В.М. Кравченко, В.В. Пойманов, В.Ю. Овсянников,

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ГОУВПО
«ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕХОНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ»

 

В.М. Кравченко, В.В. Пойманов, В.Ю. Овсянников,

В.Н. Шаршов, С.В. Шахов, А.С. Белозерцев

 

 

Лабораторный практикум по курсу

«холодильная техника»

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

ВОРОНЕЖ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ГОУВПО
«ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕХОНОЛОГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ»

 

В.М. Кравченко, В.В. Пойманов, В.Ю. Овсянников,

В.Н. Шаршов, С.В. Шахов, А.С. Белозерцев

 

 

Лабораторный практикум по курсу «холодильная техника»

Утверждено

редакционно-издательским советом академии

В качестве учебного пособия

ттттттттттттттттттт

ВОРОНЕЖ

УДК 621.56/.59

ББК З 392 я 7

Л12

 

Научный редактор профессор С. Т. АНТИПОВ

 

Р е ц е н з е н т ы:

кафедра технологий хранения, переработки и стандартизации сельскохозяйственной продукции Воронежского государственного университета имени К. Д. Глинки;

 

гл. инженер Д. И. Корольков

(ОАО «Хлебозавод №1» г. Воронеж)

 

Печатается по решению

редакционно-издательского совета

Воронежской государственной технологической академии

 

Л12	Лабораторный практикумпо курсу «Холодильная техника»[Текст]: учеб. пособие / В. М. Кравченко, В. В. Пойманов, В. Ю. Овсянников и др.; Воронеж. гос. технол. акад.- Воронеж: ВГТА, 2010. – 56 с. ISBN 5-89448- Учебное пособие разработано в соответствии с требованиями ГОС ВПО подготовки выпускников по направлениям 260600 – «Пищевая инженерия», 151000 – «Технологические машины и оборудование». Оно предназначено для закрепления теоретических знаний по дисциплине «Холодильная техника» цикла СД. Рассмотрены устройство и принцип действия различных видов холодильных машин, даны общие рекомендации по выполнению лабораторных работ, приведены контрольные вопросы и рекомендуемая литература.
Без объявл.	УДК 621.56/.59 ББК З 392 я 7
ISBN 5-89448-	© Кравченко В.М., Пойманов В.В., Овсянников В.Ю., Шаршов В.Н., Шахов С.В., Белозерцев А.С., 2010 © ГОУВПО «Воронеж. гос. технол. акад.», 2010

 

 

Оригинал-макет данного издания является собственностью Воронежской государственной технологической академии, его репродуцирование (воспроизведение) любым способом без согласия академии запрещается.

Предисловие

 

Лабораторный практикум по курсу «Холодильная техника» предназначен для студентов, обучающихся по направлению 260600 – «Пищевая инженерия», 151000 – «Технологические машины и оборудование», дневной и безотрывной форм обучения.

Цель лабораторного практикума – дать общие рекомендации по выполнению лабораторных работ и обработке результатов, рассмотреть устройство и принцип действия различных видов холодильных машин, что поможет студентам в углубленном изучении теоретических и практических основ эксплуатации холодильного оборудования, овладении методами проектирования, усвоении техники расчетов и получении навыков моделирования с использованием ЭВМ.

Курс «Холодильная техника» относится к специальным дисциплинам и является одним из завершающих при подготовке инженеров пищевого профиля.

Основная цель изучения дисциплины заключается в подготовке студентов к производственно-технической деятельности в области эксплуатации холодильной техники в различных отраслях пищевой промышленности.

Задачи дисциплины:

- изучение термодинамических процессов, происходящих в машинах и аппаратах для получения искусственного холода и естественного охлаждения пищевых продуктов;

- изучение принципиальных схем, конструкций основных типов холодильных машин, теплообменных и вспомогательных аппаратов холодильных компрессорных установок, систем охлаждения с учетом отечественного и зарубежного опыта эксплуатации;

- изучение особенностей эксплуатации, автоматизации холодильной техники и систем охлаждения, допустимых нагрузок, техники безопасности и требований охраны окружающей среды;

– изучение применения холода в различных отраслях пищевой промышленности путем совершенствования холодильной техники систем охлаждения.

Методические рекомендации

 

Учебное пособие включает 8 лабораторных работ и состоит из предисловия, методических рекомендаций, заключения, приложений и библиографического списка.

