Самостійна робота № 11. Тепловий розрахунок одноступеневої холодильної машини та підбір компресора.

Можливості використання одноступеневих компресорів обмежуються температурою нагнітання (температурою холодоагенту в кінці стиснення)), яка не повинна перевищувати 140-160⁰ С, і різницею тисків нагнітання і всмоктування р_к-р₀ =1,37 МПа.

По заданому температурному режиму, діаграмі Т-S або lq p-і будують цикл і визначають параметри холодоагенту в різних вузлових точках, використовуючи таблиці насиченої пари.

1) Визначають питому холодопродуктивність (кДж/кг) холодоагенту q₀=і₁-і₄.

2) Знаходять масову витрату пари, - дійсну масову подачу компресора або кількість холодоагенту, що циркулює (кг/с) G= Q₀ / q₀, де Q₀ – навантаження на компресор з обліком втрат, кВт.

3) Визначають об’ємну втрату пари, - об’ємну подачу компресора або дійсний об’єм всмоктування (м³/с) V=G*u₁, де u₁ – питомий об’єм пари всмоктування, м³/кг.

4) По графіку (ІІ.19) знаходять коефіцієнт подачі компресора л в залежності від холодоагенту, ступеню стиснення р_к/р₀ і типу компресора.

5) Визначають об’єм, що описує поршень компресора (м³/с) V_h= V_д / л. По цьому об’єму підбирають по таблицях один або декілька компресорів відповідних розмірів. Кількість компресорів узгоджують з характером роботи установки, в основному зі ступенем рівномірності її навантаження. Якщо навантаження постійні , краще мати один компресор, при змінних навантаженнях – два і більше, що забезпечує відповідність холодопродуктивності реальним тепловим навантаженням.

6) Визначають теоретичну (адіабатну ) потужність, що витрачається в компресорі (кВт):

N_т = (G*(i₂-i₁)).

7) Знаходять дійсну (індикаторну) потужність компресора (кВт): N_i=N_т / . Індикаторний к.к.д знаходять по графіках (рис. ІІ.22) або приймають в межах 0,62-0,80 .

8) Підраховують ефективну потужність на валу компресора (кВт): N_е=N_і / _мех.

По ефективній потужності визначають потужність електродвигуна.

N_ел = (1,08--1,15) N_е / _{п ел}. При підборі електродвигуна потужність підраховують в режимі максимального навантаження і приймають 10-15% запас.

9) Визначають теплове навантаження в конденсатор, - тепловий потік в ньому , (кВт):

а) теоретичний по різниці ентальпій в циклі з обліком переохолодження в конденсаторі Q_k=G*(i₂-i₃), і без врахування переохолодження Q_k=G*(i₂-i₃^”);

б) дійсний з обліком втрат в процесі стиснення Q_к= Q₀+ N_і.

10) Визначають теоретичний холодильний коефіцієнт, або питому холодопродуктивність

Е_т= Q₀/ N_т, а також електричний холодильний коефіцієнт Е_е= Q₀/ N_ел.

Одноступеневий компресор можна підібрати по стандартній холодопродуктивності, яка є в технічній документації або по графіку залежності холодопродуктивності від температури кипіння (рис. ІІ.23).

Самостійна робота № 12. Багатоступеневе стиснення та схеми холодильних машини з повним проміжним охолодженням.

Багатоступеневими називаються машини, що працюють при двох або більше тисках всмоктування.

При необхідності підтримання значно низьких температур це призводить до значного зростання відношення тисків у конденсаторі та випарнику р_к/р₀. з-за високого ступеня стиснення знижується продуктивність компресора, погіршується коефіцієнт подачі і збільшуються втрати від дроселювання в регулювальному вентилі. Великі перепади тисків підвищують температуру в кінці стиснення, що призводить до розкладання мастил мащення і утворення вибухонебезпечної суміші, утворюється нагар на клапанах компресора, що призводить до порушення нормальної роботи.

