2.2.2. Двухступенчатая холодильная установка с двухкратным дросселированием и неполным промежуточным охлаждением

Так как в условиях задачи ничего не сказано об использовании холода промежуточного потенциала, то давление в промежуточном сосуде определяем из соотношения, обеспечивающего примерно одинаковую мощность, потребляемую компрессором низкого (КНД) и высокого (КВД) давлений:

,

Тогда термодинамические свойства в точке 2, находящейся в состоянии перегретого пара, определяются из условия:

р2 = рпр = 4,77 бар = 0,477 МПа s2 = s1 = 1,7982 кДж/(кг·К)

Значение энтропии в точке 1 s₁ принято из решения предыдущей задачи.

Рис.2.4. Теоретический цикл и принципиальная схема двухступенчатой холодильной установки с двухкратным дросселированием и неполным промежуточным охлаждением

Обозначения на схеме: I ­ компрессор низкого давления КНД; II ­ компрессор высокого давления КВД; III ­ конденсатор; IV ­ первый дроссельный клапан; V ­ промежуточный сосуд ПС;

VI ­ испаритель промежуточного давления; VII ­ второй дроссельный клапан; VIII ­ испаритель низкого давления.

Обозначения на диаграммах: 1-2 ­ адиабатный процесс сжатия пара в КНД; 3'-4 ­ адиабатный процесс сжатия пара в КВД; 4-5-6 – изобарный процесс отвода теплоты в окружающую среду, в том числе 4-5 – снятие перегрева пара, 5-6 – конденсация пара; 6-7 – дросселирование жидкости в первом дроссельном клапане; 3-3' – перегрев пара, сжимаемого КВД, за счет охлаждения пара, сжатого КНД (процесс 2-3'); 8-9 – дросселирование жидкости во втором дроссельном клапане; 9-1 – кипение хладагента в испарителе низкого давления за счет теплоты, отбираемой от охлаждаемого объекта.

Для определения остальных свойств (h,v,t) хладагента в точке 2 по таблицам его термодинамических свойств, применяем двойную интерполяцию: сначала интерполируем по энтропии на крайних изобарах:

– интерполяция на изобаре 0,4 МПа

ks = (1,7982 – 1,797)/(1,821 – 1,797) = 0,05 h20,4 = 0,05 (319,6 – 312,7) + 312,7 = 313,045 кДж/кг v20,4 = 0,05·(0,0656 – 0,0629) + 0,0629 = 0,063035 м3/кг t20,4 = 0,05·(20 – 10) + 10 = 10,5ºС

– интерполяция на изобаре 0,5 МПа

кs = (1,7982 – 1,795)/(1,82 – 1,795) = 0,128 h20,5 = 0,128·(325,1 – 318) + 318 = 318,91 кДж/кг v20,5 = 0,128·(0,054 – 0,0505) + 0,0505 = 0,0509 м3/кг t20,5 = 0,128·(30 – 20) + 20 = 21,28ºС

–– интерполяция по давлению:

kp = (0,477 – 0,4)/(0,5 – 0,4) = 0,77 h2 = 0,77·(318,91 – 313,045) + 313,045 = 317,56 кДж/кг v2 = 0,77·(0,0509 – 0,063035) + 0,063035 = 0,05369 м3/кг t2=0,77·(21,28 – 10,5) + 10,5 = 18,8ºС

Определяем энтальпию в точке 3 из условия:

р3 = pпр = 0,477 МПа

и, что точка 3 находится в состоянии насыщенного пара, тогда интерполируем по заданному давлению в состоянии насыщенного пара ([3], табл.2.3, стр.18)

kр = (0,477 – 0,4674)/(0,4989 – 0,4674) = 0,2704 h3 = kp (hб – hм) + hм = 0,2704·(304,36 – 303,60) + 303,60 = 303,81 кДж/кг

Определяем энтальпию в точке 8 из условия: р₈ = p_пр = 0,477 МПа и, что точка 8 находится в состоянии насыщенной жидкости, тогда интерполируем по заданному давлению в состоянии насыщенной жидкости при том же коэффициенте интерполяции, что и при интерполяции в точке 3

h8 = 0,2704·(100 – 97,69) + 97,69 = 98,31 кДж/кг.

Определяем энтальпию в точке 3' по формуле [3]:

h3' = h2·(1 – x7) + h3·x7 = 317,56·(1 – 0,2227) + 303,81·0,2227 =314,5 кДж/кг

где х₇ – степень сухости влажного пара в точке 7, рассчитывается из соотношения

x7=(h7 – h8)/(h3 – h8) = (144,07 – 98,31)/(303,81 – 98,31) = 0,2227

h7 = h4 (из предыдущего цикла) = 144,07 кДж/кг.

Определяем по диаграмме lgp,h [2] энтальпию в точке 4 из условия:

р4 = рк = 13,86 бар s4 = s3' = 1,79 кДж/кг·K

На пересечении этих изолиний определяем значение

h4 = 343 кДж/кг

Массовый расход хладагента через КНД:

Мн = Q0/(h1 – h9) = 1/(291,86 – 98,31) = 5,167·10-3 кг/с = 18,5998 кг/ч

Массовый расход через КВД:

Мв = Мn /(1 – x7) = 5,167·10-3/(1 – 0,2227) = 6,644737·10-3 кг/с = 23,93 кг/ч

Удельная массовая холодопроизводительность:

q0 = h1 – h9 = 291,86 – 98,31 = 193,55 кДж/кг

Теоретическая мощность КНД:

Nтнд = Мн·lкнд = Mн·(h2 – h1) = 5,167·10-3 ·(317,56 – 291,86) = 0,1328 кВт

Теоретическая мощность КВД:

Nтвд = Мв·lквд = 6,64737·10-3·(h4 – h3') = 6,64737·10-3·(343 –314,5) = 0,1895 кВт

Холодильный коэффициент:

ε = Q/(Nтнд + Nтвд) = 1/(0,1328+0,1895)=3,1

Вывод: при переходе к двухступенчатой холодильной установке с двухкратным дросселированием и неполным промежуточным охлаждением холодильный коэффициент увеличился на 14,4%, а значить увеличилась эффективность холодильной машины.