Каждая лабораторная работа составлена по единому плану: цель работы, теоретическая часть, описание устройства и принципа действия установки, техническая характеристика, порядок выполнения работы, протокол испытаний, расчетная и графическая части, контрольные вопросы.

Предварительно студенты должны изучить теоретический материал по предлагаемой литературе или по лекциям, ознакомиться с предстоящей работой, оформить титульный лист, вычертить схему установки.

Включать машину разрешается только в присутствии преподавателя.

В процессе выполнения работы студенты делают необходимые замеры, заполняют протоколы испытаний (измерений), производят соответствующие расчеты. Окончив лабораторную работу, студенты должны выключить оборудование и предъявить преподавателю протокол испытаний.

Отчет о работе защищается студентом в конце текущего занятия или в начале следующего.

К выполнению лабораторных работ допускаются студенты, прошедшие инструктаж по технике безопасности с регистрацией в специальном журнале. Перед началом лабораторных работ студенты должны ознакомиться с основными правилами по технике безопасности при эксплуатации холодильного оборудования:

- проверить наличие и исправность защитного заземления (зануления) и ограждений изучаемого оборудования, а также исправность пусковых устройств;

- при работающем оборудовании категорически запрещается дотрагиваться до движущихся и вращающихся деталей, а также разбирать машину;

- ремонт следует производить после выключения оборудования и полной остановки электродвигателя.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Поршневого компрессора

 

Ц е л ь р а б о ты: 1. Изучение устройства и принципа действия поршневого компрессора.

2. Приобретение практических навыков эксплуатации и ремонта компрессора.

Р е к о м е н д у е м а я л и т е р а т у р а: [1, 2, 4].

 

Теоретические сведения

 

Холодильные машины, работающие в области умеренного холода, в зависимости от вида используемой энергии делят на три основные группы: парокомпрессионные (использующие механическую энергию), абсорбционные и пароэжекторные (теплоиспользующие), термоэлектрические (использующие непосредственно электрическую энергию).

Наибольшее распространение в парокомпрессионных холодильных машинах получили поршневые компрессоры, которые классифицируются по следующим признакам:

1) виду хладагента – аммиачные, фреоновые и т.д.;

2) величине хододопроизводительности – малые компрессоры (до 12 кВт), средние компрессоры (от 12 до 120 кВт) и крупные компрессоры (более 120 кВт);

3) степени герметизации корпуса – герметичные, полугерметичные и негерметичные (открытые);

4) числу ступеней сжатия – одноступенчатые, двухступенчатые и трехступенчатые компрессоры;

5) рабочим полостям цилиндра – компрессоры простого действия (при сжатии паров только с одной стороны поршня) и компрессоры двойного действия (пары сжимаются поочередно обеими сторонами поршня);

6) движению паров в цилиндре – прямоточные компрессоры (с движением паров в одном направлении) и непрямоточные компрессоры (с меняющимся движением паров в цилиндрах);

7) расположению осей цилиндров – компрессоры горизонтальные, вертикальные и V-, W-, VV-образные;

8) числу цилиндров – одноцилиндровые и многоцилиндровые компрессоры (до 16 цилиндров);

9) числу оборотов коленчатого вала компрессора – тихоходные до 500 мин^–1 и быстроходные – свыше 500 мин^–1.

В цилиндре компрессора при ходе поршня из одного крайнего положения в другое происходят изменения давления р и объема V согласно индикаторной диаграмме (рис. 1).

Рис. 1. Диаграмма р-V рабочего процесса поршневого компрессора

Линия всасывания аb. Пары холодильного агента засасываются из испарителя приблизительно с постоянным низким давлением р₀-Δр₀. Вследствие сопротивления во всасывающих клапанах давление всасывания ниже давления испарения р₀. При открытии всасывающего клапана (точка «а») начинается всасывание паров.

Линия сжатия bс. При обратном ходе поршня пары в цилиндре сжимаются при соответствующем повышении давления и температуры.

Линия выталкивания cd. После преодоления сопротивления нагнетательного клапана (точка «с») сжатые пары холодильного агента до конца хода поршня нагнетаются в конденсатор Давление нагнетания, вследствие сопротивления в нагнетательных клапанах и трубопроводах выше давления конденсации р_к+Δр.

