Принцип д-вия компресс холод-ка.

При работе паровых компрес холод м-н цикл соверш в обл влажного пара холод-го агента, где изобары совпадают с изотермами, что позволяет рассмотреть цикл Карно(Вставить рис)Жидкий холод агент кипит в испарителе И при постоянной Т_K (процесс 4—1), в результ от охлажд-го тела отвод-ся теплота. При кип холод агента происх поглощ значит кол-ва теплоты.Образовавшийся пар вместе с небольшим кол-вом испарившегосяхолод агента адиабатически сжим в компрессоре Км до давления Рк (п-с 1 — 2) и поступ в конденсатор Кн, конденсируясь при постоянной Тк (пр-с 2— 3) и отдавая поглощенную в испарителе теплоту окруж среде — воздуху или воде. Жидкий холодильный агент адиабатически расширяется в детандере Д до давления Ро (пр-с 3—4), совершая при этом полезную работу.Кол-во отведенной 1 кг холодильного агента теплоты q₀ в испарителе определяется на S—T -диаграмме площадью а—4—1—b и может быть представлено как разность энтальпий i1 – i4. Кол-во теплоты qобр, отданное 1 кг холодильного агента в конденсаторе, определяется площадью a — 3—2—b или разностью энтальпий i 2 - i 3.Работа цикла l обр может быть определена разностью работ компрессора и детандера: l обр = lK – lp. Работа компрессора и детандера может быть записана lk = i2 – i1 и l р = i3 – i4 Холод коэффициент цикла ε ε обр0 = qобр0 /lобр = (i1 – i4) / [(i2 – i1) – (i3 – i4)].

Рассмотренный цикл Карно явл-ся обратимым. Осуществить его практически трудно, т. к. работа, полученная в детандере, значительно меньше работы, затраченной в компрессоре, ибо жидкость практически несжимаема, а удельные объемы жидкости и пара различ в сотни раз.

Часть работы детандера тратится на преодоление сил трения, поэтому вместо детандера в паровой холодильной машине используется дроссельный вентиль.

Вследствие замены детандера дроссельным вентилем в цикле появляется необратим процесс дросселирования 3—4, проходящий без произв-ва работы и теплообм с окруж ср, т.е. при постоянной энтальпии, поэтому i = i 4.

При адиабатич дросселир работа расширения переходит в теплоту трения, поэтому часть циркулирующего жидкого холод агента, пропорциональная выделенной теплоте, превращается в пар. В испаритель холод агент поступ в виде парожидкостной смеси. Поэтому только часть циркулирующего холод агента кипит виспарителе, воспринимая теплоту от охлажд тела, вследствие чего удельная массовая холодопроизводит холод агента уменьш на величину, соответствующую площади а—4—4'—с: Δ q0 = i4’ – i4. Удельная массовая холодопроизвод холод агента в этом случае: q0 = qобр0 - Δ q0 = (i1 – i4) – (i4’ – i4) = i1 – i4’. Работа цикла будет больше, чем обратимого: l = lк – lобр+ lp = i2 – i1 Холодильный коэффициент цикла ε = q0 / l = (i1 – i4’) / (i2 – i1). Замена детандера дроссельным вентилем приводит к уменьш удельной массовой холодопроизводит холод агента, холодкоэффициента и увелич работы цикла.В циклах 1—2—3—4 и 1—2—3—4’ влажный пар вых из испарителя и поступ в компрессор. Это уменьш производительность компрессора вследствие повыш удельного объема всасываемого пара и падения давл, возник опасность аварии компрессора в результ гидравлического удара. Чтобы избежать этого, холодильные

машины должны работать так, чтобы из испарителя выходил сухой насыщ или перегретый пар, а в компрессор поступ перегретый пар холод агента. Это можно осуществить в цикле 1’— 2’— 3— 4’ со всасыванием в компрессор сухого насыщенного пара.Для сжатия пара обратимым путем необход провести два процесса сжатия: адиабат 1’ — 2" и изотермич 2” — 2, для чего требуется два компрессора. Хотя необратимые потери в цикле 1’—2’—3—4’ больше, чем в цикле 1’—2’’—3—4’, так как холод агент передает теплоту окруж среде в процессе 2’— 2 при конечнойразностиТ.

