6.2 Методы повышения эффективности компрессионной холодильной установки

115

лаждение осуществляется в отдельно стоящем теплообменном аппарате, то в качестве охлаждающей среды можно использовать артезианскую воду или хо-

лодные пары ХА, выходящие из испарителя (регенерация). В любом случае требуется технико-экономическое обоснование применения этих теплоносите-

лей.

Так как введение в цикл процесса 3-3' сдвигает положение точки 4 на диа-

грамме влево, т.е. уменьшается энтальпия точки 4 i4 i3 (иначе говоря,

уменьшаются дроссельные потери), то переохлаждение позволяет увеличить удельную холодопроизводительность КХУ qo i1 i4 , а значит, приводит к

увеличению основного показателя эффективности КХУ - холодильного коэф-

фициента qo .

l

Сухой ход компрессора

Для надежной работы компрессора КХУ необходимо, чтобы в него посту-

пал сухой насыщенный (или пере-

гретый) пар хладагента, так как при

II

от пара в схеме устанавливается промежуточный (разделительный)

сосуд IX (рисунок 6.3).

Промежуточный сосуд выполняет еще одну функцию: в нем сепарируются пары, присутствующие в потоке ХА после его дросселирования. Как видно из

116

диаграммы, представленной на рисунке 6.2, точка 4, характеризующая состоя-

ние ХА после дросселирования, находится в области влажного насыщенного пара с очень невысокой степенью сухости ( х 0,1). Отделение пара от жидкости для этого потока целесообразно, т.к. если пар пойдет вместе с жидкостью в ис-

паритель, то габариты последнего сильно возрастут, а на холодопроизводи-

тельность машины это мероприятие не повлияет.

Многоступенчатое сжатие

При понижении температуры кипения ХА в испарителе to и повышении температуры конденсации его в конденсаторе tк соответственно уменьшается давление рo и возрастает давление рк , что приведет к увеличению отношения давлений рк / ро . Большое значение степени повышения давления значительно снижает экономичность компрессора, а значит КХУ в целом. Кроме того с уве-

личением рк / ро увеличивается температура в конце сжатия (точка 2, рису-

нок 6.2), что ухудшает условия смазки компрессора и может вызвать самовоз-

горание масла, смазывающего подвижные части компрессора.

Поэтому при больших степенях повышения давления применяют много-

ступенчатые установки с промежуточным охлаждением паров ХА между сту-

пенями сжатия. При рк / ро 7...100 используют двухступенчатые установки, а

при рк / ро 100 - трехступенчатые.

На рисунке 6.4 представлена принципиальная схема компрессионной хо-

лодильной установки с двухступенчатым сжатием и двойным регулированием,

а на рисунке 6.5 цикл данной установки на T,s- диаграмме ХА.

Если бы КХУ была одноступенчатая и работала в том же диапазоне давле-

ний рo … рк , то процесс сжатия в компрессоре был 1-3' (рисунок 6.5). В двух-

ступенчатой КХУ сжатие паров ХА осуществляется сначала в первой ступени Iа от рo до рпр , а затем во второй ступени Iб от рпр до рк . Между ступе-

Рисунок 6.4 – Принципиальная схема компрессионной холодильной установки с двухступенчатым сжатием и двойным регулированием

Iа и Iб – компрессоры нижней и верхней ступеней сжатия; II – конденсатор; III – переохладитель; IVб и IVа – дроссельные вентили верхней и нижней ступеней; V – промежуточный сосуд; VI – испаритель; VII – промежуточный холодильник; VIII – рассольный насос; IX – охлаждаемое помещение

нями сжатия пары ХА охлаждаются водой в теплообменнике (промежуточном холодильнике) (процесс 2-2'). Затем они смешиваются с парами, вышедшими из промежуточного сосуда V (состояние 6") и смесь 2" направляется на всас ком-

прессора верхней ступени, где сжимаются (процесс 2"-3).