Линия расширения dа. При обратном коде поршня оставшиеся во «вредном пространстве» сжатые пары расширяются. Давление при этом снижается до давления всасывания. Затем открывается всасывающий клапан, и снова засасываются пары из испарителя.

Действительный рабочий процесс компрессора отличается от теоретического тем, что сжатие паров происходит по политропе вместо сжатия по адиабате, кроме того, компрессор всасывает не сухой насыщенный пар, а перегретый. При этом начальное давление засасываемых паров ниже давления испарения, а конечное давление сжатых паров выше давления конденсации.

Работа, затраченная в компрессоре на каждый килограмм агента, значительно больше, чем в теоретическом цикле ввиду дросселирования паров в каналах и клапанах при всасывании и нагнетании. Часть этой работы отводится в виде теплоты в воздух конвекцией и лучеиспусканием.

 

Порядок выполнения работы

 

В лаборатории студенты знакомятся с конструкцией герметичного, полугерметичного и негерметичного поршневых компрессоров, выполняют сборочный чертеж одного из узлов компрессора и заполняют спецификацию к нему в соответствии с требованиями ЕСКД.

Затем по исходным данным студенты строят р-V диаграмму рабочего процесса поршневого компрессора.

 

Построение р-V диаграммы рабочего процесса

поршневого компрессора

 

Объем цилиндра поршневого компрессора определяется исходя из диаметра и хода поршня с учетом «мертвого пространства» цилиндра, которое для непрямоточных компрессоров средней производительности составляет 4…5 %.

 

Расчетная часть

 

V_b =0,25 pD²s (1+0,05). (1)

 

Давление, соответствующее точке «b» составляет

 

р_b = р₀ – Dр₀, (2)

 

где Dр₀ – гидравлическое сопротивление на линии всасывания, зависящее от конструкции всасывающего вентиля и клапана (в среднем Dр₀ =0,03 МПа).

Точку «с» характеризует давление р_с

 

р_с = р_к +Dр_к, (3)

 

где Dр_к – гидравлические потери на линии нагнетания, определяемые конструкциями нагнетательного клапана и вентиля (в среднем 0,06 МПа).

Можно считать, что сжатие в цилиндре происходит по адиабате, тогда из первого закона термодинамики

 

р_b^.V_b^k = р_с^.V_с^k (4)

 

где k – показатель адиабаты холодильного агента.

. (5)

 

Точка «d» лежит на изобаре «с – d» и р_d = р_с. Объем V_d определяется «мертвым пространством» цилиндра

 

. (6)

Точка «а» ограничивает адиабату «d – a», ей соответствует давление р_b и объем V_а определяется выражением

 

. (7)

 

Контрольные вопросы

1. По каким признакам классифицируются поршневые компрессоры?

2. Каковы устройство и принцип действия герметичного компрессора?

3. Каковы устройство и принцип действия полугерметичного компрессора?

4. Каковы устройство и принцип действия негерметичного компрессора?

5. Каким образом осуществляется построение индикаторной диаграммы компрессора?

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Теоретические сведения

 

Холодильные машины, в которых для получения холодильного эффекта используют кипение жидкостей при низких температурах, называют паровыми холодильными машинами.

В основе действия парокомпрессионных холодильных машин (рис. 2) лежит второй закон термодинамики (или второе начало), который применительно к холодильным машинам гласит: для передачи теплоты от менее нагретого тела (холодного) к более нагретому (горячему) необходимо затратить энергию.

В тепловом двигателе происходит прямой круговой процесс или цикл – последовательное изменение состояния рабочего вещества и возвращение его в исходное состояние.

В прямом цикле при подводе теплоты Q от источника с высокой температурой T ₂; совершается работа L. При этом часть теплоты Q _o переходит к источнику с низкой температурой T ₁.

Рис. 2. Принципиальные схемы действия теплового двигателя (а)

и холодильной машины (б)

В холодильной машине происходит обратный круговой процесс или цикл. При совершении работы L теплота Q ₀ с помощью рабочего вещества передается от источника с низкой температурой T₁ к источнику с более высокой температурой Т₂.

Таким образом, для цикла холодильной машины можно дать следующее определение: циклом холодильной машины называется замкнутый процесс последовательного изменения состояния циркулирующего в ней рабочего вещества за счет затраты энергии, при этом осуществляется перенос теплоты Q₀ от охлаждаемой среды к более теплой окружающей среде – воздуху или воде

Энергетическую эффективность холодильной машины оценивают холодильным коэффициентом, представляющим отношение теплоты Q₀ к работе L, которую нужно затратить, чтобы отвести ее от источника с низкой температурой

 

e = Q₀ /L. (8)

Холодильный коэффициент может быть в несколько раз больше 1. Он зависит от разности температур T₁ - T₂ . С ее увеличением он уменьшается.

