2.6 Каскадты рефрижераторлы қондырғылар

Бұл сұйықтық циклінің көмегімен аса төмен температура алу үшін каскадты рефрижераторлық қондырғылар қолданылуға болады. Төмендегі суретте бір кскадты рефрижератор қондырғысының принципиалды сұлбасы және ts диаграммадағы жұмыс істеу процессінің суреті көрсетілген. Каскад деп – көп сатылы қондырғының әрбір сатысын айтады. Көп сатылы каскад сатыларының тізбегінен тұрады. Алайда жекелеген сатыны каскад деп айтуға болмайды.

4

1

а)

б)

2

Сурет 16. Екі сатылы булы сұйықты қондырғының принципиальдік сұлбасы (а) және

оның T, s – диаграммасындағы жұмыс істеу процессі (б)

Каскадтың төменгі сатысында – конденсатор, жоғарғы сатыдағы – буландырғыш. Бір аппаратта орналастырылған. Жылу жылуалмастырғыш VI – буландырғышқа беріліп, Т₀ температуралық деңгейде I-II-IV циклдарының көмегімен аса жоғары температуралық Т_к1 деңгейіне жылу тасымалданады және конденсатормен буландырғыш арқылы суық агентке,яғни, каскадтың жоғары сатысына беріледі.

∆Т=T_k1-T₀₁

Соңғы температура айырмасынан конденсатор-буландырғыштан жылу каскадының жоғары сатысында. Т₀₁<Т_кт тікелей буландырғышқа жылу келіп түседі. Каскадтың жоғары сатысында 5-6-7-8 циклдарының көмегімен жылу аса жоғары температуралық деңгейге тасымалданып, III –конденсатор арқылы қ.о-ға беріледі. Практика жұзінде бір каскадты ғана емес, сондай-ақ көп каскадтрефрижеракторлық қондырғылар кең қолданыс тапқан. Осы әрбір көп каскад буландырғыш қондырғысынан суық агентті былай таңдап алуға болады. Р₀ қысым 0,1 Мпа-дан сәл асу керек, ал критикалық температура Т_кр конденсация температурасынан біршама асуы қажет. Яғни, бұл сығылу мен дроссельдеу процесстерінде қайтымсыз жоғалуларды төмендетеді. Мысалы, бір каскадты тоңазытқыш қондырғысында будану температурасын алу үшін t₀=-400⁰C кезінде төменгі сатылы каскадта суық агент ретінде С₂Н₄ –этиленді қолдануға болады. Яғни осы этиленнің булану температурасы t_s=-104⁰С және t_кр=9,5⁰С. Ал каскадтың жоғары сатысы үшін фрион Ф₁₂ оның будану температурасы t_s=-30⁰С ал t_кр=112⁰С. Каскадтың төменгі сатысы үшін суық агент ретінде Ф₁₃ Ф₁₄ Ф₂₃ фреондарын, С₄Н₆ –этан, С₂Н₂F₂-дифтор этиленді және т.б. қолдануға болады. Каскадтың жоғары сатысында № аммиакты Ф-12 Ф-27 Ф-115 фриондарды қолдануға болады. Каскадты қондырғылардың негізгі басты артықшылықтары көп сатылы компрессорлы қондырғыларымен салыстырғанда үлкен интервалды температурада ұмыс істейді. Яғни, компрессорлық қондырғының барлық сатысында критикалық және булану темеператураларында 8-80⁰С аспайды.

2.7 Газды сұйықты тоңазытқыш қондырғылары. Линде циклы.

Газды сұйықты тоңазытқыш қондырғылары температура Т-120К –нен төмен фриогенді аймақтарда қолданылады. Олар өте төмен температура алу үшін және сұйық ауаны алу үшін қажет. Булы сұйықты тоңазытқыш қондырғыларынан айырмашылығы соңғы қысымы аса критикалық яғни, Р_{кр –} булы суйықты тоңазытқыш қондырғыларда төмен температура кезінде конденсация температурасымен анықталады. Газды –сұйықты қондырғыларда жұмыс денесін таңдау шектеулі. Себебі көптеген суық агенттер процессінің жұмыс температурасы кезінде қатты күйде болады , яғни, реттелген t аймағында бірде бір суық агент сұйық күйінде бола алмайды.

Газды-сұйықты қондырғының жіктелуі:

1. Линде циклы бойынша

2. Клод циклы бойынша

3. Гейлонд циклы бойынша

4.Капица циклы бойынша

Мысал ретінде Линде циклын қарастырайық.

б)

Сурет 17. Линде циклының принципиальдік сұлбасы (а) және оның

T, s – диаграммасындағы жұмыс істеу процессі (б)

Линде цикл сұлбасы

I – компрессор,

II- салқындатқыш;

III – регенератив;

IV – жылуалмастырғыш;

V – сұйықты бөлуші;

