Многоступ сжатие. причины перехода

При понижении температуры кипения или повышении температуры конденсации рабочего вещества увеличивается степень повышения давления Р_К/Р₀ и разность давлений Р_к – Р₀. Это ведет к ухудшению объемных и энергетических коэффициентов компрессоров, что увеличивает объемные и эксплуатационные затраты в одноступенчатых паровых ХМ.

Увеличение степени повышения давления ведет к росту температуры нагнетания, что может вызвать недопустимые температурные деформации, пригорание масла в нагнетательных клапанах, а также самовозгорание масла. С ростом степени повышения давления уменьшается удельная холодопроизводительность цикла. В цикле 1-2-3-4 q₀=i₁ – i₄, в цикле 6-7-3-5 q₀^/=i₆ – i₅. Видно, что q₀ > q₀^/.

С ростом отношения Р_К/Р₀ увеличиваются необратимые потери при дросселировании, а также потери связанные с отводом теплоты перегрева рабочего вещества.

Все перечисленные причины вызывают необходимость перехода к многоступенчатому сжатию при Р_К/Р₀>8.

Это отношение не является строго постоянным и зависит от рабочего вещества, типа компрессора, теплообменных аппаратов, температуры внешних источников. При использовании двухступенчатых ХМ, можно получить температуру кипения

t₀ = –80 ⁰C при работе на хладоне R22 и t_K = 25 ⁰C.

 

 

23 Для расчета двухступенчатой ХМ необходимо вписать цикл в тепловую диаграмму. Значения Р₀, Т₀, Р_К, Т_К определяются в зависимости от влияющих условий или задаются. Промежуточное давление определяется одним из трех способов.

Первый способ заключается в выборе условий минимальной работы, затраченной на сжатие рабочего вещества в обеих ступенях. После некоторых преобразований получаем:

 

Второй способ определения Р_m – по максимальному холодильному коэффициенту. Строят зависимость ε = f(P_m). определяют ε_max и промежуточное давление, которое соответствует максимальному холодильному коэффициенту.

Третий способ – по минимальной суммарной теоретической объемной производительности компрессоров первой и второй ступени ∑V_T. Задаются несколькими значениями P_m и определяют V_T для первой и второй ступени, строят зависимость ∑V_T = f(P_m). По минимальному значению ∑V_T выбирают P_m.

В точке 1 хладагент может быть сухим насыщенным или перегретым (на 5÷10⁰С) паром. Температура хладагента в точке 10 обуславливается недорекуперацией в процессе охлаждения жидкости в змеевике на 3÷5 ⁰С, то есть

 

Состояние хладагента в точке 4 определяется из уравнения смешения хладагента идущего из ПТО и из ПС:

 

где G_a^I и G_a^II – массовый расход рабочего вещества первой и второй ступеней.

G_a^II определяется из материального баланса ПС:

 

(40)

где G_a^/ – масса хладагента, испарившегося в ПС;

х₇ – степень сухости в точке 7.

 

 

Подставив G_a^/ и х₇ в предыдущее уравнение, получим:

 

 

После определения энтальпий в условных точках цикла, определяем теоретические объемные производительности компрессоров первой и второй ступеней:

 

где υ₁ и υ₄ – удельные объемы рабочего вещества при всасывании в компрессоры первой и второй ступеней соответственно;

λ^I и λ^II – коэффициенты подачи, учитывающие объемные потери.

 

Теоретическая работа компрессоров:

 

 

Холодильные коэффициенты теоретического и действительного цикла:

где η_е^I и η_е^II – коэффициенты учитывающие энергетические коэффициенты компрессоров.

 

40. Расчет рассольных испарителей определяется принятой системой охлаждения открытой или закрытой.

Площадь теплопередающей поверхности испарителя определяется по формуле:

F =

где Q_и – тепловой поток в испарителе (кВт);

k - коэффициент теплопередачи испарителя, Вт/м²К;

Δt – средняя разность температур между хладоносителем и кипящим хладагентом.

Расход хладоносителя V_р (м³/с), необходимый для отвода теплопритоков определяется по формуле:

 

V_р=

где Q_и – тепловой поток в испарителе (кВт);

с_р – удельная теплоемкость хладоносителя при средней рабочей температуре, кДж/кг К;

ρ_р – плотность рассола, кг/м³;

Δ t _р – разность температур рассола на входе в испаритель и на выходе из него, К.

Разность температур рассола на входе и выходе из испарителя принимают в зависимости от вида охлаждаемых аппаратов по таблице.

По расходу хладоносителя подбирают насос с учетом необходимого напора

 

___________________________________________________________________

 

41. Расчет конденсатора сводится к определению площади теплопередающей поверхности, по которой подбирают один или несколько конденсаторов.

Площадь теплопередающей поверхности конденсатора определяют по формуле:

где:Q_k- суммарный тепловой поток в конденсаторе, от всех групп компрессоров, определенный при расчете компрессора, кВт;

k- коэффициент теплопередачи конденсатора, Вт/м²К;

Θ_ср- средняя логарифмическая разность температур между конденсирующимся хладагентом охлаждающей средой, К.