В парокомпрессионной холодильной машине происходят следующие процессы:

- кипение рабочего вещества (хладагента) в испарителе; при этом теплота Q₀ отводится от охлаждаемой среды;

- сжатие паров рабочего вещества в компрессоре;

- конденсация паров рабочего вещества в конденсаторе, при этом теплота Q передается окружающей или нагреваемой среде;

- дросселирование рабочего вещества в регулирующем вентиле.

Таким образом, парокомпрессионная холодильная машина должна иметь четыре обязательных элемента: компрессор, конденсатор, испаритель и регулирующий вентиль (рис. 3).

Принципиальная схема одноступенчатой холодильной машины показана на рис. 3, а, ее теоретический цикл (обратный круговой процесс) в lg p - i диаграмме – на рис. 3, б и в, T - s диаграмме – на рис 3, в.

Принципиальная схема включает основные элементы машины, необходимые для осуществления ее цикла. Вспомогательные элементы (аппараты, арматуру и др.), которые могут играть существенную роль в обеспечении надежного и безопасного функционирования машины, на принципиальных схемах не показывают.

Цифрами 1, 2, 3 и т.д. на принципиальной схеме и диаграммах обозначают так называемые характерные точки, соответствующие состоянию хладагента в начале или конце процесса, происходящего в холодильной машине или каком-либо ее элементе.

Рис. 3. Принципиальная схема (а) и цикл в lg p - i диаграмме (б)

и T - s днаграмме (в) одноступенчатой холодильной машины:

КМ – компрессор; КД – конденсатор; И – испаритель;

РВ – регулирующий вентиль

На рис. 3 точка 1' соответствует состоянию перегретого пара, всасываемого компрессором. В целяхпредотвращения «влажного хода» (попадания в цилиндр компрессора частиц жидкости) пар в этой точке должен быть перегрет, т.е. иметь температуру на 10...15 °С выше температуры насыщенного пара в точке 1.

Процесс перегрева пара 1 - 1' может происходить внутри испарителя, частично во всасывающем трубопроводе и во всасывающей полости самого компрессора. Обычно перегрев в трубопроводе при рассмотрении принципиальных схем и циклов не учитывают. На рис. 3 показано, что точка 1 находится «внутри» испарителя.

Процесс сжатия пара 1' - 2 осуществляется в компрессоре. Пар сжимается от давления кипения p ₀до давления конденсации p _к. Этот процесс, считают изоэнтропным (s =const), протекающим без трения между молекулами и без теплообмена с окружающей средой, – особый случай адиабатного процесса.

В точке 2 хладагент находится в состоянии сильно перегретого пара при давлении p _к. Для совершения процесса сжатия 1' - 2 необходимо затратить работу l в кДж/кг, которую можно, определить как разность энтальпий в конце и начале процесса

. (9)

Для того чтобы осуществить процесс конденсации, необходимо сначала понизить температуру перегретого пара до температуры насыщенного пара при данном давлении p _к. Процесс охлаждения пара 2 - 2' может происходить в конденсаторе и частично в нагнетательном трубопроводе. Точка 2' показана на рис. 3, а «внутри» конденсатора.

Процесс конденсации 2' - 3, т.е. превращения насыщенного пара в насыщенную жидкость, происходит при постоянных давлении р _к и температуре t _к и сопровождается отдачей теплоты среде, охлаждающей конденсатор.

После завершения процесса конденсации жидкий хладагент может быть здесь же, в конденсаторе, переохлажден (процесс 3- 3') от температуры насыщенной жидкости до более низкой температуры при том же давлении p _к.

Так как процессы 2 - 2' и 2' - 3 протекают в конденсаторе, общая удельная теплота q _КД в кДж/кг, отводимая в конденсаторе

 

q _КД =i ₂ - i ₃. (10)

Переохлажденный жидкий хладагент поступает в регулирующий вентиль, где дросселируется (процесс 3' – 4). При этом давление падает от p _К до р ₀, а температура понижается от t ₃ до t _0.

