Главная Минимаркер Железнодорожный транспорт Минимаркер Транспортная энергетика (хладотранспорт) Минимаркер Принципиальные схемы холодильных машин двухступенчатого сжатия

Принципиальные схемы холодильных машин двухступенчатого сжатия

Страница 11 из 13

Многоступенчатыми машинами называются машины, работающие при двух и более давлениях всасывания.

При перевозке скоропортящихся грузов в рефрижераторных вагонах необходимо поддерживать весьма низкие температуры. Это приводит к тому что отношение давлений в конденсаторе и испарителе рк / р0 значительно возрастает (особенно при высокой температуре наружного воздуха используемого для охлаждения конденсатора). При температуре воздуха выше + 32°С работа одноступенчатой холодильной установки 23-вагонного поезда затрудняется из-за высокого давления конденсации аммиака в конденсаторе. Из-за высокой степени сжатия снижается производительность компрессора, ухудшается коэффициент подачи и увеличиваются потери от дросселирования в регулирующем вентиле Большие перепады давлений повышают температуру в конце сжатия, что недопустимо из-за возможности разложения смазочных масел и образования взрывчатой смеси. Кроме того, при высокой температуре образуется нагар на клапанах компрессора, и может нарушиться их нормальная работа.

В аммиачных машинах температура в конце сжатия не должна превышать 145°С, во фреоновых – 125°С.

Согласно ГОСТ 6492–68 при отношениях рк / р0 ≥ 9 применяют двухступенчатое сжатие. Одноступенчатые машины на аммиаке могут работать в диапазоне температур кипения от + 5 до -30°С при температуре конденсации не выше 40°С и разности давлений рк - р0 ≤1,2 МН/м2 (≈12 кгс/см2), а на хладоне-12 в интервале температур от + 15 до -30°С при максимальной температуре конденсации до 50°С и разности давлений рк - р0 ≤ 0,8МН/м2 (8 кгс/см2). Одноступенчатые машины на фреоне-22 могут работать при более низких температурах кипения – от + 5 до -40°С при одинаковых с аммиаком предельной температуре конденсации, отношении и разности давлений.

В термодинамическом отношении многоступенчатая машина выгоднее одноступенчатой, так как при промежуточном охлаждении пара между ступенями уменьшается его объем, что способствует уменьшению затраты работы в последующих ступенях. Кроме того, благодаря ступенчатому дросселированию жидкости с промежуточным отводом пара затрата работы также уменьшается.

В зависимости от степени охлаждения паров хладагента после первой ступени существуют две схемы двухступенчатого сжатия – с неполным и полным промежуточным охлаждением. В первой схеме для охлаждения используется только вода. Охлаждаемый пар не доводится до состояния насыщения и остается перегретым. Во второй схеме (рис. 1, а) пар охлаждается водой в охладителе (4), а затем жидким хладагентом в промежуточном сосуде (3).

Жидкий хладагент, выходящий из конденсатора (1), дросселируется при проходе через первый регулирующий вентиль (9), частично испаряется и под промежуточным давлением р01 направляется в промежуточный сосуд (3). Здесь жидкость отделяется от пара. Часть ее поступает в испаритель (8) промежуточного давления, а часть проходит через второй регулирующий вентиль (7) и направляется в испаритель (6) низкого давления.

Пар, полученный в испарителе, поступает в компрессор низкого давления (5), сжимается до промежуточного давления и выталкивается в промежуточный охладитель (4), где охлаждается водой или воздухом. Далее пар поступает в промежуточный сосуд (3), а затем в компрессор высокого давления (2). Полное промежуточное охлаждение перегретого пара в этом случае осуществляется за счет теплоты парообразования жидкости, которая частично испаряется в промежуточном сосуде. Пар из промежуточного сосуда отсасывается компрессором высокого давления.

Принципиальные схемы холодильных машин двухступенчатого сжатия

Рис. 1 – Принципиальные схемы холодильных машин двухступенчатого сжатия: ас полным промежуточным охлаждением; б – без промежуточных испарителя и охладителя

В машинах двухступенчатого сжатия с двойным регулированием может не быть испарителя высокого давления и промежуточного охладителя (рис. 1, б). Такие машины широко применяются в рефрижераторных поездах и секциях. Имеющиеся в них обводные трубопроводы с запорными вентилями (10) и (11) предназначены для переключения с двухступенчатого сжатия на одноступенчатое. В этом случае вентили (10) и (11) на обводных трубах и регулирующий вентиль (7) должны быть открыты, а регулирующий вентиль (9) – закрыт. Промежуточный сосуд (3) и компрессор высокого давления (2) должны быть отключены от системы. Из конденсатора (1) жидкий хладагент поступает в испаритель (6) через вентиль (10) и регулирующий вентиль (7). Пары отсасываются из испарителя компрессором низкого давления (5), сжимаются и выталкиваются через вентиль (11) в конденсатор (1).

