31. Многоступенчатая парожидкостная холодильная компрессионная установка

Как известно, одноступенчатые поршневые компрессоры приме­няются при степени повышения давления рк/ро≤7 (рис. 4.5), а двух- и многоступенчатые — при рк/ро>7, так как при повыше­нии рк/ро снижается производительность компрессора (коэффи­циент подачи) и индикаторный КПД i. Кроме того, при росте рк увеличивается температура рабочего тела, а с ней и удельная рабо­та сжатия. При многоступенчатом сжатии появляется реальная возможность снизить температуру рабочего тела путем устройства между ступенями специальных охладителей, благодаря чему сни­зится работа сжатия в последующих ступенях (уменьшается удельный объем рабочего тела).

Как видно из рис. 4.8, установка производит холод двух темпе­ратурных уровней Тн и Т¹н (То и Т¹о) и обеспечивает заводских потре­бителей q'o и qo (см. рис. 4.7). Поток теплоты q с температурным уровнем Тн(То) подводится к системе испарителей IX, откуда хладоагент с параметрами состоя­ния 1 (ро и То, рис. 4.8) засасывается компрессором I (нижняя ступень) и сжимается до давления ро, равного давлению в испари­теле II второй ступени (параметры ро и Т'о). Газовая фаза из ком­прессора нижней ступени при параметрах точки 2 (р'о и Го) посту­пает в отделитель жидкой фазы (каплеуловитель) VI, где он охлаж­дается вследствие теплообмена с жидким хладоагентом.Жидкость при состоянии 3 направляется в испаритель второй ступени, а пар из испарителя в состоянии 4 возвращается в раздели­тельный сосуд, откуда в состоянии 6 засасывается компрессором III и сжимается до рк и Тк и при параметрах точки 7 направляется в кон­денсатор IV, где конденсируется проточной водой (отвод теплоты qк). Жидкий хладоагент из конденсатора в состоянии 8 подается к дроссельному вентилю V второй ступени и после мятия при пара­метрах точки 5 направляется в разделительный сосуд, откуда уда­ляется двумя потоками. Один поток (точка 3, рис. 4.8) попадает в испаритель II второй ступени; второй (точка 9) — в дроссельный вентиль VII первой ступени, а из него через разделительный сосуд VIII — в испаритель IX первой ступени установки.

32.1. Пароэжекторная холодильная установка

Относится к аппаратам струйного типа, которые подразделяются на эжекторные и вихревые.

Схема эжекторной установки приведена на рис. 4.9. Основным ее элементом является эжектор 1, в котором происходит сжатие инжектируемой среды.

Процессы, протекающие в па­роструйном компрессоре, пред­ставлены в sh-диаграмме, приве­денной на рис. 4.10. Для идеаль­ного компрессора потерями на трение при расширении, сжатии и смешении пренебрегают (см. рис. 4.10, а). Точка 1 характе­ризует начальное состояние рабо­чего пара (рр, Тр). Начальные же параметры инжектируемого пара (рн, Тн) характеризуются точкой 2 диаграммы. Расширение рабочего пара до достижения давления р2 в сопле рассматри­вается как адиабатное (линия 1—2'). Расширение инжектируе­мого пара до достижения дав­ления р''2 характеризуется линией 2—2". После смешения состояние смеси характеризуется точкой 4. Тогда сжатие в диффузоре до заданных параметров рс и Тс харак­теризуется на диаграмме точкой 3 (линия 4—3).

В реальном пароструйном эжекторе имеются потери энергии, которые в основном вызваны преобразованием кинетической энер­гии обоих потоков при их смешении в теплоту и трением. При этом теплота усваивается паром, в результате чего его энтальпия воз­растает (см. рис. 4.10, б). На этом рисунке линией 1—2' показано действительное расширение пара в сопле, а 2—2" инжектируемого пара при входе в камеру смешения. Точка с характеризует состояние пара после смешения, а 4— в действительном состоянии и, наконец, ήад= (4--d)/(4--g)—процесс в диффузоре. Точка 3 отвечает состоянию смеси на выходе из реального компрессора с теплосодер­жанием hc. Как видим, значение hc больше, чем у идеального ком­прессора (точка е).

Потери кинетической энергии в сопле, камере смешения и диф­фузоре приводят к тому, что в реальном компрессоре инжектируется меньше хладоагента, чем в идеальном.

Э нтальпия пара на выходе из реального компрессора может быть найдена из выражения

Струйные аппараты холодильных установок классифицируются на компрессоры и эжекторы. В струйном компрессоре степень повы­шения давления 1,2≤рс/рн≤2,5; в струйном эжекторе рс/рн> 2,5.

Струйные эжекторы применяются в пароэжекторных холодиль­ных установках, так как в испарителе необходимо поддерживать глубокий вакуум.

В таких холодильных установках хладоагентом служит вода, перемещаемая по системе хладоснабжения струйным аппаратом — паровым эжектором. Пароэжекторные холодильные установки в отличие от компрессионных расходуют не механическую (привод компрессора электрический), а тепловую энергию. Такая замена энергоносителя имеет принципиальное значение для топливно-энергетического баланса промышленного предприятия—потребителя' холода, так как в качестве энергоносителя для систем производства холода может быть использована бросовая теплота ВЭР или в крайнем случае пар из отборов турбин.

Принципиальная схема централизованного снабжения холодом промышленного предприятия с помощью пароэжекторной холо­дильной установки приведена на рис. 4.9. Рабочий водяной пар поступает по трубопроводу 7 в сопло эжектора 1, смешивается с паром из испарителя 4 и направляется в конденсатор 2. Конденсат через дроссельный вентиль 3 подается в испаритель 4, а его избыток (от поступающего в эжектор свежего пара) перекачивается по трубопроводу 8 в систему производства рабочего пара. Такие холо­дильные установки ввиду физических особенностей воды применя­ются с положительными температурами испарения и конденсации (соответственно Тн и Тв), что, однако, вполне удовлетворяет многие промышленные технологии. Они просты по конструкции, не имеют движущихся частей и, что самое главное, в них может быть исполь­зован пар из отборов или котлов-утилизаторов (утилизационный принцип по отношению к паро- или газотурбинному циклу).

Д авление пара в испарителе, исходя из свойств воды, должно быть очень низким, так как для получения температуры 0 °С давле­ние составляет всего 0,623 кПа. Холодильный коэффициент такой установки может быть представлен как отношение количества теп­лоты qo, полученной хладоагентом в испарителе от рассола, к теп­лоте, затраченной в установке. Если расход теплоты в эжекторе обозначить через q1, то холодильный коэффициент: