5.3. Принципиальная схема и процесс работы двухступенчатой компрессорной хм с двукратным дросселированием и с полным промежуточным охлаждением

Схема и цикл такой машины представлены на рис. 5.4.

Рис. 5.4. Схема и цикл в T, s- и P, i-диаграммах двухступенчатой компрессорной ХМ с двумя ступенями дросселирования и с промежуточным сосудом без змеевика:

I – компрессор низкого давления (КНД); II – компрессор высокого давления (КВД); III – конденсатор; IV – дроссель первой ступени дросселирования; V – промежуточный сосуд (без змеевика); VI – дроссель второй ступени дросселирования; VII – питающий отделитель жидкости; VIII – испаритель низкой температуры; IX – испаритель высокой температуры

Двухступенчатое дросселирование позволяет получать холод двух параметров с температурами и , где . Это дает возможность использовать энергоэкономичное последовательное охлаждение теплоотдатчика.

Промежуточное охлаждение паров ХА после их сжатия в КНД обеспечивается барботированием этих паров через слой жидкого ХА в промежуточном сосуде. При этом пары приобретают параметры насыщения Т_пр и Р_пр, т.е. соответствовать параметрам точки 3 на диаграммах цикла. Именно поэтому такая система называется холодильной машиной с полным промежуточным охлаждением.

Работа ХМ определяется процессами:

1-2 – сжатие паров в компрессоре низкого давления;

2-3 – охлаждение паров ХА барботированием;

3-4 – сжатие в компрессоре высокого давления;

4-5 – охлаждение и конденсация паров ХА в конденсаторе;

5-6 – дросселирование жидкого ХА (1-я ступень) от давления Р_к до Р_пр;

6-7 – отделение (сепарация) капельной влаги от паров ХА

Установка в схеме питающего отделителя жидкости способствует защите компрессора от влажного хода (гидроударов) и позволяет подавать в испарители или технологические аппараты только жидкий ХА.

Уравнение теплового баланса ХМ:

, (5.1)

где q_из – теплоприток через изоляцию.

Если Т_пр не оговорено требованиями регламента, то промежуточное давление Р_пр для упрощенных расчетов можно принимать как среднее:

. (5.2)

Диапазон рабочих температур в двухступенчатых ХМ составляет t₀=-25  -60 C. При более низких температурах испарения применяются трехступенчатые и каскадные холодильные машины. Методики расчета подобных циклов можно найти, например, в [1, 3, 6].

5.4. Турбокомпрессорная холодильная машина с двумя секциями сжатия и двумя ступенями дросселирования

Турбокомпрессор – это многоступенчатая машина. Поэтому при тех же степенях повышения давления Р_к/Р₀, когда в ХМ с поршневыми и винтовыми компрессорами применяется одноступенчатое сжатие, турбокомпрессор позволяет реализовать многоступенчатые циклы. Это значительно уменьшает термодинамические потери в цикле. Особенно это важно для фреоновых ХМ, где велики потери от дросселирования.

На рис. 5.5 представлена технологическая схема рассматриваемой ХМ.

Рис. 5.5. Технологическая схема турбокомпрессорной холодильной машины:

I – двухсекционный турбокомпрессор; II – конденсатор; III – поплавковый бак (экономайзер); IV – испаритель; Др₁ – первая ступень дросселирования; Др₂ – вторая ступень дросселирования

Технологическая схема более наглядно демонстрирует устройство и работу установки. Такие схемы обычно приводятся в технических регламентах на производствах.

На рис. 5.6 приведена принципиальная схема и цикл в T, s –диаграмме.

Все обозначения и номера точек на этой схеме соответствуют технологической схеме. Процессы:

1 -2 – отсасывание паров ХА из испарителя и первая ступень сжатия в секции низкого давления турбокомпрессора (от Р₀ до Р_пр);

Рис. 5.6. Принципиальная схема и цикл двухсекционной турбокомпрессорной ХМ с двумя ступенями дросселирования и неполным промежуточным охлаждением

2-3 – промежуточное охлаждение ХА между секциями за счет подмешивания насыщенных паров температурой Т_пр отсасываемых из поплавкового бака (экономайзера);

3-4 – сжатие в секции высокого давления (от Р_пр до Р_к);

4-5 – охлаждение и конденсация ХА в конденсаторе (при Р_к и Т_к);

5-6 – первая ступень дросселирования (от Р_к до Р_пр) в дросселе Др₁;

6-7 и 6-8 – отделение капельной жидкости от паров (сепарация) в поплавковом баке;

8-9 – вторая ступень дросселирования (от Р_пр до Р₀) в дросселе Др₂;

9-1 – испарение (кипение) ХА в испарителе при Р₀ и Т₀.

Промежуточное охлаждение снижает работу сжатия в секции высокого давления и, следовательно, уменьшает энергопотребление.

Ступенчатое дросселирование увеличивает холодопроизводительность машины и улучшает ее энергетические показатели. Расчеты показывают, что увеличение числа ступеней дросселирования больше трех не вызывает существенного увеличения энергетических показателей ХМ.

Тепловой расчет такого цикла начинается с определения значений Т₀, Р₀, Т_к, Р_к, а так же Р_пр и Т_пр (как и в предыдущих циклах). По заданной холодопроизводительности Q₀ определяется массовый расход рабочего вещества в секции низкого давления G_I:

. (5.3)

Массовый расход рабочего вещества в секции высокого давления определяется по тепловому балансу промежуточного сосуда:

, (5.4)

откуда

. (5.5)

Состояние рабочего вещества в т.3 определяется из уравнения смешения рабочего вещества перед всасыванием в секцию высокого давления

. (5.6)

Определив узловые точки цикла с расходами G_I и G_II, можно сделать полный тепловой расчет холодильной машины [3, 6].