Средняя логарифмическая разность температур определяется по формуле:

где Θ_б – разность температур в начале теплопередающей поверхности принимаем ≈ 10°С.

Θ_м - разность температур в конце теплопередающей поверхности ≈ 5°С.

Коэффициенты теплопередачи конденсаторов k приведены в таблице.

Расход охлаждающей воды, поступающей в конденсатор,(м₃/с) определяется по формуле:

где Q_k – суммарный тепловой поток в конденсаторе, (кВт);

с – удельная теплоемкость воды (4,19 кДж/кгК);

ρ – плотность воды (1000 кг/м³);

Δt_вд – подогрев воды в конденсаторе, (К).

По расходу воды с учетом напора выбирают необходимое количество насосов и один резервный.

 

39Теплобм.аппараты Конденсатор служит для передачи теплоты рабочего вещества охлаждающей среде или источнику теплоты высокой температу­ры. В общем случае перегретый пар рабочего вещества в конден­саторе охлаждается до температуры насыщения, конденсирует­ся и охлаждается на несколько градусов ниже температуры кон­денсации.

По роду охлаждающей среды конденсаторы можно разделить на две большие группы: с водяным и воздуш­ным охлаждением

По принципу отвода теплоты конденсаторы с водяным охлаждением делятся на проточные, оросительные и испарительные.

К проточным конденсаторам относятся горизонтальные и вер­тикальные кожухотрубные, пакетно-панельные и элементные.

Горизонтальные кожухотрубные конденсаторы. Аппараты этого типа широко распространены аммиачных и хладоновых холодильных машинах в большом интервале производительнос­ти. Рассмотрим конструкцию аммиачного конденсатора рис. 30.

К цилиндрическому кожуху 1 с обеих сторон приварены труб­ные решетки 2, в которых развальцованы трубы 6, образующие поверхность теплопередачи. К фланцам трубных решеток на бол­тах прикреплены крышки 3 с внутренними перегородками 20.

Пары аммиака поступают в верхнюю часть кожуха через вен­тиль 4 и конденсируются в межтрубном пространстве аппарата. Жидкий аммиак выходит из маслосборника 17 через вентиль 19. Масло, проникающее в конденсатор с парами рабочего вещест­ва, как более тяжелое и малорастворимое в аммиаке осаждается в маслосборнике 17 и периодически удаляется через вентиль 18.

Внутри корпуса приварены перегородки 7, предотвращающие вибрацию трубного пучка от пульсации пара.

Охлаждающая вода подается в нижний патрубок 14, прохо­дит внутри труб и выходит через патрубок 13. Расположение и конфигурация внутренних перегородок в крышках определя­ют число ходов, а следовательно, и скорость протекания воды в аппаратах. Число ходов кожухотрубных аппаратов, как прави­ло, четное и не превышает восьми.

Конденсатор снабжен патрубком для присоединения урав­нительной линии 5, предохранительным клапаном 8, манометром 9, вентилем для выпуска воздуха 10, указателем уровня 16. Венти­ли 11 и 15 служат соответственно для выпуска воздуха и слива воды. В патрубки для воды вварены термометровые гильзы 12.

 

Испаритель является одним из основных элементов холодильной машины. Холодильный агент кипит в испарителе, отбирая тепло у источника теплоты с низкой температурой. Образовавшийся при этом пар отсасывается компрессором.

Испарители подразделяются:

-по характеру охлаждаемого источника:

1. Для охлаждения жидких хладаносителей;

2. Для охлаждения воздуха;

3. Для охлаждения твердых сред;

4. Испарители-конденсаторы.

-в зависимости от условий циркуляции охлаждающей жидкости:

1. С закрытой системой (кожухотрубные, кожухозмеевиковые);

2. С открытым уровнем охлаждающей жидкости (вертикально-трубные, панельные).

-по характеру заполнения рабочим веществом:

1. Затопленные;

2. Незатопленные.

В качестве промежуточного жидкого теплоносителя в испарителях могут применяться рассолы (водные растворы солей NaCl, CaCl₂).

 

1 – отделитель жидкости; 2 – патрубок для выхода паров аммиака; 3 – сборный коллектор; 4 – распределительный коллектор; 5 - патрубок для входа жидкого аммиака; 6 – перелив рассола; 7 – патрубок для выхода рассола; 8 – спуск рассола; 9 – изоляция; 10 – вентиль для спуска масла; 11 – автоматический предохранительный клапан.

Панельный испаритель представляет собой прямоугольный бак, в котором размещены испарительные секции панельного типа. В комплекте с ним поставляется отделитель жидкости. При использовании в качестве хладоносителя ледяной воды панельный испаритель можно использовать как аккумулятор холода, увеличив шаг между ребрами. Аккумулятор холода в основном используется на молочных заводах для снятия пиковых нагрузок.