Удельная массовая холодопроизводит холод агента в обоих циклах одинакова: q0 = i1’ – i4’. Но колич теплоты, отданной 1 кг холодильного агента в конденсаторе окруж среде, и работа цикла 1’ —2’— 3—4’ будут больше, чем в цикле 1’—2’’—3--4’, на величину площади 2 — 2’—2’’. Холод коэффициент цикла 1’—2’—3—4’ определ как ε = (i1’ – i4’) / (i2’ – i1’) и будет меньше, чем коэффиц цикла 1’— 2’’ --3—4’. При всасыв в компрессор перегретого пара удельная массовая холодопроизводит холод агента увелич, но в большей степени возрастает работа цикла, поэт необрат потери увелич. Необрат потери, связанные с дросселированием хладагента, м. быть уменьшены его охлаждением перед дросселированием до Т ниже Т окруж ср. Жидкий холодильный агент перед дросселированием можно охладить также паром, выходящим из испарителя в регенеративном теплообменнике, осуществив цикл, назыв регенеративным. При этом Т всасываемого в компрессор и нагнетаемого в конденсатор пара повыш, что увелич необрат потери перегрева. В машинах, работающих на аммиаке, этот режим работы компрессора достиг при помощи спец аппарата — отделителя жидкости либо путем регулир подачи холод агента в испаритель. Отделитель жидк включ во всасывающую линию холод установки между испарителем и компрессором.В хладоновых установках сухой ход компрессора достиг при помощи спец теплообменников или путем регулир подачи холод агента в испаритель.Эффективность работы оценив ее холод коэффициентом и холодопроизводит, к-рые зависят от типа и конструкции установки, вида и свойств холод агента, конструкции компрессора, условий работы. Под условиями работы холод машины подразумевают Т кип холод агента в испарителе, Тконденс сжатых паров агента в конденсаторе, Т переохлаждения жидкого холод агента, поступ в регулирующий вентиль.

 

22.Принципиальная схема и цикл каскадной холодильных машин. При больших значениях отношения давлений холодопроизводительность значительно снижается, поэтому вместо одноступенчатых применяют двух-,трехступенчатые и каскадные холодильные машины. Кроме того, при больших значениях отношения Рк/Р₀ температура пара в конце сжатия в одноступенчатой машине чрезмерно высока, что приводит к потере маслом смазочных свойств, его самовозгоранию, повышению износа деталей компрессора.Переход к многоступенчатому сжатию обусловлен и необходимостью соблюдения условий прочности, так как по расчетам разность давлений Рк - Р_о превышать 1,7 МПа. В многоступенчатых машинах температура паров компрессоров не должна холодильного агента в конце сжатия первой ступени компрессора обычно выше температуры окружающей среды, поэтому приходится охлаждать перегретый пар прямоточно в водяном межступенчатом холодильнике. Кроме водяного применяют промежуточное охлаждение холодильным агентом, что увеличивает холодильный коэффициент. Многократное дросселирование холодильного агента с промежуточным отбором пара снижает энергетические потери. Холодильный агент сжимается до давления конденсации последовательно в две или более ступеней с промежуточным охлаждением частично сжатых паров.В схемах с многократным дросселированием промежуточное охлаждение между ступенями сжатия может быть полным и неполным. Принципиальные схемы многоступенчатых парокомпрессионных машин: а — с неполным промежуточным охлаждением; 6 — с полным промежуточным охлаждением.Неполное промежуточное охлаждение осуществляется водой. В этом случае (см. рис. 4, а) температура сжатого пара после цилиндра низкого давления (ЦНД) — процесс 1—2 - снижается в водяном межступенчатом холодильнике I до состояния 3' сухого перегретого пара, а затем пар поступает в цилиндр высокого давления (ЦВД).

Рис. 5. Цикл многоступенчатой парокомпрессионной машины и соответствующей температуры T₀'. Сухой насыщенный пар из промежуточного сосуда (состояние 3) (рис.5) поступает в ЦВД. В результате смешивания сухого насыщенного и перегретого паров после холодильника всасываемый в ЦВД пар переходит в состояние 3", а после сжатия — в 4" (процесс 3"—4")( см. рис. 5).При полном промежуточном охлаждении состояние рабочего тела передвсасыванием в компрессор более высокой ступени соответствует состоянию сухого насыщенного пара. Холодильный коэффициент реального цикла холодильной машины, в свою очередь, еще меньше из-за объемных и энергетических потерь.Для получения очень низких температур применения одного рабочего теланедостаточно из-за давлений кипения рабочего тела, близких к глубокому вакууму, затвердевания его при низкой температуре кипения в испарителе и по другим причинам. В этих случаях приходится использовать каскадные холодильные машины, в каждой ступени которых применяют свое рабочее тело. При этом испаритель каждой следующей ступени является конденсатором предыдущей.