В процессе дросселирования полезная работа не совершается, а энергия в виде теплоты передается хладагенту и расходуется на частичное испарение жидкости. Поэтому при неизменной энтальпии возрастает его энтропия.

Процесс кипения 4 - 1 хладагента происходит в испарителе при постоянных давлении p ₀ и температуре t _к и, так же как и процесс конденсации, является одновременно изобарическим и изотермическим.

Удельную массовую холодопроизводительность машины определяют по формуле

q ₀ =i ₁ - i ₄. (11)

 

Для рассмотренного цикла 1 - 2 - 3 - 4 - 1 холодильный коэффициент

. (12)

Порядок выполнения работы

 

В лаборатории студенты знакомятся с устройством и принципом действия одноступенчатой фреоновой холодильной установки на базе компрессора Danfoss SC 12CL, которая состоит из следующих элементов: компрессора, воздушного конденсатора, ресивера, терморегулирующего вентиля, соленоидного вентиля, фильтра-осушителя, вентиля шарового, реле давления, манометров высокого и низкого давления. Хладагент – фреон R 404.

Затем студенты выполняют принципиальную схему одноступенчатой фреоновой холодильной установки.

Далее необходимо включить холодильную установку и снять показания манометров на линии всасывания и нагнетания. Результаты измерений занести в протокол испытаний (табл. 1).

 

Таблица 1. Протокол испытаний

 

Давление, МПа	Температура, °С
всасывания pвс	нагнетания pк	кипения t0	всасывания tвс	конденсации tк

 

После этого по исходным данным студенты строят lg p - i диаграмму цикла фреоновой холодильной установки в диаграмме для фреона R 404 и определяют ее основные характеристики.

Значения параметров узловых точек цикла записываем в виде табл. 2.

 

Таблица 2. Параметры узловых точек процесса

 

Параметр	Точки
	1'			3'
р, МПа
t, °С
i, кДж/кг
u, м3/кг

 

Расчетная часть

 

Удельная массовая холодопроизводительность q ₀, кДж/кг

 

. (13)

 

Массовый расход рабочего вещества G_д,кг/с

 

, (14)

 

где Q ₀ – холодопроизводительность установки при заданной температуре кипения, Вт.

Объемная действительная производительность компрессора V_д, м³/с

 

. (15)

 

Теоретический холодильный коэффициент

 

. (16)

 

Контрольные вопросы

 

1. Каково устройство и принцип действия одноступенчатой холодильной машины?

2. В чем отличие теоретического цикла работы холодильной машины от действительного?

3. Каким показателем определяется энергетическая эффективность холодильной машины?

4. С какой целью переохлаждают хладагент?

5. В каком устройстве осуществляется дросселирование хладагента?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Теоретические сведения

 

Основными параметрами, определяющими режим работы парокомпрессионной холодильной машины и ее рабочие характеристики, являются вид хладагента и его температуры кипения t ₀ и конденсации t _к.

Температура кипения t _к и соответствующее ей давление кипения p ₀ зависят, главным образом, от температуры среды t _хс охлаждаемой холодильной машиной. Охлаждаемой средой может быть воздух (в домашних холодильниках, камерах хранения, аппаратах для охлаждения и замораживания продуктов), когда испаритель находится непосредственно внутри охлаждаемого объекта. Такая система называется системой непосредственного охлаждения. В холодильных машинах с промежуточным хладоносителем охлаждаемой средой является жидкий хладоноситель (вода, рассол и др.).

Таким образом, температура кипения определяется требуемой температурой охлаждаемой среды. Для хранения охлажденных пищевых продуктов температура охлаждаемой среды t _хс с должна быть в пределах 2…4 °С (она не может быть ниже 0 °С), для хранения замороженных продуктов – не выше -10 °С (обычно -15...-20 °С), для замораживания пищевых продуктов требуется t _хс=-30...-40 °С.

Температуры кипения t ₀ и конденсации t _к, диапазон возможных значений которых весьма широк, существенно влияют на основные характеристики машины: холодопроизводительность, потребляемую мощность, холодильный коэффициент, надежность и долговечность.

Наибольшее влияние на них оказывает температура кипения. Рассмотрим это более подробно.

На рис. 4 на lg р - i диаграмме показан цикл 1 - 2-3-4 одноступенчатой холодильной машины, работающей при давлениях кипения p₀ и конденсации р _к, которым соответствуют температуры кипения t₀ и конденсации t _к.