Принципиального различия между аммиачными кожухотрубными испарителями и аппаратами, работающими на хладонах, нет. Отличие состоит в конструкции поверхности теплообмена и материалах, применяемых для изготовления.

Кожухотрубный испаритель представляет собой горизонтально расположенный цилиндрический барабан, к которому с двух сторон приварены плоские трубные решетки с отверстиями. В отверстиях развальцованы трубы, которые образуют теплообменную поверхность. К трубным доскам крышки крепятся болтами. В крышках расположены перегородки, обеспечивающие много ходовое движение рассола. На обечайке находятся штуцеры для установки манометров и приборов автоматики. В аммиачных испарителях к верхней части обечайки приварен сухопарник, к нижней – маслоотстойник.

 

1 – манометр; 2 – трубы; 3 – трубная решетка; 4 – спуск воздуха; 5,6 – патрубки для входа и выхода рассола; 7 – слив рассола; 8, 13 – крышки; 9 – корпус; 10 – вход жидкого аммиака; 11 – спуск масла; 12 – отстойник; 14 – сухопарник.

__________________________________________________________

 

27. Винновые компрессоры относятся к машинам объемного принципа действия. Роль цилиндра – рабочего объема – выполняют впадины между зубьями винтов закрытыми стенками корпуса, в цилиндрической расточке которого расположены винты.

Винтовые компрессоры являются быстроходными машинами, они не имеют всасывающих и нагнетательных клапанов и подразделяются на следующие типы:

-винтовые маслозаполненые компрессоры (ВМК);

-винтовые компрессоры сухого сжатия (ВКС);

-винновые компрессоры мокрого сжатия (ВКМС).

В ВКМ впрыскивается масло в рабочее пространство в незначительном по объему количестве. Оно предназначено для уплотнения зазоров, смазывания деталей, отвода теплоты, снижения шума.

В ВКМС впрыскивается капельная жидкость, в частности жидкий хладагент, в малых количествах с целью снизит температуру сжимаемого газа.

По числу основных деталей – роторов – винтовые компрессоры могут быть одно-, двух- и многомоторными.

Наибольшее распространение получили двухроторные. Его основные элементы – корпус, крышки, роторы, золотник, разгрузочные поршни.

В ВКС золотники не применяются, так как масло в зону золотника подвести нельзя.

Особенность конструкции ВКС и ВКМС состоит в наличии шестерен связи, синхронизирующих движение винтов и не допускающих их взаимного касания.

__________________________________________________________ 28. Принцип действия винтового компрессора.

При вращении винтов у торца всасывания образуется разряжение, благодаря которому газ из камеры всасывания через окно всасывания поступает во впадины винтов. Зуб ведомого винта первым вступает во впадину ведущего. Затем зуб ведущего винта входит во впадину ведомого, и их впадины объединяются, образуя одну общую парную полость. По достижении заданного давления в парной полости – давления внутреннего сжатия – парная полость подойдет к окну нагнетания и через него газ будет, вытолкнут в камеру нагнетания. Если давление в парной полости в конце процесса сжатия больше, чем в камере нагнетания, то компрессор работает с пережатием, если меньше – то с недожатием. Оба эти процесса ведут к необратимым энергетическим потерям.

Рабочий цикл винтового компрессора совершается за короткое время. При частоте вращения 50 с ^-1 ведущего винта, имеющего четыре зуба, то за один оборот произойдет четыре цикла, и каждый из них длится 1/50 с, при частоте 200 с^-1, время цикла 1/200 с.

Увеличение частоты вращения ведет к уменьшению доли протечек и повышению коэффициента подачи. Но одновременно, с увеличением скорости вращения винтов, растут, пропорционально квадрату скорости, гидравлические потери в компрессоре, что уменьшает коэффициент подачи и КПД.

_______________________________________________________

29. Винтовые компрессоры широко применяются в холодильной технике благодаря высоким энергетическим и объемным показателям, надежности и долговечности, полной автоматизации. Диапазон производительности от 15 кВт до 4000 кВт и объемной теоретической производительности от 1,5 м³/мин до 55 м³/мин.

Достоинства винтовых компрессоров:

Высокая эксплуатационная и энергетическая эффективность

Высокая надежность, большой моторесурс;

Надежная работа в различных вариантах, маслозаполненые, сухого сжатия, на влажном паре;

Работа на любых газах;

Полная уравновешенность;

Отсутствие клапанов;

Малое число деталей самого компрессора;

Исключение необходимости постоянного присутствия персонала.

Недостатки винтовых компрессоров:

Низкое значение геометрической степени сжатия;

Окно всасывания ведущего винта не удается сделать оптимального размера;

Велика ширина впадины ведущего винта, что затрудняет изготовление винтов большого диаметра;

Большие перепады давлений между соседними впадинами;

Сложность изготовления винтов;

Большое маслохозяйство.

__________________________________________________________