Температура в кінці стиснення не повинна перевищувати –125 ⁰С.

Згідно ГОСТ 6492-68 при відношеннях р_к/р_{0 =} 9 використовують двоступеневе стиснення. В термодинамічному відношенні багатоступенева машина вигідніша одноступеневої, бо при проміжному охолодженні пари між ступенями зменшується її об’єм, що викликає зменшення витрат роботи в наступних ступенях, також зменшується витрата роботи на ступеневе дроселювання рідини з проміжним відведенням пари.

Багатоступеневі цикли в холодильних машинах здійснюються використанням окремих компресорів або компресорів з диференціальними поршнями. Двоступеневе стиснення також отримують за допомогою одноступеневого компресора, в якому одна порожнина використаються в якості циліндра низького тиску, а друга – циліндра високого тиску.

У схемі двоступеневого стиснення з повним проміжним стисненням пара охолоджується водою; пара, що охолоджується, не доводиться достану насичення і залишається перегрітою.

Пара охолоджується водою в охолоджувачі 4, а потім рідким холодоагентом в проміжному резервуарі 3.

Рідкий холодоагент, що виходить з конденсатора 1, дроселюється при проходженні через перший регулювальний вентиль 9, частково випаровується і під проміжним тиском р_о1 направляється в проміжний резервуар 3. Там рідина відділяється від пари. Частина її поступає у випарник 8 проміжного тиску, а частина проходить через другий регулювальний вентиль 7 і направляється у випарник 6 низького тиску. Пара, отримана у випарнику, поступає в компресор низького тиску 5, стискається до проміжного тиску і виштовхується в проміжний охолоджувач 4, де охолоджується водою або повітрям. Далі пара поступає в проміжний резервуар 3, а потім в компресор високого тиску 2. Повне проміжне охолодження перегрітої пари здійснюється за рахунок теплоти пароутворення рідини, яка частково випаровується в проміжному резервуарі. Пара з проміжного резервуара відсмоктується компресом високого тиску.

Процеси циклу двоступеневої холодильної машини з повним проміжним охолодженням в координатах Т-S та lq p-і.

1-2 – стиснення в циліндрі низького тиску (ЦНТ) до р_о1, t₀₁;

2-3 – охолодження пари холодоагенту в проміжному охолоджувачі;

3-4 – подальше охолодження пари в проміжному резервуарі;

4-5 – стиснення пари в циліндрі високого тиску (ЦВТ) до р_к, t_к;

5-а – охолодження пари в конденсаторі;

а-6 – конденсація пари в конденсаторі;

6-7 – переохолодження холодоагенту перед першим регулювальним вентилем до t_и;

7-8 – дроселювання рідкого холодоагенту через перший регулювальний вентиль;

8-9 – відокремлення рідини від пари в проміжному резервуарі;

9-10 – дроселювання рідкого холодоагенту через другий регулювальний вентиль до р_о2, t₀₂;

10-1 – кипіння рідкого холодоагенту у випарнику.

Лінія 1-11 зображує процес одноступеневого стиснення пари холодоагенту. При двоступеневому стисненні пари холодоагенту. При двоступеневому стисненні пари економію, що отримана в роботі, можна визначити площею 2-4-5-11 на діаграмі Т-S.

При повному проміжному охолодженні витрата потужності знижується (площа 3-4-5-12) і робота зменшується.

В машинах, що працюють на хладоні –12, економія витрат на 1 кг холодоагенту при здійсненні стиснення поблизу лінії насиченої пари не компенсує збільшення її кількості, яку потрібно буде стискати в компресорі високого ступеню.

При повному проміжному охолодженні знижується температура пари, що стискається компресором високого тиску. Висока температура стиснення допомагає утворенню нагару на клапанах компресора і порушенню нормальної роботи.

Вибір багатоступеневих установок повинен основуватися на економічному аналізі. Холодопродуктивність та рід холодоагенту також впливають на економічність установки.