Если температура кипения понижается до значения t _{0 а} , удельная массовая холодопроизводительность, как видно из диаграммы, уменьшается(q _0a =i _{1a "}- i_4a).

I, кДж/кг

Рис. 4. Изменение цикла холодильной машины с понижением температуры кипения

 

Это объясняется тем, что при дросселировании до более низкого давления р _0a (процесс 3- 4а) хладагент поступает в испаритель с большим содержанием пара(x _4a >х ₄).

Удельная работа сжатия компрессора с понижением температурыкипения увеличивается (l _a =i _2a -i _1a).

При этом уменьшается удельная массовая холодопроизводительность компрессора (q _0км =i ₁ -i ₄) и повышается температура сжатия пара в компрессоре (t _2a >t ₂).

С понижением температуры и давления кипения увеличивается удельный объем всасываемого пара (v _1a >v ₁), что приводит к существенному уменьшению удельной объемной холодопроизводительности компрессора q_{v км}.

Таким образом, с понижением температуры кипения:

- уменьшается холодопроизводительность машины; снижается ее энергетическая эффективность, так как уменьшается значение холодильного коэффициента ε=q ₀ /l;

- ухудшаются рабочие характеристики компрессора, так как с увеличением отношения давлений p _к /p _о и их разности p _к -p _о растет нагрузка на механизм движения и повышается температура сжатия.

К аналогичным отрицательным последствиям приводит повышение температуры конденсации и соответствующего давления конденсации. Кроме того, увеличивается нагрев компрессора и потребление электроэнергии. Однако, если понижение температуры кипения на 1 °С уменьшает холодопроизводительность машины на 4…5 %, то повышение температуры конденсации на 1 °С снижает ее всего на 1...2 % (в зависимости от типа холодильной машины и условий ее работы).

Отрицательных последствий влияния большого значения отношения р _к /р ₀ на характеристики холодильной машины можно избежать заменой одноступенчатого рабочего цикла многоступенчатым. Считается, что переходить к многоступенчатому сжатию следует, если р _к /р ₀ >8.

Наиболее распространены двухступенчатые холодильные машины, создающие необходимые условия для холодильной обработки и хранения замороженных пищевых продуктов.

Порядок выполнения работы

 

Основой холодильной машины (рис. 5) является шестицилиндровый двухступенчатый компрессор 1, который откачивает из испарителя 2 насыщенный пар хладагента, образующийся в нем в результате кипения при постоянном давлении р ₀,температуре t ₀.

 

 

Рис. 5. Схема двухступенчатой фреоновой холодильной установки:

1 – двухступенчатый компрессор; 2 – испаритель; 3 – водяной конденсатор; 4 – теплообменник промежуточного давления; 5 – маслоотделитель; 6 – фильтр-дегидратор; 7, 8 – терморегулирующие вентили; 9, 10, 13 – барорегулирующий, электромагнитный запорный и водяной вентили, 11 – прессостат; 12 – реле давления; 14 – мановакуумметр; 15 – линия всасывания

Перед компрессором 1 во всасывающем трубопроводе происходит перегрев пара при давлении кипения p ₀до температуры всасывания t_вс (процесс 1"-1). Перегрев пара перед компрессором приводит к увеличению работы сжатия, конечной температуры нагнетания и тепловой нагрузки на конденсатор. Однако перегрев пара перед компрессором необходим для безопасной работы холодильной машины.

В компрессоре 1 пар сжимается, температура и давление его при этом повышаются сначала до промежуточных значений t _при р _пр(процесс 1-2), а затем до температуры и давления нагнетания (процесс 3-4). Горячий пар после компрессора 1 поступает в кожухотрубный конденсатор с водяным охлаждением 3, где хладагент охлаждается до температуры насыщения и в результате конденсации снова превращается в жидкость (процесс 4-5'). При этом хладагент конденсируется при постоянных температуре конденсации t_к и давлении конденсации р_к. Расход воды автоматически регулируется водяным клапаном 13.

Жидкий хладагент подается из конденсатора через фильтр-дегидратор 6 и через электромагнитный запорный вентиль 10 в теплообменник промежуточного давления 4.

