Схема и цикл двухступенчатой аммиачной холодильной машины со змеевиковым промежуточным сосудом

Отрицательных последствий влияния большого значения отношения Р_к/Р₀ на характеристики холодильной машины можно избежать заменой одноступенчатого рабочего цикла многоступенчатым.

Считается, что переходить к многоступенчатому сжатию следует, если Р_к/Р₀≥8.

На холодильниках промышленности и торговли наиболее распространены двухступенчатые аммиачные холодильные машины, создающие необходимые условия для холодильной обработки и хранения замороженных пищевых продуктов.

Перегретый пар аммиака всасывается компрессором первой ступени КМ₁, сжимается в нем до промежуточного давления Р_пр (процесс 1-2) и нагнетается в промежуточный сосуд ПС под уровень жидкого хладагента. Барботируя через слой жидкости, пар охлаждается до насыщенного состояния (2-2”), затем снова перегревается (2”-3) и всасывается компрессором второй ступени КМ₂.

В компрессоре КМ₂ пар сжимается от промежуточного давления Р_пр до давления конденсации Р_к (3-4) и нагнетается в конденсатор КД. Здесь пар охлаждается (4-4”) и конденсируется (4”-4’). Сконденсированная насыщенная жидкость здесь же в конденсаторе может переохлаждаться (4’-5) в зависимости от его конструкции на 3-4 ⁰С.

Переохлажденная жидкость поступает в змеевик промежуточно сосуда, где дополнительно переохлаждается (5-6). Змеевик находится под уровнем кипящего хладагента (состояние 7’) при температуре t_пр.

Таким образом, теоретическим пределом переохлаждения жидкого хладагента (при давлении конденсации Р_к) в змеевике является промежуточная температура t_пр. Практически же температура t_а будет на 3…5 ⁰С выше. Разность этих температур называют недорекуперацией.

После переохлаждения основной массовый поток хладагента G₁ (в кг/с) дросселируется в регулирующем вентиле РВ₁ (6-8) и поступает в испаритель И. Небольшая же часть этого потока дросселируется в регулирующем вентиле РВ₂ (6-7) и поступает в промежуточный сосуд. Образующийся в процессе дросселирования пар G’ вместе с основным массовым потоком G₁ всасывается компрессором второй ступени КМ₂. К ним добавляется еще массовый поток G”, образующийся в промежуточном сосуде при кипении хладагента за счет отвода теплоты от змеевика и охлаждения пара в процессе 2-2” при его барботировании через слой жидкого хладагента.

Таким образом,

,

т. е. массовый поток G₂, всасываемый компрессором КМ₂, больше массового потока G₁, проходящего через испаритель и компрессор КМ₁, на сумму , которая составляет 10-20% от G₁.

Объемный поток пара, всасываемого компрессором КМ₁ в несколько раз больше объемного потока пара, всасываемого компрессором КМ₂.

Из диаграммы видно, что при двухступенчатом сжатии температура t₄ заметно ниже температуры t_4а. Этот фактор, а также то, что отношения давлений Р_к/Р₀, обеспечивают лучшие характеристики работы компрессоров при двухступенчатом сжатии, чем при одноступенчатом.

Дополнительное переохлаждение жидкого хладагента в змеевике промежуточного сосуда позволяет увеличить удельную массовую холодопроизводительность машины на величину ∆q₀.

В связи с тем что на lgр-i диаграмме значение i отнесено к единице массы хладагента, а в двухступенчатой холодильной машине массовый поток G₂ больше массового потока G₁, это должно быть учтено при расчете характеристик цикла с помощью диаграммы. Условно принимают: если G₁=1 кг, то при расчете процессов, происходящих с массовым потоком G₂, разность энтальпий умножают на отношение G₂/G₁.

Так, удельная работа сжатия компрессора КМ₁:

,

а компрессора КМ₂:

.

Удельная массовая холодопроизводительность машины:

,

а удельная тепловая нагрузка конденсатора:

.

Если известен теплоприток к испарителю Q_и (кВт), значение G₁ (кг/с) находят из отношения:

.

Значение G₂ получают, составляя уравнение теплового и массового баланса промежуточного сосуда.

Для рассматриваемого случая:

.

Промежуточное давление Р_пр выбирают таким, чтобы холодильный коэффициент двухступенчатого цикла:

,

был максимален.