РАСТЕТ МНОГОСТУПЕНЧАТОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ

Работа №2

 

Низким значениям температуры охлаждающих сред соответствуют пониженные значения температуры t₀ и давления р₀ кипения холодильного агента. С понижением давления р₀ увеличиваются значения отношения давления конденсации к давлению кипения (р_к/р₀), уменьшаются значения коэффициента подачи l и удельной объемной холодопроизводительности q_v, что в итоге приводит к уменьшению холодопроизводительности Qo. При этом уменьшаются значения энергетических коэффициентов машины h_I, h_м, h_э. Кроме того, значительно повышается температура паров в конце сжатия (особенно в аммиачных машинах). Это обстоятельство приводит к ухудшению условий смазки и возможности вспышки масел. Поэтому допускают температуру паров холодильного агента в конце сжатия для аммиачных холодильных машин не выше 160 °С.

Таким образом, при определенных температурных условиях производство холода одноступенчатыми холодильными машинами может оказаться нецелесообразным, а в некоторых случаях и невозможным (главным образом по соображениям безопасности).

В технике получения умеренно низких температур применяют двух- и трехступенчатые, а также каскадные холодильные машины. В многоступенчатых машинах давление повышается от р₀ до р_к последовательно, в компрессоре первой и второй ступеней (или в первой, второй и третьей ступенях).

Область применения одноступенчатых холодильных машин ограничена следующими параметрами:

разностью давлений (р_к-р₀)£1,7 МПа (для современных холодильных машин с быстроходными поршневыми компрессорами);

отношением давлений (р_к/р₀)£9 и разностью давлений (р_к-р₀)£1,2 МПа (для холодильных машин предыдущих серий);

температурой паров холодильного агента в конце сжатия (она не должна превышать значения, указанного выше).

Циклы работы многоступенчатых холодильных машин различаются способом промежуточного охлаждения паров холодильного агента между ступенями и способом переохлаждения жидкого холодильного агента перед регулирующим вентилем. Промежуточное охлаждение паров может быть полным и неполным. В первом случае пары холодильного агента сначала охлаждаются водой в промежуточном охладителе, а затем жидким холодильным агентом до состояния насыщения в промежуточном сосуде. Во втором случае пары холодильного агента охлаждаются только водой в промежуточном охладителе. Переохлаждение жидкого холодильного агента перед регулирующим вентилем может осуществляться водой в переохладителе или жидким холодильным агентом в промежуточном сосуде.

 

ЗАДАНИЕ

 

Выполнить тепловой расчет двухступенчатой аммиачной холодильной машины с полным промежуточным охлаждением и двухступенчатым дросселированием, работающей на две холодильные камеры с батареями непосредственного охлаждения (рис. 1, а), если известно, что температура воздуха в первой холодильной камере t_в1, температура воздуха во второй холодильной камере t_в2, температура воды, подаваемой в промежуточный охладитель, конденсатор и переохладитель из источника с ограниченным дебитом, t_w1, тепловая нагрузка на испарители: Q₀₁; Q₀₂, в холодильной машине предусмотрены поршневые компрессоры.

Исходные данные к задаче

Номер варианта №NM

Вид хладагента – аммиак.

Вариант	tв1, 0С	tв2, 0С	tw1, 0С	Q01, кВт	Q02, кВт	ΔTпер, 0С
		-35
		-35
		-35
		-35
		-35
		-40
	-10	-40
	-10	-40
	-10	-40
	-10	-40
	-5	-35
	-5	-35
	-5	-35
	-5	-35
	-5	-35
	-8	-35
	-8	-35
	-8	-35
	-8	-35
	-8	-40
	-12	-40
	-12	-40
	-12	-40
	-12	-40
	-12	-40

 

1. По заданным температурам воздуха в холодильных камерах и охлаждающей воды, подаваемой в конденсатор, принимаем следующий режим работы холодильной машины:

температура кипения холодильного агента в испарителе ступени низкого давления

t₀₂=t_в2-10⁰С;

температура кипения холодильного агента в испарителе ступени высокого давления

t₀₁=t_в1-10⁰С;

температура конденсации

t_к=t_w1+10⁰С;

температура переохлаждения жидкого холодильного агента перед регулирующим вентилем высокого давления

t_р.в.=t_к-ΔТ_пер

температура паров, выходящих из промежуточного охладителя

t₃^/= t_w1+10⁰С

2. Задаемся, что компрессоры всасывают насыщенные пары холодильного агента, т.е. t₁=t₀₂ (что близко к действительным условиям работы в насосных схемах), а t₃=t₀₁.