В результате наблюдается экономия в работе по сравнению с одноступен-

чатым сжатием, соответствующая площади фигуры на цикле 2-2"-3-3'.

Двухступенчатое регулирование (дросселирование), представленное на схеме (рисунок 6.4) уменьшает потребляемую установкой мощность, так как пар, образовавшийся при верхнем дросселировании, отделяется и сразу посту-

6.3 Характеристики отдельных элементов компрессионной холодиль-

ной установки

Холодильные агенты Теоретически в качестве ХА могут использоваться любые вещества, но ре-

ально к ним предъявляются следующие требования:

сравнительно низкое давление при температуре конденсации tк , например,

для аммиака рк 0,9...1,4 МПа ;

давление в испарителе желательно иметь несколько больше атмосферного,

чтобы не было присосов воздуха) и при этом требуемую tо , например, для

малый удельный объем пара в точке 1 (на всасе в компрессор), в результате малый объем цилиндров компрессора;

119

невысокая вязкость;

взрывобезопасен, не токсичен, не огнеопасен;

химически стабильный, коррозионно пассивен;

доступность и низкая стоимость.

К сожалению, применяемые в холодильной технике хладагенты (аммиак,

фреоны), не отвечают сполна всем перечисленным выше свойствам. Например,

аммиак токсичен, при его содержании в воздухе > 0,5% (по объему) происходит отравление; взрывоопасен при концентрации 16…28 %.

Фреоны взрывобезопасны, но в открытом пламени разлагаются, образуя отравляющее вещество – фосген. Они обладают большой текучестью (способ-

ностью проникать через мельчайшие неплотности), что ограничивает их при-

менение в стационарных установках большой холодопроизводительности.

Кроме того, фреоны достаточно дороги.

Хладоносители

Хладоносители применяют для «транспортировки» холода от источника его получения (испарителя холодильной установки) до охлаждаемого объекта

(камеры). В отличие от непосредственного охлаждения объекта хладагентом систему с хладоносителем применяют при большом числе потребителей холода

сразличными температурами, расположенных на значительном расстоянии.

Кхладоносителям предъявляются следующие требования:

малая вязкость (ниже гидравлические потери);

большая теплоемкость (меньше расход хладоносителя);

низкая коррозионная активность;

химическая стойкость;

низкая токсичность, негорючесть, взрывобезопасность.

120

Хорошо отвечает этим требованиям вода, однако она может использовать-

ся в качестве хладоносителя только при положительных температурах (напри-

мер, в системах кондиционирования воздуха).

В холодильных установках в качестве хладоносителей используют водные растворы солей NaCl или CaCl2, которые не замерзают при умеренно отрица-

тельных температурах. Так водный раствор NaCl не затвердевает до температу-

ры -21оС (что соответствует концентрации 22,4 %), а раствор CaCl2 до темпера-

туры -55оС (при концентрации 29 %).

Компрессоры холодильных машин

В компрессионных холодильных установках используются компрессоры объемного действия (поршневые, винтовые, мембранные) и кинетического дей-

ствия (турбокомпрессоры, струйные). В холодильных машинах малой и сред-

ней мощности применяются компрессоры объемного действия.

Поршневые компрессоры, например, можно классифицировать по сле-

дующим признакам:

по холодильному агенту (аммиачные, фреоновые, углекислотные);

по числу ступеней сжатия (одно-, двух-, трехступенчатые);

по расположению осей цилиндров (вертикальные, горизонтальные, V-образные, W-образные, радиальные);

по количеству цилиндров (одно- и многоцилиндровые (до 16)).

Испарители холодильных машин

На крупных холодильниках испарители – это кожухотрубные теплообмен-

ные аппараты, в основном восьмиходовые, с диаметром труб 25х2 мм. В трубах испарителей циркулирует рассол, в межтрубном пространстве кипит хладагент.

Испарители малой мощности могут быть змеевиковые погружные. Тогда в емкости охлаждается рассол, а в погруженном в него змеевике кипит хладагент.