4.2. Розрахунок двоступінчастої холодильної машини

Метою розрахунку є обґрунтування доцільності використання двоступінчастої холодильної машини (ХМ) та вибір режиму її роботи. Задачі, які витікають: виконання теплового розрахунку теоретичного циклу машини при роботі з повним і неповним проміжним охолодженням. Розрахунок холодильного коефіцієнту для еквівалентного циклу Карно та даного циклу, що показаний на рисунку 5.3, порівняння та зробити висновки.

Розрахункова схема зображена на рисунку 4.2.

ПК – поршневий компресор; К – конденсатор; ТО – теплообмінник; ДР – дросель; В – випарник; С – сепаратор ( відокремлювач рідини); РВ – вентиль; ПП – проміжна посудина Рисунок 4.2 – Схема двоступінчастої холодильної машини зі змієвиковою проміжною посудиною та однократним дроселюванням

_{Відомо декілька різновидів двоступінчастих холодильних машин: з одноразовим дроселюванням (зі змійовиковою проміжною посудиною і повним та неповним проміжним охолодженням), з двокразовим дроселюванням (з повним та неповним проміжним охолодженням), з одноступінчастим гвинтовим компресором, з двома випарниками.}

_{В залежності від способу охолодження проміжної пари між ступенями та переохолодження рідини перед регулюючим дроселем розрізняють схеми з повним та неповним проміжним охолодженням [3].}

_{В таких холодильних машинах як робоча речовина найчастіше використовується аміак R717, NH3.}

Аміак є доступним і дешевим холодильним агентом. Він застосовується, головним чином, в холодильних машинах з поршневими компресорами при температурах кипіння до -60 °С і конденсації не вище

40 °С.

Призначення та класифікація конденсаторів. Конденсатор слугує для передачі теплоти холодильного агенту навколишньому середовищу чи «джерелу високої температури». В загальному випадку перегрітий пар холодильного агенту в конденсаторі охолоджується до температури насичення на декілька градусів нижче температури конденсації.

За видом охолоджуючого середовища конденсатори можна розділити на 2 великі групи: з водяним та повітряним охолодженням. Ще є спеціальні конденсатори-випарники.

За принципом відводу теплоти конденсатори з водяним охолодженням поділяються на проточні, зрошувальні і випарні.

До проточних конденсаторів відносяться горизонтальні і вертикальні кожухотрубні, пакетно-панельні та елементні [8].

Оскільки проточна вода є на виробництві, то використовуємо конденсатор з водяним охолодженням.

В більшості випадків для великих та середніх установок, що працюють на різних холодильних агентах, застосовують конденсатори з водяним охолодженням – горизонтальні кожухотрубні. Доцільно використовувати ці конденсатори при наявності зворотнього водопостачання [1].

Таким чином приймаємо холодильну машину зі змійовиковою проміжною посудиною, що містить випарник, компресор першого ступеня, проміжний теплообмінник, проміжну посудину із заглибним змійовиком, компресором другого ступеня і конденсатор.

Робоча речовина холодильної машини R717 (аміак, NH₃),

Холодопродуктивність машини кВт.

Приймаємо температуру кипіння ˚С та температуру конденсації ˚С.

Перегрів пари на всмоктуванні в компресор I ступеня . Недорекуперація на вході робочої речовини зі змійовика проміжної посудини

Для даного процесу використовуємо камеру шокової заморозки BURAN M 468. По регламенту виробництва морозива, температура в камер повинна підримуватись мінус 40 ˚С. Температура морозива на вході мінус

6 ˚С, бо вона була отримана при поступанні морозива в камеру шокової заморозки.

Вихідні дані:

холодопродуктивність машини Q, кВт 24

температура кипіння -48;

температурами конденсації 30;

перегрів пари на всмоктуванні в компресор I ступеня 7;

недорекуперація на вході робочої речовини 5.

Розрахунок здійснюємо за методикою, викладеною в [3].

Для розрахунку будемо користуватись s – T та p – h діаграмами. Оскільки ми користуємось різними діаграмами, то потрібно їх узгодити. Перевіряємо параметри стану робочої речовини

За заданими значеннями температури кипіння ˚С та конденсації˚С визначаємо [3, 4] тискиМПа та

МПа.

