Двухступенчатая паровая компрессионная холодильная машина

Часто мощность одноступенчатой холодильной машины не обеспечивает требуемого режима охлаждения груза: предельные эконо-

77

мически обоснованные режимы такой ПКХМ позволяют получить

температуру	в камере до		-15...-20 0C	при максимальных значениях
температуры	наружного	воздуха +30...+35 0C. Во многих случаях требуется
обеспечивать	температуры		в грузовом	помещении рефрижераторного
вагона до	-40...-50 0C	при очень высоких наружных температурах (до
+40...+50 0C).	К тому же одноступенчатая ХМ эффективно работает				при
отношениях	давлений	конденсации и		кипения хладагента рк/р0 ≤8.	Для

получения температур кипения хладагента ниже минус 30 0C или для отвода тепла в окружающую среду, имеющую очень высокую температуру, необходимо соответственно понизить р0 или повысить рк, т.е. ещё больше увеличить отношение рк/р0. Отмеченное обусловливает применение многоступенчатых машин. Холодильный коэффициент ε многоступенчатой ХМ может достигать более высоких значений за счёт введения охлаждения пара между ступенями, что приводит к снижению его удельного объёма и, следовательно, затрат механической энергии на сжатие.

На хладотранспорте и в НХЦ наибольшее распространение получили двухступенчатые холодильные машины.

Двухступенчатое сжатие можно осуществить либо в двух отдельных компрессорах (низкого и высокого давления), либо в одном двухступенчатом компрессоре с цилиндрами низкого и высокого давления. В зависимости от степени охлаждения паров хладагента после первой ступени различают три схемы: с полным (до состояния насыщения) и неполным промежуточным охлаждением, а также без промежуточного охлаждения. Ниже рассмотрена принципиальная схема работы двухступенчатой холодильной машины с аммиачным хладагентом и полным промежуточным охлаждением (рис. 18). Такие установки применяются на стационарных холодильных складах и использовались ранее в рефрижераторных поездах и 12-вагонных рефрижераторных секциях, причём в качестве холодоносителя из центрального машинного отделения к удалённым грузовым помещениям обычно служит рассол (раствор хлористого кальция в воде). На схеме рис. 18 легко выделить две взаимосвязанные холодильные машины, каждая из которых включает все четыре обязательных элемента любой холодильной машины.

В контуре низкого давления I пары хладагента из испарителя отсасываются компрессором низкого давления (КНД) и сжимаются до давления pпр. Перегретые пары направляются * в промежуточный сосуд

* Запорные вентили ВЗ1-2 закрыты, остальные - открыты.

78

а)

б)

Рис. 18. Двухступенчатая холодильная машина:

а- принципиальная схема; б - процессы в координатах lgp-i;

И- испаритель; К - конденсатор; ПС - промежуточный сосуд;

ПХ - промежуточный холодоноситель

			79
(ПС),	где конденсируются при прямом контакте (барботаже)						с жидким
хладагентом,		имеющим	температуру	tпр.	Далее	при	прохож-
дении	терморегулирующего		вентиля	ТРВ1	давление	и температура

жидкости снижаются до p0 и t0, затем в испарителе хладагент кипит, забирая теплоту у холодоносителя (им при дальнем транспорте холода может служить рассол).

В контуре высокого давления II роль испарителя выполняет промежуточный сосуд, где сосредоточено некоторое количество жидкого хладагента, кипящего при давлении pпр за счёт теплоты перегрева паров в контуре I. В сосуде происходит гравитационная сепарация жидкой и газообразной фаз вещества с образованием уровня. Компрессор высокого давления (КВД) отсасывает пары из верхней части сосуда, сжимает до давления pк, одновременно разогревая их до высокой температуры, достаточной для самопроизвольного сброса теплоты цикла в окружающую среду. Сжиженный в конденсаторе высокого давления хладагент далее проходит через терморегулирующий (дросселирующий) вентиль ТРВ2, где его параметры снижаются до значений pпр, tпр. Контур II замыкается на промежуточном сосуде, входящем также в состав контура I.

Верхнее pк и нижнее p0 давления определяются, так же как и в

одноконтурной схеме, требуемыми значениями температур конденсации tк								и
кипения t0. Промежуточное же давление может быть произвольным,							но его
оптимальное значение находится из условия равенства					степеней		сжатия
в компрессорах низкого и высокого давления, т.е.
		pпр =	PкP0.
Для придания гибкости при изменении условий работы *						в	схеме
устанавливают	систему	запорных органов.		Так,	при	работе		с
двухступенчатым	сжатием	вентили	ВЗ1-2 на	обводных		линиях

закрыты, а остальные открыты. В случае необходимости (например,

снижение потребной холодопроизводительности,				снятие	требования
обеспечения	сверхнизких температур в грузовом помещении) схема
допускает	переход	на	одноступенчатый	режим,	для	чего
вентили ВЗ1-2	открывают,	а	остальные закрывают,	в том числе и ТРВ2,

отключая промежуточный сосуд и компрессор высокого давления.

* Это может произойти даже в пределах одного рейса (например, из южных государств СНГ в северные).

			80
Расчёт	(количественный анализ) процессов цикла двухступенчатой
холодильной машины можно			осуществить с помощью	lgp, i - диаграммы
(рис. 18б). Проведём		его в той же последовательности, что и при описании
физики явлений; основой построения цикла служат изобары p0,					pпр и pк в
двухфазной области,		отвечающие температурам насыщения t0,			tпр и tк.
Отрезок 9-1	вдоль	оси	i характеризует теплоту,	отобранную у

промежуточногохолодоносителя в испарителе. Другие процессы в контуре низкого давления:

1-2 - сжатие паров в КНД; 2-3 - снятие перегрева паров в промежуточном сосуде;

3-7 - конденсация паров с пеpедачей энергии на поддержание насыщенного состояния в контуре высокого давления;

7-8 - отделение жидкости от пара в промежуточном сосуде; 8-9 - дросселирование жидкого хладагента в ТРВ1.

Контур высокого давления:

3-4 - сжатие насыщенного пара, отсасываемого из промежуточного сосуда компрессором высокого давления;

4-а - охлаждение перегретых паров в конденсаторе;

а-5 - конденсация паров при давлении pк за счет сброса теплоты в окружающую среду;

5-6 - переохлаждение жидкого хладагента; 6-7 - дросселирование рабочего тела в вентиле ТРВ2;

7-3 - испарение потока хладагента, циркулирующего в контуре высокого давления, за счёт снятия перегрева и конденсации паров контура низкого давления.

Переход на одноступенчатую схему приводит к следующим изменениям цикла холодильной машины:

исчезают процессы 3-4, 2-8; процесс сжатия протекает только в КНД (см. линию 1-10);

процесс расширения жидкости в ТРВ1 идёт по линии 6-b.

Из анализа T,s -диаграммы можно было бы наглядно установить величину экономии работы при двухступенчатом сжатии. Hа диаграмме lgp - i (рис. 18б) виден и другой проигрыш одноступенчатой схемы - в холодопроизводительности (отрезок 1-9 больше, чем 1-b). Существенно снижается, при наличии промежуточного охлаждения, температура паров хладагента как на входе во вторую ступень,

так и в конце работы сжатия, что упрощает проблему смазки трущихся частей компрессора. Как будет показано в дальнейшем, в схеме с промежуточным давлением заметно возрастает подача хладагента компрессором, что означает пропорциональное увеличение холодопроизводительности.

Число ступеней сжатия в холодильных машинах может быть больше двух. Выбор их числа основывается на технико-экономическом анализе.