4. Понятия «холо­дильник», «холодильная машина», «холодильная установка», «шоковое охлаждение».

Совокупность технических устройств, обеспечивающих осуществление холодильного цикла, называется холодильной машиной.

Холодильная машина – эта замкнутая система из аппаратов и устройств, предназначенных для осуществления холодильного цикла. Используют холодильные машины для охлаждения разнообразной продукции ниже температуры окружающей среды и для непрерывного поддержания заданной температуры в течении определенного времени

Холодильная установка включает в себя холодильную машину, приборы автоматики, трубопроводы и сооружения, необходимые для проведения технологического процесса

Холодильная техника – высокоразвитая отрасль промышленности, способная удовлетворять самые различные требования, возникающие в связи с необходимостью отвода теплоты от различных объектов

№27 Поршневые одно-двух ступенчатые компрессоры, ротационные, винтовые, турбокомпрессоры

Компрессор, в котором ротор (поршень) вращается относительно цилиндра, наз-тся ротационным. По характеру движения ротора разделяют:с катящимся ротором и пластинчатые. Габариты ротационных компрессоров невелики. Изготавливают их с катящимися, качающимися и вращающимися роторами, последние (пластинчатые компрессоры) — с двумя, четырьмя и более пластинами, с круглым или эллиптическим цилиндром.Ротационные компрессоры используют в установках большой холодопроизводительности в качестве ступеней низкого давления в агрегатах двухступенчатого сжатия. Выпускают герметичные компрессор небольшой холодопроизводительности.Ротационный герметичный компрессор с катящимся ротором состоит из неподвижного цилиндра и поршня-ротора, вращающегося на эксцентриковой шейке вала. К ротору при помощи пружины прижимается лопасть, разделяющая рабочий объем цилиндра на две части: в одной протекает процесс всасывания, в другой — сжатия и нагнетания.Холодопроизв-ть таких компрессоров от 255 до 640 Вт.

Винтовые компрессоры Основу винтовых компрессоров составляют два ротора (оба с зубчато-винтовыми лопастями): ведущий и ведомый, расположенные в корпусе.Винтовые впадины роторов, проходя мимо всасывающего окна, заполняются газообразным холодильым агентом. При дальнейшем вращении роторов газ сжимается, так как зубья одного ротора входят во впадины другого, при этом уменьшается V, занимаемый газом. К концу сжатия впадины со сжатым газом объединяются с нагнетательным окном.Применяют больше маслозаполненные винтовые компрессоры, в рабочее пространство которых подается масло.Они надежны в эксплуатации, их холодопроизводительность можно плавно регулировать с помощью золотникового устройства, изменяющего активную длину винтов, у них отсутствует трение в полости сжатия. Они имеют небольшие габариты и массу.Целесообразно применение аммиачных винтовых компрессоров холодопроизвод-тью 350—1745 кВт.

Турбокомпрессоры имеют несколько колес, поэтому являются многоступенчатыми машинами. По принципу работы бывают осевые и центробежные. Осевые компрессоры применяют для очень большой холодопроизвод-сти, центробежные - от 500 до нескольких тысяч киловатт.На валу центробежного компрессора вращаются рабочие колеса с лопатками, передающие кинетическую энергию холодильному агенту, который выбрасывается из колеса в диффузор, где его кинетическая энергия преобразуется в энергию давления. Движение пара на рабочем колесе складывается из вращения его вместе с колесом (абсолютное движение) и перемещения вдоль лопаток (относительное движение), что в сумме определяет абсолютную скорость движения пара, а следовательно, его кинетическую энергию. Работа, затрачиваемая на сжатие пара, уменьшается по мере приближения процесса сжатия к изотермическому, поэтому после группы колес применяется промежуточное охлаждение пара в холодильниках.

