Схема и цикл с промежуточным охладителем и однократным дросселированием

Рис. 5.5 - Двухступенчатая холодильная машина

Двухступенчатая холодильная машина, функциональная схема которой представлена на рисунке 5.5. включает в себя компрессор низкого давления, компрессор высокого давления, промежуточный охладитель, конденсатор, испаритель и дроссельное устройство. Термодинамический цикл в S-T и h-Р диаграммах показан на том же рисунке.

Перегретый пар холодильного агента, выходящий из испарителя, поступает на всасывание в компрессор низкого давления. В компрессоре пар адиабатически сжимается в процессе 1-2 от давления кипения Р_о до промежуточного давления Р_пр. При этом затрачивается работа сжатия l_сн и температура пара повышается до температуры Т₂. После ступени низкого давления сжатый горячий пар направляется в промежуточный охладитель, где охлаждается при постоянном давлении Р_пр в процессе 2-3 за счет теплообмена с внешней охлаждающей средой с отводом теплоты промежуточного охлаждения q_п.о. В качестве охлаждающей среды в охладителе как правило используется тот же источник охлаждения, что и для конденсатора (вода или воздух). Поэтому температура охлажденного пара после промежуточного охладителя близка к температуре конденсации, т.е. Т₃ ≈ Т_к. Далее охлажденный пар всасывается компрессором высокого давления, в котором адиабатически сжимается в процессе 3-4 от промежуточного давления Р_пр до давления конденсации Р_к с затратой работы l_св. Затем сжатый пар поступает в конденсатор, где охлаждается и конденсируется при постоянном давлении в процессе 4-5, отдавая теплоту конденсации q_к внешней охлаждающей среде. Образовавшаяся жидкость из конденсатора направляется к дроссельному устройству и дросселируется в нем при постоянной энтальпии в процессе 5-6 от давления конденсации Р_к до давления кипения Р_о. После дросселирования холодильный агент поступает в испаритель, где жидкость кипит при постоянном давлении Р_о в процессе 6-1′ за счет подвода теплоты q_oот охлаждаемой среды. Пар, образовавшийся при кипении, перегревается в процессе 1′-1, всасывается компрессором низкого давления и цикл повторяется снова.

Количество теплоты, подведенной к 1 кг холодильного агента в испарителе или удельная холодопроизводительность цикла равна.

q_o = h_1′ - h₆,

где q_о – удельная холодопроизводительность цикла, Дж/кг;

h₆, h_1′ - энтальпия холодильного агента на входе и выходе из испарителя, Дж/кг.

Количество теплоты, отведенной от 1 кг холодильного агента в конденсаторе или удельная теплота конденсации q_к, Дж/кг рассчитывается по формуле:

q_к = h₄ – h₅,

где h₄ и h₅ – энтальпия холодильного агента на входе и выходе из конденсатора, Дж/кг.

Удельные работы сжатия в компрессоре низкого давления и в компрессоре высокого давления определяются так:

l_сн = h₂ – h_1,

l_св = h₄ – h_3,

где h₁ и h₂ – энтальпия пара хладагента на входе и выходе их компрессор низкого давления, Дж/кг;

h₃, h₄ – энтальпия пара хладагента на входе и выходе из компрессора высокого давления, Дж/кг.

Особенностью данного цикла является то, что компрессоры низкого и высокого давления имеют одинаковую массовую производительность.

G_а = G_ан = G_ав = .

Объемный расход в ступенях низкого и высокого давлений рассчитываются так:

V_ан = ν_всн • G_ан = ν_всн • G_а,

V_ав = ν_всв • G_ав = ν_всв • G_а,

где ν_всн, ν_всв – удельный объем пара хладагента на всасывании в ступени низкого и высокого давлений, м³/кг.

, примерно в 2÷3 раза.

Теоретические мощности компрессоров низкого и высокого давлений равны:

N_тн = l_сн • G_ан = l_сн • G_а,

N_тв = l_св • G_ав = l_св • G_а.

Общая потребляемая теоретическая мощность находится как сумма мощностей ступеней низкого и высокого давлений:

N_т = N_тн + N_тв = l_сн • G_ан + l_св • G_св = (l_сн + l_св) • G_а.

Термодинамическая эффективность цикла оценивается теоретическим холодильным коэффициентом ε_т, который равен отношению холодопроизводительности к теоретической мощности.

.

Такой цикл в промышленных холодильных машинах практически не применяется из-за низкой термодинамической эффективности и высоких температур нагнетания в ступени высокого давления, так как температура пара после охлаждения в промежуточном охладителе не снижается ниже + (20–30) ^оС.