2.2.3. Двухступенчатая холодильная установка с двухкратным дросселированием и полным промежуточным охлаждением

По сравнению с предыдущей установкой изменяются параметры хладагента после КВД (точка 4), так как сжатие пара в КВД начинается с точки 3 (из состояния насыщенного пара) .

Рис.2.5. Теоретический цикл и принципиальная схема двухступенчатой холодильной установки с двухкратным дросселированием и полным 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 ­ второй дроссельный клапан; VII ­ 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;); 8-9 – дросселирование жидкости во втором дроссельном клапане; 9-1 – кипение хладагента в испарителе низкого давления за счет теплоты, отбираемой от охлаждаемого объекта

По диаграмме lgp,h определяем энтальпию в точке 4 из условия:

р4 = рк = 13,86 бар s4 = s3 = 1,748 кДж/кгK

На пересечении этих изолиний определяем значение h₄ = 330 кДж/кг

Изменится также расход хладагента через ступень высокого давления, определяемый из уравнения теплового баланса

Мв·(h3 – h7) = Мн·(h2 – h8)

Тогда

Мв = Мн·(h2 – h8)/(h3 – h7) = 5,167·10-3·(317,56 – 98,31)/303,81 – 144,07) = 7,09193·10-3 кг/с.

Теоретическая мощность КВД:

Nтвд = Мв·lв = 7,091·10-3·(330 – 303,81) = 0,1857 кВт

Холодильный коэффициент:

ε = Q/(Nтнд + Nтвд) = 1/(0,1328 + 0,1857) = 3,14

Вывод: холодильный коэффициент увеличится не значительно (на 1,3%) по сравнению с предыдущим вариантом холодильной установки.

2.2.4. Двухступенчатая холодильная установка с однократным дросселированием и неполным промежуточным охлаждением

Рис.2.6. Теоретический цикл и принципиальная схема двухступенчатой холодильной установки с однократным дросселированием и неполным промежуточным охлаждением

обозначения на схеме: I ­ компрессор низкого давления КНД; II ­ компрессор высокого давления КВД; III ­ конденсатор; IV ­ вспомогательный дроссельный клапан; V ­ промежуточный сосуд ПС; VI ­ основной дроссельный клапан; VII ­ 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 вспомогательном дроссельном клапане; 3-3' – перегрев пара, сжимаемого КВД, за счет охлаждения пара, сжатого КНД (процесс 2-3'); 6-9 – переохлаждение жидкости основного потока, поступающей в основной дроссельный клапанVI; 9-10 – дросселирование жидкости в основном дроссельном клапане; 10-1 – кипение хладагента в испарителе низкого давления за счет теплоты, отбираемой от охлаждаемого объекта.

По сравнению с вариантами задачи, рассмотренными в параграфах 2.2.2 и 2.2.3, изменится удельная массовая холодопроизводительность q₀, так как процесс дросселирования основного потока начинается в точке 9, а не в точке 8.

Параметры хладагента в точке 9 рассчитываются из соотношения

t9 = tпр + (1…2)ºС = –1,39 + 1,39 = 0ºС

Поэтому сначала определяем температуру хладагента в промсосуде по рассчитанному в параграфе 2.2.2 давлению р_пр = 0,477 МПа, путём интерполяции табличных данных насыщенной жидкости.

Коэффициент интерполяции по давлению

кр = (0,477 – 0,4674)/(0,4989 – 0,4674) = 0,3048

Тогда температура хладагента в промсосуде

tпр = 0,3048·(0 + 2) – 2 = – 1,39ºС

Энтальпия в точке 9 определяется по рассчитанной выше температуре в этой точке, предполагая, что она находится в состоянии насыщения: h₉ = h'(0 ºС) = 100,00 кДж/кг

Массовый расход хладагента через КНД:

Мн = Q0/(h1 – h10)=1/(291,86 – 100,00) = 5,2121∙10-3 кг/с =18,7637 кг/час

Массовый расход хладагента через КВД:

Мв = Мн∙(h3 – h9)/(h3 – h6) = 5,2121∙10-3∙(303,81 – 100,00)/ (303,81 – 144,07) = 6,6500∙10-3 кг/c = 23,940 кг/час

Энтальпия хладагента в точке 3'(стр.38, [1])

h3' = (Мн∙h2 + (Мв – Мн)∙h3)/Мв = (18,7637∙317,56+(23,940 –18,7637)∙303,81)/ 23,940 = 314,587 кДж/кг

Так как в этом варианте холодильной установки параметры в точке 3' мало изменились: h_3' ≈ h_3' из варианта 2.2.2, то h₄ = 343 кДж/кг (см. вариант 2.2.2.

Тогда мощность, потребляемая КНД:

NТКНД = Мн∙(h2 – h1) = 5,2121·(317,56 – 291,26) = 0,1371 кВт.

Мощность, потребляемая КВД:

NТКВД = Мв∙(h4 – h3’) =6,6500·(343 – 314,587) = 0,1889 кВт.

Холодильный коэффициент

ε = Q/(NТНД + NТВД) = 1/(0,1371 + 0,1889) = 3,067.

Вывод: Холодильный коэффициент в рассмотренных вариантах двухступенчатых холодильных установках практически остаётся неизменным. Однако в последнем случае улучшились условия эксплуатации холодильной установки, так как жидкий переохлажденный хладагент состояния, соответствующего точке 9, может транспортироваться на большое расстояние (между конденсатором и испарителем) без опасения превращения его части в пар.