 

6. Способы получения низких температур Для получения низких температур (но не ниже 0°С) может быть применен водный лед, который в условиях атмосферного давления плавится при 0°С и имеет сравнительно большую величину удельной теплоты плавления — 335 кДж/кг. Если давление ниже атмосферного, сублимация водного льда происходит при температуре ниже 0°С, что используют в сублимационной сушке пищевых продуктов. Более низкие температуры плавления можно получить, смешивая лед с некоторыми солями, например с хлоридом кальция (рис. 1).

Самая низкая температура плавления смеси хлорида кальция со льдом достигается в криогидратной (эвтектической) точке, которая равна -55 °С при массовой концентрации хлорида кальция ξ = 29,9 %. Источником низкой температуры может служить твердый диоксид углерода (сухой лед), имеющий при атмосферном давлении температуру сублимации -78,5 °С и удельную теплоту 574 кДж/кг. Более широко распространено получение низких температур с использованием процесса кипения. С помощью одного вещества можно получить определенный интервал температур, поскольку температура его кипения зависит от давления: с уменьшением давления температура кипения понижается, и наоборот. С помощью различных веществ можно получать низкие температуры в широком диапазоне. Процесс испарения используют, например, для понижения температуры воды или влажных поверхностей.

 

 

10. Способы получения низких температур.

Для получения низких температур(но не ниже 0°С)может быть применен водный лед, который в условиях атмосферного давления плавится при 0°С и имеет сравнительно большую величину удельной теплоты плавления-335 кДж/кг. Если давление ниже атмосферного, сублимация водного льда происходит при температуре ниже 0°С, что используют в сублимационной сушке пищевых продуктов. Более низкие температуры плавления можно получить, смешивая лед с некоторыми

солями, например с хлоридом кальция (рис. 1).

 

Самая низкая температура плавления смеси хлорида кальция со льдом достигается в криогидратной (эвтектической) точке, которая равна -55 °С при массовой концентрации хлорида кальция ξ = 29,9 %. Источником низкой температуры может служить твердый диоксид углерода (сухой лед), имеющий при атмосферном давлении температуру сублимации -78,5 °С и удельную теплоту 574 кДж/кг.

Более широко распространено получение низких температур с использованием процесса кипения. С помощью одного вещества можно получить определенный интервал температур, поскольку температура его кипения зависит от давления: с уменьшением давления температура кипения понижается, и наоборот. С помощью различных веществ можно получать низкие температуры в широком диапазоне. Процесс испарения используют, например, для понижения температуры воды или влажных поверхностей. Адиабатическим дросселированием называют процесс необратимого перехода газа (жидкости) с высокого давления на низкое (расширение) при прохождении через сужение поперечного сечения (перегородка с отверстием, пористая перегородка и т.д.) без совершения внешней работы и отдачи или получения теплоты. Процесс протекает быстро, вследствие чего теплообмен с окружающей средой практически не происходит и энтальпия (теплосодержание) вещества не изменяется.Полезная работа не совершается, так как работа проталкивания переходит в теплоту трения.Энтальпия-это функция состояния, равная сумме внутренней и потенциальной энергии давления (PV), где Р- давление; V- объем.При адиабатическом дросселировании реального вещества в отличие от идеального вследствие изменения внутренней энергии производится работа против сил взаимодействия молекул. Это приводит к изменению температуры вещества. Изменение температуры реального вещества при дросселировании называется эффектом Джоуля-Томсона.В зависимости от начального состояния реального вещества перед дросселем температура его при дросселировании может уменьшаться, увеличиваться и оставаться без изменения.Точка,соответствующая начальному состоянию вещества, в которой его температура при адиабатическом дросселировании не изменяется и, следовательно, изменяется знак температурного эффекта, называется точкой инверсии, а температура, соответствующая этой точке,-температурой инверсии. Точку инверсии можно определить,построив в координатах TV изобару и проведя к ней касательную из начала координат.При начальных температурах газа ниже температуры инверсии он при дросселировании будет охлаждаться,выше-нагреваться.Большинство газов,за исключением водорода и гелия, имеют довольно высокую температуру инверсии (600°С и выше), поэтому практически для всех газообразных веществ в области,близкой к критической,адиабатическое дросселирование приводит к понижению температуры. Через определенный физический процесс,можно получить источник требуемой температуры, необходимой для охлождения тела. Низкие тем-ры(это темп-ры от окружающей среды, до близкой к 0 С.). низкие делятся на; облость умеренного холода до -130С. Б)глубокого охлаждения (-103С) до(203С).В)криогенные(-203С)до(-272,7С).Г)сверхнизкие(-272,2С)до(-272,999С).