Робимо перевірку при . Тоді необхідно переходити до багатоступеневого стискування: двох- або трьохступінчастим машинам, а також до каскадних циклів. Привикористовують двохступінчасті, а при–

трьохступінчасті машини. При температурах випаровування нижче використовують каскадний цикл.

Так як , до використання 2-х ступінчастої машини є необхідним.

Визначення проміжного тиску з умови мінімальної сумарної роботи компресорів [3]:

МПа.

Приймаємо

Перевірка степені стискування по І та ІІ ступені

Перевіряємо степені підвищення тисків:

що відповідає умові

Висновок: степінь підвищення тиску в ступенях не повинна перевищувати 8.

За значенням проміжного тиску , знаходимо проміжну температуру

Визначаємо температуру в точці 10 (рисунок 4.3):

Далі розраховуємо температуру всмоктування пари в компресор першого ступеня :

По діаграмі [3, 4] за значеннями температур визначаються значення параметрів робочої речовини у вузлових точках 2, 3, 5, 7, 8, 10 та 11 (рисунок 4.3), які заносяться до таблиці 4.1.

(а)

(б) Рисунок 4.3 – Зображення зміни параметрів стану робочої речовини в s-T (а) та h-p (б) діаграмах

Таблиця 4.1 – Параметри робочої речовини у вузлових точках

Вузлові точки	Стан робочої речовини	t , ˚С	p, МПа	h, кДж/кг	v, м3/кг
1	Перегріта пара, х = 1	–41	0,045	1630	3
2	Перегріта пара, х = 1	65	0,23	1845	-
3	Перегріта пара, х = 1	30	0,23	1775	-
4	Перегріта пара, х = 1	24	0,23	1759	0,6
5	Перегріта пара, х = 1	95	1,18	1895	-
5	Перегріта пара, х = 1	150	1,18	2019	-
6	Насичена рідина, х =0	30	1,18	562	-
7	Волога пара, х =0,154	–16	0,23	562	-
8	Суха насичена пара, х = 1	–16	0,23	1671
9	Насичена рідина, х =0	–16	0,23	343	-
10	Переохолоджена рідина, х =0	–11	1,18	366	-
11	Волога пара, х =0,12	–48	0,045	366	-

Розрахунок теоретичного циклу машини, при роботі з повним проміжним охолодженням. Розраховуємо необхідну кількість робочої речовини для першої та другої ступені відповідно:

кг/с,

кг/с.

Розраховуємо ізоентропну потужність компресорів:

кВт,

кВт.

Визначаємо холодильний коефіцієнт циклу:

Розраховуємо холодильний коефіцієнт циклу Карно:

Ступінь сумарної досконалості циклу:

Розрахунок теоретичного циклу машини, при роботі з неповним проміжним охолодженням. Розраховуємо необхідну кількість робочої речовини для другого ступеня:

кг/с.

Розраховуємо ентальпію пари робочої речовини при усмоктуванні в компресор другого ступеня ( тчк.4),кДж/кг:

кДж/кг.

Розраховуємо ізоентропну потужність компресора другого ступеня:

кВт.

Тепер визначаємо холодильний коефіцієнт циклу:

Степінь термодинамічної досконалості циклу:

Теплота (кДж/кг), яку треба відвести в конденсаторі:

.

кВт.

Теплоту, яку необхідно відвести в випарнику :

.

кВт.

Висновок.

Порівнюємо роботу машини при повному та неповному проміжному охолодженні. Результати зводимо до таблиці 4.2.

Таблиця 4.2 – Результати розрахунків та їх аналіз

Параметр	Проміжне охолодження
	повне	неповне
G, кг/с	0,043	0,041
, кВт	9,846	9,883
	2,53	2,428
	0,876	0,841

В результаті проведення теплового розрахунку теоретичного циклу машини було визначено холодильні коефіцієнти для еквівалентного циклу Карно та даного циклу при роботі з повним та неповним проміжним охолодженням. Зробивши аналіз отриманих даних було зроблено висновок, що при практично однаковій необхідній кількості холодильного агенту, працюючи у режимі повного проміжного охолодження, машина буде мати кращі енергетичні та термодинамічні показники.

За даними таблиці вибираємо цикл з повним проміжним охолодженням.