Перед теплообменником 4 жидкий хладагент разделяется на два потока. Основной поток поступает в змеевик теплообменника 4, где переохлаждается, отдавая теплоту кипящей жидкости (процесс 5'-7), и в состоянии глубокого переохлаждения поступает в испаритель 2, либо через автоматический барорегулирующий вентиль 9, либо через терморегулирующй вентиль 7, в котором он дросселируется от давления конденсации р_к до давления кипения р₀ (процесс 7-8).

Другой поток жидкости дросселируется в терморегули-рующем вентиле 8 от давления конденсации р_к до промежуточного давления р _прпри постоянном значении энтальпии (процесс 5'-6) и поступает в межзмеевиковое пространство теплообменника 4, где благодаря его кипению при промежуточных параметрах t _при р _пр(процесс 6-3") происходит переохлаждение жидкости идущей по змеевику. Испаренный в межзмеевиковом пространстве хладагент из теплообменника 4 используется для промежуточного охлаждения при р _пр =сопst (процесс 2-3") нагнетаемых паров, подводимых во вторую ступень компрессора.

Для контроля давления хладагента служат манометры промежуточного давления, давления всасывания, конденсации, масла.

Поддержание низкого давления в картере компрессора осуществляется прессостатом 11.

В лаборатории студенты знакомятся с устройством и принципом действия двухступенчатой фреоновой холодильной установки Хладагент – фреон R 22.

Затем студенты выполняют принципиальную схему двухступенчатой фреоновой холодильной установки.

Далее необходимо включить холодильную установку и снять показания манометров давления всасывания, промежуточного давления и давления конденсации. Результаты измерений занести в протокол испытаний (табл. 3).

 

Таблица 3. Протокол испытаний

 

Давление, МПа	Температура, °С
всасывания pвс	промежуточное pпр	конденсации pк	кипения t0	всасывания tвс	конденсации tк

 

После этого по исходным данным студенты строят lg p - i диаграмму цикла двухступенчатой фреоновой холодильной установки в диаграмме для фреона R 22 и определяют ее основные характеристики.

Для удобства выполнения расчетов значения параметров узловых точек цикла записываем в виде табл. 4.

 

Таблица 4. Параметры узловых точек процесса

 

Параметр

Точки

1'

3'

4'

р, МПа

t, °С

i, кДж/кг

u, м3/кг

 

Расчетная часть

 

Массовый расход холодильногь агента, сжимаемого в первой ступени компрессора G^I, кг/с, определяется по формуле,

 

, (17)

 

где Q ₀ – холодопроизводительность компрессора, кВт.

Массовый расход холодильногь агента, сжимаемого во второй ступени компрессора G^II, кг/с, определяется по формуле,

 

. (18)

 

Энтальпия рабочего вещества i₃, кДж/кг,при всасывании во вторую ступень компрессора

 

. (19)

 

Мощность двигателя компрессора N, кВт, определяется по формуле

 

. (20)

 

Теоретическаяий холодильный коэффициент

 

. (21)

 

Контрольные вопросы

 

1. В каких случаях используют двухступенчатые холодильные машины?

2. Каково устройство и принцип действия двухступенчатой холодильной машины?

3. В чем заключается отличие полного и неполного промежуточного охлаждения?

4. Каковы способы переохлаждения жидкого хладагента?

5. Как влияет повышение температуры конденсации на холодопроизводительность холодильной машины?

6. Как изменится холодопроизводительность машины при повышении температуры кипения на 2 градуса?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

Теоретические сведения

 

В ряде случаев, обычно для экспериментальных или других специальных целей, необходимо получать низкие температуры – порядка -80...-150 °С. Использование в этих случаях многоступенчатых холодильных машинбнецелесообразно и невыгодно вследствие очень низкого давления кипения.

Так, при работе на хладагенте среднего давления R12 или R22 давление кипения будет существенно ниже атмосферного, а удельный объем пара, всасываемого компрессором, очень большим. Поэтому компрессор нижней ступени будет иметь увеличенные габаритные размеры и металлоемкость.

Применение одного хладагента высокого давления невозможно из-за низкой критической температуры, а аммиак вообще нельзя использовать, так как его температура замерзания -78 °С.

Для получения низких температур эффективны каскадные холодильные машины. Они представляют собой систему отдельных одноступенчатых или двухступенчатых машин, работающих на разных хладагентах.

На рис. 6 показана принципиальная схема наиболее простой каскадной двухступенчатой фреоновой холодильной машины.

Рис. 6. Принципиальная схема каскадной дву