 

 

Обратный цикл Карно

Для непрерывного охлаждения машинными способами помимо охлаждаемого тела и приемника теплоты требуется третье тело, переносящее теплоту от первого ко второму. Это третье тело называется рабочим телом или холодильным агентом.

Холодильный агент, претерпевая ряд изменений, должен возвращаться в первоначальное состояние, непрерывно участвуя в круговом процессе, или цикле. Подобный цикл называется термодинамическим. В отличие от прямого цикла (цикл тепловой машины), когда работа производится при переходе теплоты от более нагретого тела к менее нагретому, круговой процесс, в котором для передачи теплоты от менее нагретого тела к более нагретому необходимо подводить энергию (или теплоту), называется обратным циклом.

Различают три вида обратного цикла: холодильный 1—2—3—4, в котором теплота переносится от охлаждаемого тела с температурой Тн к окружающей среде с температурой Тос;

теплового насоса 5— 6— 7— 8, в котором теплота переносится от окружающей среды к телу с более высокой температурой Тв;

комбинированный 9— 10— 11— 12, состоящий из двух первых.

Если при осуществлении процессов, образующих обратный цикл, у

взаимодействующих тел не наблюдаются остаточные изменения, т.е. эти процессы обратимы, то и обратный цикл обратим. На осуществление обратимого цикла требуется минимум работы или теплоты, поэтому он является эталоном. Обратимый холодильный цикл 1—2—3—4, приведенный на рис, показан на S— Т – диаграмме, где S — энтропия; Т— абсолютная температура.

цикл должен состоять из двух изотермических и двух адиабатических процессов. Такой цикл называется циклом Карно. При этом холодильный агент должен получать теплоту от охлаждаемого тела и передавать ее окружающей среде при постоянных температурах. Температуры холодильного агента и окружающей среды должны отличаться друг о т друга на бесконечно малую в еличину, так как разность температур необходима для осуществления теплообмена.

 

32.Дверные уплотнители и затворы. РасчетВ холодильниках устанавливают специальные изолированные двери. По контуру примыкания дверей к дверной коробке закладывают герметизирующие прокладки из упругих материалов (губчатая резина). Двери оснащают замками натяжного типа.Прислонные двери (распашные) ручные, откатные — механические. Каркас дверей выполняют из дерева, теплоизоляция имеет толщину до 150 мм. С двух сторон двери обивают оцинкованным стальным листом. Для предотвращения примерзания дверей к дверной коробке устанавливают электрообогрев. Для уменьшения притока теплого воздуха в охлаждаемые помещения при открывании дверей их оснащают воздушными завесами или брезентовыми шторами. Теплоизоляционные материалы. Материалы должны иметь микропористую структуру с объемом пор 90 — 98 %, обладать свойством гидрофобности, достаточной прочностью на изгиб и сжатие, морозостойкостью, не поражаться грызунами и микроорганизмами, не иметь запаха и не выделять вредных летучих компонентов. Они должны быть трудносгораемыми или самозатухающими.

 

 

,

 

21.Принципиальные схемы и циклы одноступенчатой, двухступен­чатой холодильных машин.

Одноступенчатые холодильные машины. При работе паровых компрессионных холодильных машин цикл совершается в области влажного пара холодильного агента, где изобары совпадают с изотермами, что позволяет теоретически рассмотреть цикл Карно.

Функциональная схема паровой одноступенчатой холодильной машины и обратимый цикл Карно, совершаемый ею, приведены на рис. 3.

Рис. 3. Функциональная схема паровой одноступенчатой холодильной

машины б —диаграмма работы машиныЖидкий холодильный агент кипит в испарителе И при постоянной температуре ТK (процесс 4—1), в результате чего от охлаждаемого тела, например воздуха, отводится теплота. При кипении холодильного агента происходит поглощение значительного количества теплоты.Образовавшийся пар вместе с небольшим количеством неиспарившегося холодильного агента адиабатически сжимается в компрессоре КM до давления РK (процесс 1 — 2) и поступает в конденсатор Кн, конденсируясь при постоянной температуре Тк (процесс 2— 3) и отдавая поглощенную в испарителе теплоту окружающей среде — воздуху или воде.Жидкий холодильный агент адиабатически расширяется в детандере Д до давления Ро (процесс 3—4), совершая при этом полезную работу.

