной холодильной машиныIIявляется конденсатором для машины нижнего каскада и испарителем для машины верхнего каскада. Далее холодильный агент дросселируется (4, 5) и снова поступает в испаритель нижнего каскада. Цикл замыкается.

Холодильная машина верхнего каскада работает на более высококипящем холодильном агенте (например, R134а). Испарившийся в испарителе-конденса- тореIIхладонR134а откачивается и сжимается (6, 7) в компрессоре верхнего каскадаV, откуда подается в конденсаторVIмашины верхнего каскада, где конденсируется (7, 8, 9), дросселируется (9, 10) и снова подается в испаритель-конденсатор.

Поскольку холодильные машины обоих каскадов заправлены различными холодильными агентами, давление в них можно регулировать, подбирая тот, либо иной холодильный агент. Это является большим преимуществом. К недостаткам многокаскадных холодильных машин следует отнести наличие температурного перепада между холодильными агентами машин верхнего и нижнего каскадов в испарителе-конденсаторе. Обычно он невелик (5...7 С), но и такой перепад температур снижает энергетическую эффективность цикла.