Исследование работы двухступенчатой

Фреоновой холодильной установки

 

Ц е л ь р а б о ты: 1. Изучение устройства и принципа действия двухступенчатой фреоновой холодильной установки.

2. Приобретение практических навыков расчета основных характеристик двухступенчатой холодильной установки.

Р е к о м е н д у е м а я л и т е р а т у р а: [1, 3, 5].

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