Количество отведенной 1 кг холодильного агента теплоты q0 в испарителе определяется на S—T -диаграмме площадью а—4—1—b и может быть представлено как разность энтальпий i1 – i4. Количество теплоты qобр, отданное 1 кг холодильного агента в

конденсаторе, определяется площадью а — 3—2—b или разностью энтальпий i 2 - i 3.Работа цикла l обр может быть определена разностью работ компрессора и детандера: l обр = lK – lp. (10)Работа компрессора и детандера может быть записана lk = i2 – i1 и l р = i3 – i4. (11)Холодильный коэффициент цикла ε обр0 может быть выражен как ε обр0 = qобр0 /lобр = (i1 – i4) / [(i2 – i1) – (i3 – i4)]. (12)Рассмотренный цикл Карно является обратимым. Однако осуществить его практически трудно, так как работа, полученная в детандере, значительно меньше работы, затраченной в компрессоре, ибо жидкость практически несжимаема, а удельные объемы жидкости и пара различаются в сотни раз.Следует иметь в виду и то, что часть работы детандера тратится на преодоление сил трения, поэтому вместо детандера в паровой холодильной машине используется дроссельный (регулирующий) вентиль ДВ, изображенный на рис. 3 штрихами. Дроссельный вентиль прост в устройстве и надежен в эксплуатации. Вследствие замены детандера дроссельным вентилем в цикле появляется необратимый процесс дросселирования 3—4, проходящий без производства работы и теплообмена с окружающей средой, т.е. при постоянной энтальпии, поэтому i = i 4.

При адиабатическом дросселировании работа расширения переходит в теплоту трения, поэтому часть циркулирующего жидкого холодильного агента, пропорциональная выделенной теплоте, превращается в пар. В испаритель холодильный агент поступает в виде парожидкостной смеси. Поэтому только часть циркулирующего холодильного агента кипит в испарителе, воспринимая теплоту от охлаждаемого тела, вследствие чего удельная массовая холодопроизводительность холодильного агента уменьшается на величину, соответствующую площади а—4—4'—с: Δ q0 = i4’ – i4. (13)

Удельная массовая холодопроизводительность холодильного агента в этом случае:

q0 = qобр0 - Δ q0 = (i1 – i4) – (i4’ – i4) = i1 – i4’. (14)

Работа цикла будет больше, чем обратимого: l = lк – lобр+ lp = i2 – i1. (15)

Холодильный коэффициент цикла ε = q0 / l = (i1 – i4’) / (i2 – i1). (16)

Как видно, замена детандера дроссельным вентилем приводит к уменьшению удельной массовой холодопроизводительности холодильного агента, холодильного коэффициента и увеличению работы цикла. В циклах 1—2—3—4 и 1—2—3—4’ влажный пар выходит из испарителя и поступает в компрессор. Это уменьшает производительность компрессора вследствие повышения удельного объема всасываемого пара и падения давления, возникает опасность аварии компрессора в результате гидравлического удара. Чтобы избежать этого, холодильные машины должны работать так, чтобы из испарителя выходил сухой насыщенный или перегретый пар, а в компрессор поступал перегретый пар холодильного агента. Это можно осуществить в цикле 1’— 2’— 3— 4’ со всасыванием в компрессор сухого насыщенного пара.Для сжатия пара обратимым путем необходимо провести два процесса сжатия:адиабатическое 1’ — 2" и изотермическое 2” — 2, для чего требуется два компрессора. Хотянеобратимые потери в цикле 1’—2’—3—4’ больше, чем в цикле 1’—2’’—3—4’, так как холодильный агент передает теплоту окружающей среде в процессе 2’— 2 при конечной разности температур, на практике реализуют цикл 1’ — 2’—3—4’, так как для него достаточно одного компрессора.Удельная массовая холодопроизводительность холодильного агента в обоих циклах одинакова: q0 = i1’ – i4’. (17)Но количество теплоты, отданной 1 кг холодильного агента в конденсаторе окружающей среде, и работа цикла 1’ —2’— 3—4’ будут больше, чем в цикле 1’—2’’—3--4’, на величину площади 2 — 2’—2’’. Холодильный коэффициент цикла 1’—2’—3—4’