Применяются также двухступенчатые машины, работающие на хладоне (фреоне). Они отличаются от аммиачных тем, что в ступени низкого давления осуществляется перегрев пара до всасывания в компрессор за счет охлаждения жидкости перед регулирующим вентилем. Перегрев паров хладагента перед всасыванием в цилиндр низкого давления способствует увеличению энергетических коэффициентов компрессора. Поэтому при расчетах коэффициенты для фреоновых компрессоров ступени низкого давления принимают такими же, как и для ступени высокого давления.

Существуют двухступенчатые машины с глубоким переохлаждением жидкости и одноступенчатым дросселированием. В таких машинах предусмотрен промежуточный сосуд со змеевиком для переохлаждения жидкого хладагента перед дросселированием. Двухступенчатому дросселированию подвергают только часть жидкости, которая необходима для промежуточного охлаждения пара после первой ступени сжатия и для переохлаждения жидкости, проходящей по змеевику;

Работу машины, устроенной по такому принципу, можно легко автоматизировать.

Многоступенчатые циклы в холодильных машинах осуществляются применением отдельных компрессоров или компрессоров с дифференциальными поршнями. Двухступенчатое сжатие можно получить также с помощью одноступенчатого компрессора, в котором одна полость используется в качестве цилиндра низкого давления, а другая – цилиндра высокого давления. Кроме того, двухступенчатое сжатие может быть получено в одном цилиндре с применением дозарядки. Однако в настоящее время такие компрессоры не изготовляют.

Многоступенчатая установка из отдельных компрессоров более универсальна, хотя механические потери в ней больше по сравнению с компрессорами, оснащенными дифференциальными поршнями.

Диаграмма цикла двухступенчатого сжатия в координатах Т – s и lg p – i

Рис. 2 – Диаграмма цикла двухступенчатого сжатия в координатах Тs и lg pi

Рассмотрим цикл двухступенчатой холодильной машины с полным промежуточным охлаждением (см. рис. 1, а). Циклы двухступенчатой аммиачной холодильной машины в координатах Тs и lg pi показаны на (рис. 2). Основные процессы цикла следующие:

  • 1 – 2 – сжатие в цилиндре низкого давления (ЦНД) до р01, t0l;
  • 2 – 3 – охлаждение паров хладагента в промежуточном охладителе;
  • 3 – 4 – дальнейшее охлаждение паров в промежуточном сосуде;
  • 4 – 5 – сжатие паров в цилиндре высокого давления (ЦВД) до pк, tк;
  • 5 – а – охлаждение паров в конденсаторе;
  • а – 6 – конденсация паров в конденсаторе;
  • 6 – 7 – переохлаждение хладагента перед первым регулирующим вентилем до tи;
  • 7 – 8 – дросселирование жидкого хладагента через первый регулирующий вентиль;
  • 8 – 9 – отделение жидкости от пара в промежуточном сосуде;
  • 9 – 10 – дросселирование жидкого хладагента через второй регулирующий вентиль до р02, t02;
  • 10 – 1 – кипение жидкого хладагента в испарителе.

Линия 1 – 11 изображает процесс одноступенчатого сжатия паров хладагента. При двухступенчатом сжатии паров экономию, получаемую в работе, можно представить площадью 2 – 4 – 5 – 11 на диаграмме Ts.

Линия 3 – 12 характеризует сжатие паров хладагента в ЦВД при неполном промежуточном охлаждении. При полном промежуточном охлаждении расход мощности в аммиачных холодильных машинах снижается, работа уменьшается (площадь 3 – 4 – 5 – 12 на диаграмме Тs). Однако полное промежуточное охлаждение в машинах, работающих на хладоне-12, неэффективно. Это объясняется различными термодинамическими свойствами аммиака и хладона. Линии постоянной энтропии (s = const) на диаграмме для аммиака идут более полого в области перегрева, чем у хладона-12. Следовательно, в машинах, работающих на хладоне, экономия затрат на 1 кг хладагента при осуществлении сжатия вблизи линии насыщенного пара не компенсирует увеличения его количества, которое придется сжимать в компрессоре высокой ступени.

Как видно из диаграммы Тs, при полном промежуточном охлаждении снижается температура паров, сжимаемых компрессором высокого давления. Высокая температура сжатия способствует появлению нагара на клапанах компрессора и нарушению нормальной работы.

Двухступенчатое дросселирование позволяет увеличить холодопроизводительность, которую можно представить площадью а – 10 – 8ʹ – β. Два испарителя, работающие с различными температурами кипения, эффективно применять в двухступенчатой аммиачной установке с промежуточным охлаждением и отбором паров, образующихся при дросселировании.

Выбор многоступенчатых установок должен основываться на экономическом анализе. Экономию, получаемую в работе, сопоставляют с дополнительными затратами на оборудование. Холодопроизводительность и род хладагента также оказывают влияние на экономичность установки.


© 2013 - 2017 Учебно-образовательный портал "Все лекции"
Материалы, представленные на страницах нашего сайта, созданы авторами сайта, присланы пользователями, взяты из открытых источников и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Все авторские права на материалы принадлежат их законным авторам.
Разработка сайта - Скобелев Алексей





Яндекс.Метрика