3. По известным значениям температур выполняем построение цикла в диаграмме lgp-i (рис. 1, б). Сначала проводим изотермы t₀₂ и t₀₁, характеризующие температуры кипения холодильного агента в испарителях ступени низкого и высокого давления, и получаем точки 1 и 3. Затем проводим изобару р₀₁, соответствующую температуре кипения t₀₁ до пересечения с адиабатой сжатия паров холодильного агента в ступени низкого давления и получаем точку 2. Далее из точки 3, имеющей параметры х=1 и р₀₁, проводим адиабату сжатия паров хладогента в ступени высокого давления. Точка пересечения адиабаты с изобарой р_к характеризует состояние паров холодильного агента в конце сжатия в ступени высокого давления (точка 4). Пересечение изобары р_к с пограничной линией х=0 определяет местоположение точки 6, характеризующей состояние жидкого холодильного агента после конденсации, а с изотермой t_р.в. – местоположение точки 7, характеризующей состояние жидкого холодильного агента после охлаждения его в переохладителе. Процессы дросселирования жидкого холодильного агента от давления р_к до давления р₀₁ и от давления р₀₁ до давления р₀₂ изображаем изоэнтальпами 7-8 и 9-10.

 

4. Графически определяем параметры холодильного агента в характерных точках цикла и полученные значения заносим в таблицу.

Параметры узловых точек процесса

Параметр	Точки
			3/
р, МПа
t, 0C
i, кДж/кг
ν, м3/кг		—		—	—	—	—	—	—

 

5. Рассчитываем массовый расход холодильного агента, кг/с:

поступающего в испаритель низкого давления

;

поступающего в испаритель промежуточного давления

;

испаряющегося в промежуточном сосуде при дополнительном охлаждении паров после промежуточного охладителя

;

поступающего в промежуточный сосуд

;

проходящего через компрессор высокого давления (с учетом паров, образующихся в регулирующем вентиле высокого давления)

.

6. Находим объем паров, поступающих в компрессоры, м³/с:

низкого давления

;

высокого давления

7. Выполняем расчет коэффициентов подачи компрессоров:

низкого давления

;

;

значения коэффициентов и находим по номограммам (рис.2) в зависимости от соотношения р₀₁/р₀₂;

.

высокого давления

;

;

значения коэффициентов и находим по номограммам (рис.2) в зависимости от соотношения р_к/р₀₁;

.

8. Учитывая значения коэффициентов подачи, находим объемы, описываемые поршнями компрессоров низкого давления и высокого давления , м³/с, а также отношения объемов:

;

;

.

9. Рассчитываем теоретические (адиабатные) мощности компрессоров низкого и высокого давления, кВт:

;

.

10. Для определения эффективной мощности рассчитываем индикаторный и механический КПД компрессоров:

низкого давления

;

высокого давления

;

11. Определяем эффективную мощность, а также мощность на клеммах электродвигателя компрессора, кВт:

низкого давления

;

электрический КПД электродвигателя компрессора определяется из номограммы (рис. 3)

;

высокого давления

;

электрический КПД электродвигателя компрессора определяется из номограммы (рис.3)

.

12. Рассчитываем тепловую нагрузку на теплообменные аппараты холодильной машины, кВт:

на промежуточный охладитель паров

;

на конденсатор

;

на переохладитель жидкости

.

Рис. 2 Зависимость коэффициентов подогрева lw и плотности lпл от рК/р0: 1 – компрессоры П110 и П220 на хладоне R22; 2 – компрессоры П80 на хладоне R22; 3 – компрессоры П110 и П220 на аммиаке; 4 – компрессоры П80 со встроенным приводом.

 

Рис. 3. Зависимость коэффициентов h_М, h_i. h_е, h_эл от р_Н/р_ВС:

а – со встроенным эоектродвигателем; б – с внешним приводом.

1 - h_М; 2 - h_I; 3 - h_е; 4 - h_эл.