Принципиальные схемы холодильных машин, работающих по циклу двухступенчатого сжатия.

Двухступенчатое сжатие. При низких температурах кипения холодильного агента (-30 — -35° С) и высо­ких температурах конденсации (35—40° С) возрастает температура в конце сжатия в компрессоре, что приводит к ухудшению условий смазки. В результате этого температура может повыситься до температуры вспышки масла.

В компрессор при низком давлении р₀ поступает пар, имеющий большой удельный объем, вследствие чего производительность компрессора, а, следовательно, и холодопроизводительность холодильной машины уменьшается, при этом увеличивается работа сжатия. При уменьшении холодопроизводительности и увеличенииработы сжатия снижается холодильный коэффициент ε с увеличением степени сжатия р _к/ р ₀ уменьшаются объемные и энергетические коэффициенты компрессора, возрастает разность давлений, действующая на поршень. При таких условиях работы целесообразно применять двухступенчатое сжатие.

При двухступенчатом сжатии процесс сжатия разбивают на два: сначала в компрессоре — ступени низкого давления (СНД) — пар сжимается от давления кипения до промежуточного давления р_пр, затем при постоянном давлении р_пр пар охлаждается, после чего в компрессоре — ступени высокого давления (СВД) — пар сжимается от давления Р_пр до давления конденсации р_к. Замена одноступенчатого сжатия двухступенчатым повышает стоимость установки, усложняет ее эксплуатацию. Однако при больших степенях сжатия двухступенчатое сжатие имеет преимущества перед одноступенчатым (рис. 2.2).

Рисунок 2.2 – Сравнение циклов одно-двухступенчатого сжатия

при одинаковых и Т₀ и Т_к

В конце сжатия снижается температура перегрева пара (Т¢₂ при одноступенчатом сжатии, Т₄ двухступенчатом), увеличивается холодопроизводительность (D q ₀ равна площади а — 9 — 10 — б), уменьшается работа, затраченная на сжатие (D l ₀ = площади 2—3— 4 — 2'). Границы применения цикла с одноступенчатым сжатием 1 — 2' —5— 6 — 10 — 1 и перехода к двухступенчатому 1 — 2 — 3 — 4 — 5—6 — 6' — 8—9 — 1 зависят от холодильного агента, типа Машин, особенностей работы установки в каждом отдельном случае.

Аммичные холодильные машины двухступенчатого сжатия с поршневыми компрессорами приводяном охлаждении цилиндров рекомендуется применять при степени сжатия р_к /р₀ ³ 9 и разности давлений р_к– р₀ ³ 1,75МПа. Двухступенчатые машины» работающие на хладоне-12, используют при р_к /р₀ ³ 9 и р_к– р₀ ³ 0,775МПа. Для низкотемпературных одноступенчатых холодильных машин с поршневыми компрессорами, работающими на хладогене-22, отношение р_к/р₀ не должно превышать 1,2, для одноступенчатых машин с ротационными и винтовыми компрессорами р_к /р₀ ≤ 14÷16.

Использование в качестве холодильных агентов хладона-22 и хладона-502 и применение в судовых холодиль­ных установках винтовых компрессоров значительно расширили возможности применения более простых идешевых схем одноступенчатого сжатия.

Двухступенчатое сжатие может осуществляться в двухступенчатом компрессоре или в двух одноступенчатых компрессорах, включенных в схему СНД и СВД, причем в качестве СНД целесообразно использование ротационных или винтовых компрессоров, имеющих при меньших габаритах большую производительность, чем поршневые.

Различают схемы двухступенчатых холодильных машин с полным и неполным промежуточным охлаждением. При полном промежуточном охлаждении пар между сту­пенями охлаждается до состояния сухого насыщенного пара (см. рис. 2.3, процесс 2 — 3), что достигается с помощью жидкого холодильного агента в промежуточном сосуде. При неполном промежуточном охлаждении пар перед СВД остается перегретым (см. рис. 2.3, процесс 2 — 3'), при этом он охлаждается водой в водяном промежуточном холодильнике.

Схемы двухступенчатых холодильных машин бывают с одной и двумя температурами кипения. В первом случае в схему включены испарители, в которых кипит жидкий холодильный агент при температуре кипения, соответствующей низкому давлению р₀. Во втором случае в схему включены испарители низкого давления, в которых жидкость кипит при температуре Т₀ и давлении р₀, и испарители высокого давления, где жидкий холодильный агент кипит при температуре кипения Т _пр, соответствующий промежуточному давлению р _пр. Эти схемы сложны эксплуатации и применяются редко. Применяют схемы двухступенчатых холодильных машин с одноступенчатым дросселированием. В схему с одноступенчатым дросселированием входит один регулирующий вентиль, в котором происходит дросселирование жидкости от давления конденсации р_к до давления кипения Р₀. В схему с двухступенчатым дросселированием включены два регулирующих вентиля и промежуточный сосуд для промежуточного отбора пара. В первом регулирующем вентиле давление понижается от р_к до р _пр. 5разующаяся парожидкостная смесь поступает в промежуточный сосуд.

Рисунок 2.3 – Двухступенчатая холодильная машина с полным промежуточнымохлаждением и промежуточным сосудом – теплообменником:

а – принципиальная схема;

б — цикл в s— T-диаграмме;

в — цикл в i—lgp -диаграмме

Пар из парожидкостной смеси отделяется от жидкости, отсасывается из промежуточного сосуда СВД, а жидкость поступает во второй регулирующий вентиль и дросселируется в нем от давления р _пр до р ₀.

Вопросы для самоконтроля:

1. Основные требования, предъявляемые к холодильным агентам.

2. Дать сравнительный анализ наиболее применяемых холодильных агентов.

3. Чем определяется температура замерзания рассолов?

4. При каких условиях работы холодильной установки необходимо применять двухступенчатое сжатие?

Литература: [2]