Цикл тұйықталған, жұмыс денесі ретінде мұнда ауаны қолданады. Жұмыс істеу принципі келесі түрде: атмосфералық ауа 1-күйінде I- сығымдағышта сығылады және II-салқындатқышта қ.о. жылудың шығын есебінен салқындайды. Ts-диаграммада бұл сызық 1-2 көрсетілген. Сығылған ауа 2-нүкте күйінде III-регенеративті жылуалмастырғышқа тік ағын ретінде бағытталады. Мұнда жылу ағынымен жұмсалған ауа 2-3 циклында салқындайды.Осы кезде ауаның жұмсалған ағыны 6-7 сызығында қыздырылады.Салқындатылған ауа 3 -нүкте күйінде IV -дроссельді вентильде ылғал қаныққан бу күйіне дейін дроссельденеді. Яғни, газ тәрізді күйден ылғал бу күйіне ауысады. Сиретілген ауа V-сұйық бөлгіште жиналып,қандайдабір у, х мөлшеріндетұтынушыға жіберіледі.6-нұкте күйіндегі жұмсалған құрғақ бу күйінде шығарылады. (7-нүкте) ts-диаграммадағы 1-2 процесстер изотермиялық сығылу процестері болып табылады. Яғни, мұнда өте аз жұмыс жасалынады. Нақты цикл үшін сұйық ауаның шығуы y=0.03-0.05 тең болады. Ал эксергетикалық . Осындай циклдың кемшілігіне мынаны жатқызуға болады: поршеньдік детандорда тығыздалу мәселесі. Температура жоғары болғандықтан сальниктік сығымдағышты қолдануға болмайды. Поршеньдік сығымдағыш қондырғының жоғары өнімділігін шектейді.

2.8 Идеалды абсорбциялы қондырғылардың жұмыс істеу принципі және

ондағы жылудың меншікті шығыны

Жұмыс денесінің ішкі салқындау процестері мен салқындау нысанынан келетін жылу абсорбциялық трансформаторларда булы сұйықтық компрессорлық қондырғылардағыдай жүзеге асырылады. Алайда, олардың айырмашылығы мынада, булы сұйықтық компрессорлық жылуды тасымалдау қондырғыларында механикалық сығымдағыштың көмегімен орындалатын жұмыстық агенттің қысымының арту процесі, абсорбциялық жылу тасымалдағыштарында термохимиялық сығымдағыштың көмегімен жүреді.

Термохимиялық сығымдағыштың әсер етуі экзотермиялық процестердің араласуы мен эндотермиялық процестердің бөлінуімен пайдалануға негізделген.

Абсорбциялық қондырғыларда, ереже бойынша, екі зат қолданылады – жұмыстық агент және абсорбент (сіңіруші), олардың әртүрлі қалыпты қайнау температуралары бар және температура мен қоспалардың адиабаталық араласуы кезінде қасиеті бар.

Абсорбциялық жылуды тасымалдау екі әртүрлі сүлбе бойынша жұмыс жасауы мүмкін: арттыратын және ыдырайтын.

Арттыратын сүлбе бойынша жұмыс жасау кезінде қондырғыда жылудың потенциалы артады, Т_н төменгі температуралық деңгейден берілгеннен Т_с аса жоғары температуралық деңгейге дейін. Жұмысты орындау үшін Т_Н>Т_С жоғары температуралық деңгейде қондырғыға берілетін жылу түріндегі энергияның сыртқы көзі пайдаланылады.

Ыдырайтын сүлбе бойынша жұмыс жасау кезінде қондырғыға қандай да бір Т_С орташа температурамен жылу беріледі. Ол жылу тасымалдағышта екі ағынға ыдырайды (бөлінеді) – Т_В температурасы бар жоғары потенциалды және Т_Н төмен потенциалды. Бірінші және екінші жағдайда Т _н Т _с  Т _в.

VIII буландырғышта жұмыстық агентке Q_Н төмен потенциалды жылу Т_Н температурасымен беріледі. Жұмыстық агент буландырғышта Т_Н температурасы және сәйкесінше р_н қысымы кезінде қайнайды (буланады). Жұмыстық агенттің буы буландырғыштан І абсорберге келіп түседі және ІІІ генератордан V жылуалмастырғыш пен VІ детандер арқылы келетін абсорбентпен жұтылады.

Жұмыстық агенттіңабсорбентпен абсорбциялану процесі Т_С  Т_Н температурасы кезінде жүреді.

Абсорберде түзілген сұйық ерітінді V жылуалмастырғыш арқылы р_н қысымы бар І абсорберден ІІ сорғының көмегімен, р_в жоғарырақ қысымы бар ІІІ генераторға беріледі. Генераторда Т_в температурасы кезінде ерітіндіні булау жүреді. Генераторға келіп түсетін ерітінді екі ағынға бөлінеді: бу ағыны,

1 8 суретте идеалды арттыратын абсорбциялық жылу тасымалдаудың принципиалдық сұлбасы көрсетілген.

Сурет 18. Идеалды абсорбциялық тоңазытқыш қондырғысының сұлбасы.

1 9 суретте бір сатылы арттыратын абсорбциялы жылу тасымалдағыштың сұлбасы (а) және i, -диаграммасында (б) оның жұмыс істеу процесі көрсетілген.

Сурет 19. а. Бір сатылы абсорбциялы тоңазытқыш қондырғысының сұлбасы

I – абсорбер;

II – сорғы;

III – қайнатқыш;

IV – ректификациялы колонна;

V – дефлегматор;

VI – конденсатор;

VII – ресивер;

VIII – регенеративті жылуалмастырғыш;

IX, XI – дроссельді вентиль;

X – буландырғыш;

XII – жылуалмастырғыш.

Сурет 19. б Бір сатылы арттыратын абсорбциялы жылу тасымалдағыштың

i, -диаграммасында оның жұмыс істеу процессі