определяется как ε = (i1’ – i4’) / (i2’ – i1’). (18)и будет меньше, чем коэффициент цикла 1’— 2’’ --3—4’. При всасывании в компрессор перегретого пара (цикл 1а — 2а — 3—4’) удельная массовая холодопроизводительность холодильного агента увеличивается, но в большей степени возрастает работа цикла, поэтому необратимые потери увеличиваются. Их можно сократить. Так, необратимые потери, связанные с дросселированием хладагента, могут быть уменьшены его охлаждением перед дросселированием (процесс 3—3') до температуры ниже температуры окружающей среды. Это можно осуществить, например, артезианской водой, температура которой ниже температуры окружающей среды. В таком случае удельная массовая холодопроизводительность холодильного агента возрастет на величину i4 – i4’’, а величина работы цикла не изменится.

Жидкий холодильный агент перед дросселированием можно охладить также паром, выходящим из испарителя в регенеративном теплообменнике, осуществив цикл, называемый регенеративным. Однако при этом температура всасываемого в компрессор (точка 1а вместо 1’) и нагнетаемого в конденсатор (точка 2а вместо 2') пара повышается, что увеличивает необратимые потери так называемого перегрева.

Теоретически выгоднее влажный ход компрессора, так как при этом цикл ближе к идеальному циклу Карно. Однако практически производительность компрессора при влажном ходе всегда и для всех холодильных агентов значительно ниже, чем при сухом ходе, т.е. при всасывании сухих насыщенных паров или несколько перегретых при том же давлении кипения Ро. Отсюда получаем теоретический цикл современной паровой компрессионной машины на S—T -диаграмме в виде 1а — 2а—3’— 4". Сейчас почти во всех холодильных машинах компрессоры работают при сухом ходе.

В машинах, работающих на аммиаке, этот режим работы компрессора достигается при помощи специального аппарата — отделителя жидкости либо путем регулирования подачи холодильного агента в испаритель. Отделитель жидкости включается во всасывающую линию холодильной установки между испарителем и компрессором.

В хладоновых установках сухой ход компрессора достигается при помощи специальных теплообменников или путем регулирования подачи холодильного агента в испаритель.

Эффективность работы машины оценивается ее холодильным коэффициентом и холодопроизводительностью, которые зависят от типа и конструкции установки, вида и свойств холодильного агента, конструкции компрессора, а также условий работы. Под условиями работы холодильной машины подразумевают температуру кипения холодильного агента в испарителе t0, температуру конденсации сжатых паров агента в конденсаторе tK, температуру переохлаждения жидкого холодильного агента, поступающего в регулирующий вентиль t п.Чем выше температура кипения t 0, чем ниже температура конденсации паров tK и температура переохлаждения t п, тем больше холодопроизводительность установки. Однако все эти изменения надо проводить в разумных пределах. Так, например, понижение температуры кипения холодильного агента t0 в хладоновой компрессионной машине с -15 до -30 °С не повысит, а понизит ее холодопроизводительность в 2 раза. Это объясняется тем, что с понижением t0 уменьшаются давление кипения Ро и удельный вес паров, поступающих в компрессор. В результате снижается производительность компрессора. Следовательно, без необходимости не нужно переводить холодильную машину на работу с более низкой температурой кипения.

Многоступенчатые холодильные машины.

Одноступенчатые компрессорные машины применяют при Рк/Р₀ ≤ 9, что соответствует температуре кипения -20 °С и конденсации 30 ⁰С. При больших значениях отношения давлений холодопроизводительность снижается, поэтому вместо одноступенчатых применяют двух-,трехступенчатые и каскадные холодильные машины. Кроме того, при больших значениях отношения Рк/Р₀ температура пара в конце сжатия в одноступенчатой машине чрезмерно высока, что приводит к потере маслом смазочных свойств, его самовозгоранию, повышению износа деталей компрессора.Переход к многоступенчатому сжатию обусловлен и необходимостью соблюдения условий прочности, так как по расчетам разность давлений Рк - Р_о превышать 1,7 МПа. В многоступенчатых машинах температура паров компрессоров не должна холодильного агента в конце сжатия первой ступени компрессора обычно выше температуры окружающей среды, поэтому приходится охлаждать перегретый пар прямоточно в водяном межступенчатом холодильнике. Кроме водяного применяют промежуточное охлаждение холодильным агентом, что увеличивает холодильный коэффициент. Многократное дросселирование холодильного агента с промежуточным отбором пара снижает энергетические потери.Холодильный агент сжимается до давления конденсации последовательно в две или более ступеней с промежуточным охлаждением частично сжатых паров. На каждой ступени отношение давления нагнетания к давлению всасывания меньше, чем Рк/Р₀ для полного цикла данной машины. В схемах с многократным дросселированием промежуточное охлаждение между ступенями сжатия может быть полным и неполным.Неполное промежуточное охлаждение осуществляется водой. В этом случаетемпература сжатого пара после цилиндра низкого давления (ЦНД) — процесс 1—2 - снижается в водяном межступенчатом холодильнике I до состояния 3' сухого перегретого пара, а затем пар поступает в цилиндр высокого давления (ЦВД). Состояние 4' на S—T диаграмме (рис. 5) соответствует состоянию пара после сжатия в ЦВД в двухступенчатой холодильной машине без промежуточного отбора пара.

Промежуточный отбор пара осуществляется из промежуточного сосуда II, в который поступает парожидкостная смесь после первого дросселирования в РВ1. Жидкость на РВ1 подается из конденсатора III при давлении конденсации Рк, соответствующем давлению пара в ЦВД, и снижается после дросселирования до промежуточного давления Р'o (см. рис. 5)

Рис. 5. Цикл многоступенчатой парокомпрессионной машины

и соответствующей температуры T₀'.

Сухой насыщенный пар из промежуточного сосуда (состояние 3) (рис.5) поступает в ЦВД. В результате смешивания сухого насыщенного и перегретого паров после холодильника всасываемый в ЦВД пар переходит в состояние 3", а после сжатия — в 4" (процесс 3"—4")( см. рис. 5). Жидкость из промежуточного сосуда используется для кипения в испарителе V (рис.4) при более низкой температуре То и давлении P"₀ после вторичного дросселирования в РВ₂, но может использоваться и для кипения в испарителе IV при более высокой температуре кипения Т"о и давлении P'₀ в цикле после первого дросселирования в РВ₁. Из испарителя IV сухой насыщенный пар (точка 3) выходит в том же состоянии, что и из промежуточного сосуда.При полном промежуточном охлаждении состояние рабочего тела перед всасыванием в компрессор более высокой ступени соответствует состоянию сухого насыщенного пара.Сжатый в ЦНД пар после межступенчатого водяного холодильника (точка 3', рис. 4, б) поступает на доохлаждение в промежуточный сосуд II, где приходит в состояние насыщенного пара (точка 3, рис. 5). Из промежуточного сосуда сухой насыщенный пар отсасывается в ЦВД. При наличии испарителя IV из него в ЦВД также поступает сухой насыщенный пар. Процесс сжатия пара в ЦВД характеризуется линией 3—4 (см. рис. 5), температура конца сжатия в этом случае более низкая, чем при других двухступенчатых схемах.Через разные элементы многоступенчатых схем с промежуточным отбором пара циркулирует неодинаковое количество вещества. Поэтому массовые потоки в элементах многоступенчатых машин при их расчетеотносят к 1 кг рабочего тела, проходящего через низкотемпературный испаритель.Для получения очень низких температур применения одного рабочего теланедостаточно из-за давлений кипения рабочего тела, близких к глубокому вакууму, затвердевания его при низкой температуре кипения в испарителе и по другим причинам. В этих случаях приходится использовать каскадные холодильные машины, в каждой ступени которых применяют свое рабочее тело. При этом испаритель каждой следующей ступени является конденсатором предыдущей. Холодильный коэффициент цикла холодильной машины, который называют теоретическим, составляет примерно 80 % холодильного коэффициента идеального цикла Карно при тех же значениях Тк и То.

Холодильный коэффициент реального цикла холодильной машины, в свою очередь, еще меньше из-за объемных и энергетических потерь.