§ 5. Трехступенчатые холодильные машины

Трехступенчатые холодильные машины, работающие на ам­миаке, применяют при температурах кипения порядка от —55

до —70° С.

Трехступенчатая машина может работать с тремя испарителя-ми, т. е. на три температуры кипения (при самом низком и про­-

межуточных давлениях). Промежуточные давления р₀₁, р₀₂ и со­ответствующие им температуры кипения задаются потребителями холода. Если машина работает с одним испарителем (рис. 37) на одну низшую температуру кипения, то промежуточные давления могут быть выбраны исходя из одинаковых степеней сжатия в каж-дой ступени:

Небольшие отклонения промежуточных давлений от величин, определенных по уравнению (45), не приводят к существенному изменению энергетических затрат.

Циклы трехступенчатых холодильных машин аналогичны ци­клам двухступенчатых машин. Работа осуществляется с полным млн частичным промежуточным охлаждением, ступенчатым дрос- селированием и соответствующим отбором пара через проме­жуточные сосуды.

74 Многоступенчатые холодильные машины

Расчет трехступенчатой машины в методическом отношении сходен с расчетом двухступенчатой машины и заключается глав­ным образом в определении геометрических размеров компрес­соров всех ступеней и мощности, необходимой для их привода.

Кроме машины с замкнутым холодильным циклом с непрерыв-но циркулирующим одним и тем же рабочим веществом, большой ин­терес представляют трехступенчатые машины, работающие на углекислоте разомкнутым циклом. Такие машины применяются при производстве сухого льда по способу высокого давления. В них углекислота из второго промежуточного сосуда дросселируе-тся не в испаритель, а в льдогенератор, в котором при низком давле­нии образуется сухой лед (в количестве около 50% от дрос-сели­руемой жидкости). Эта часть углекислоты удаляется из льдо-гене­ратора как продукт производства и в машину не возвращает-ся. Остальная углекислота (парообразная) из льдогенератора снова поступает во всасывающую линию компрессора низкого давления. Сюда же со стороны, как исходное сырье, поступает добавочная углекислота в количестве, равном весу сухого льда, образовав­шегося в льдогенераторе. Исходной величиной, на основании ко­торой рассчитывается машина, является производительность по сухому льду. При дросселировании из второго промежуточного сосуда 1 кг жидкой углекислоты в льдогенераторе образуется

(1- х₁) кг сухого льда, где х₁ — коэффициент парообразования при дросселировании; практически х₁ = 0,55 0,57. Количество пара, всасываемого компрессором низкого давления на 1 кг су­хого льда, будет равно сухого льда. Пользуясь этим соотношением, рассчитывают потоки и размеры цилиндров ком­прессоров всех ступеней.

§ 6. Каскадные холодильные машины

Получение низких температур с применением какого-либо од­ного рабочего вещества иногда оказывается невозможным или не­целесообразным даже при использовании многоступенчатых ма-шин. Вследствие близости температур замерзания (—77,9° С) и кипения при низких давлениях применение аммиака ограничено температурой —70° С. Работа при таких низких температурах кипения, кроме того, связана с образованием в испарительной си­стеме глубоких вакуумов, что значительно снижает объемную холодопроизводительность, компрессоры нижних ступеней полу­чаются громоздкими. Это неудобно и в эксплуатационном отно­шении вследствие значительного подсоса воздуха в систему из

Каскадные холодильные машины 75

в нешней среды. Холодильные агенты высокого давления (фреон-13, фреон-23) могут обеспечить. более высокие давления на сторо-не испарителя, однако этим холодильным агентам свойственны низ­кие критические температуры, их использование при обычных температурах охлаждающей воды невозможно или мало эффек­тивно.В подобных случаях целесообразно применение каскадных хо­лодильных машин. Каскадная холодильная машина (рис. 38) пред­ставляет собой сочетание двух холодильных машин, работающих при разных температурах кипения. В каж­дой машине совершается свой замкнутый одно- или двухсту-пенчатый холодильный цикл при определенных значениях темпе­ратур кипения и конденсации. Машины объединены одним общим теплообмен-ным аппаратом, называемым испарителем-кон­денсатором.

Для каждой ветви подбирают наиболее под-ходящее рабочее вещество. В нижней ветви каскада целесообразно применять холодильные агенты с низкими температу­рами кипения и замерзания. Это позволяет получить в испарите-лях давления, близкие к атмосферному, а также благодаря повы­шению теоретической объемной холодопроизводительности уменьшить размеры ком­прессоров. Соответственно может быть сниже-на мощность, расходуемая на трение, которая в низкотемпературных агрегатах но отношению к общему расходу мощности довольно велика. Рабочее вещество ниж­него каскада может обладать невысокой критической темпера­турой, так как конденсация в этом каскаде осуществляется не водой, а в испари-теле-конденсаторе при сравнительно низкой тем­пературе, созда-ваемой кипящим холодильным агентом верхней цент каскада.

Для верхней ветви более удобны холодильные агенты сред­него давления, обычно применяемые в одноступенчатых машинах,-аммиак, фреон-12, фреон-22. .

Каскадные холодильные машины с одним рабочим веществом не применяют вследствие их малой экономичности по сравнению с обычными многоступенчатыми машинами. Распространение полу-чили каскадные холодильные машины, работающие на фреоне-13 в нижней ветви каскада (одноступенчатый цикл) и фреоне-22 в верх­ней ветви (двухступенчатый цикл). Расчет каскадных холо-диль­ных машин ведется по задаваемой холодопроизводительности нижней ветви каскада.