Трехступенчатые и каскадные холодильные машины





Трехступенчатые холодильные машины применяют для получения искусственного холода от минус 700С и ниже. Их используют для обеспечения технологических процессов в химической промышленности и других отраслях науки и техники, где имеется потребность в холоде низкого потенциала, в частности для получения твердой двуокиси углерода. Такие холодильные машины также находят применение при испытании приборов, материалов и других изделий, работающих при низких температурах.

3.4.1. Трехступенчатая холодильная машина

Принципиальная схема и теоретический цикл трехступенчатой холодильной машины показана на рис.3.16. Процессы теоретического и действительного циклов трехступенчатой холодильной машины аналогичны процессам в двухступенчатой холодильной машине.

Следует остановиться только на выборе промежуточных давлений, которые выбирают из условий примерно одинаковых отношений давлений в

 

 
 

ступенях, т.е. , откуда

; .

Расчет гидравлических и энергетических параметров трехступенчатых холодильных машин, основанный на методах тепловых балансов, соответствует расчету двухступенчатых холодильных машин. Если к каждому из промежуточных сосудов можно присоединить испаритель, то в этом случае расчет холодильной машины будет аналогичен расчету двухступенчатой холодильной машины с двумя испарителями.

3.4.2.Трехступенчатая холодильная машина для получения твердой двуокиси углерода

На рис.3.17 приведена принципиальная схема и действительный цикл трехступенчатой холодильной машины для получения твердой двуокиси углерода.

На действительном цикле температура 216,6 К соответствует давлению
0,53 МПа. При этих условиях двуокись углерода (углекислота) может находиться одновременно в трех фазах: жидкой, газообразной и твердой. В т.15 двуокись углерода находится только в жидком состоянии при давлении выше давления в тройной точке.

После дросселирования в третьем дроссельном вентиле ХІ (процесс 15 – 16) до давления 0,1МПа (атмосферное давление). Поскольку параметры давления и температуры в точке 16 находятся ниже параметров, соответствующих тройной точке, то углекислота здесь будет в твердой и газообразной фазе. В сепараторе ХІІ происходит разделение фаз.

Твердая углекислота удаляется из системы (как правило, в виде брикетов, которые получают в специальном прессе) в состоянии 18, а пар в состоянии а отсасывается компрессором низкой ступени І. Положение точки а зависит от конструкции сепаратора и теплопритоков извне. Углекислота в состоянии а смешивается со свежей порцией углекислоты (состояние о). В результате смешения образуется состояние І. Разность давлений зависит от гидравлических потерь во всасывающем трубопроводе.

3.4.3. Каскадная холодильная машина

Один из методов снижения требуемого описанного объема низкотемпературного компрессора – применение хладагентов с более высокими давлениями насыщенных паров. К хладагентам высокого давления относятся фреон 13, фреон 14, фреон 503, двуокись углерода, этан и др.

Однако при температурах конденсации, достигаемых при охлаждении водой, давление у этих хладагентов чрезмерно высоки, либо вообще при этих температурах их сконденсировать невозможно из-за низких критических температур. Поэтому применяют каскадные холодильные машины, работающие на двух (или нескольких) хладагентах. Каскадные холодильные машины могут получать искусственный холод от -700С и ниже.

На рис.3.18, а представлена принципиальная схема каскадной холодильной машины, которая предназначена для работы при температуре кипения в нижней ветви каскада от –70 до – 900С.

Рассмотрим действительные циклы нижней (рис.3.18, в) и верхней (рис.3.18, б) ветвей каскада. Давление кипения нижней ветви и кипения верхней ветви определяются так же, как и для других паровых холодильных машин, т.е. в зависимости от внешних источников. Наибольшую сложность вызывает определение давления конденсации в нижней ветви и давления кипения в верхней ветви. При упрощенном методе определения этих величин исходят из условия примерного равенства степеней повышения давления в нижней и верхней ветвей каскада (т.е., ) при условии разности температур в конденсаторе-испарителе


Хладагент поступает в компрессор нижней ветви І при температуре от –15 до 00С. Давление отличается от давления кипения на значение гидравлических потерь при движении хладагента от испарителя до всасывающего патрубка компрессора. Давление нагнетания также зависит от гидравлических потерь в процессах 2 – 3 и 3 – 4 в трубопроводе и теплообменниках ІІ и ІІІ. Далее хладагент конденсируется в конденсаторе-испарителе VІІ. Теплота от конденсатора-испарителя отводится верхней ветвью каскада. Жидкий хладагент затем поступает в регенеративный теплообменник ІV, где охлаждается холодным паром, идущим из испарителя (процесс 5 – 6). Потерями давления в этом процессе можно пренебречь.

При выходе из испарителя (т.8) хладагент может быть сухим насыщенным паром (или перегретым). Хладагент сначала подогревают в регенеративном теплообменнике ІV (процесс 8 – 9) до температур -50…-300С, а затем в теплообменнике ІІІ до температур -15…00С (процесс 9 – 1).

Кроме того, теплообменник ІІІ снижает температуры и , а, значит и уменьшает тепловой поток в конденсаторе-испарителе. Однако применение теплообменника ІІІ имеет смысл лишь в том случае, если установлен теплообменник ІІ, который охлаждается водой.

Необходимость введения в схему регенеративного теплообменника ІV можно объяснить и тем, что в нем охлаждается хладагент перед дросселированием, что увеличивает удельную холодопроизводительность цикла. Теплообменники ІІІ и ІV, кроме этого, защищают компрессор І нижней ветви каскада от гидравлического удара.

Верхняя ветвь каскада представляет собой одноступенчатую холодильную машину с регенеративным теплообменником Х.

Поскольку в нижней ветви используется хладагент высокого давления, поэтому при стоянке давление в ней может чрезмерно повыситься. Чтобы этого не произошло, в схеме предусмотрен расширительный сосуд ХІІ, который автоматически подключается к системе, а при пуске хладагент сначала отсасывается из него, а затем подключается испаритель.

Термодинамический и тепловой расчет каскадной холодильной машины подробно изложен в работе [3].

Вопросы к подразделу 3.4

1). Для трехступенчатой холодильной машины привести принципиальную схему, объяснить принцип действия и привести теоретический цикл в

T-s диаграмме.

2). Пояснить способ выбора промежуточных давлений в трехступенчатой холодильной машине.

3). Для трехступенчатой холодильной машины получения твердой двуокиси углерода привести принципиальную схему, объяснить принцип действия и привести действительный цикл в T-s диаграмме.

4). Для каскадной холодильной машины привести принципиальную схему, объяснить принцип действия и привести действительный цикл в р-i диаграмме.

5) С какими хладагентами находят применение каскадные холодильные машины?

6). Пояснить выбор давления конденсации в нижней ветви и давления кипения в верхней ветви каскадной холодильной машины.

7). При какой температуре должен поступать хладагент в компрессор нижней ветви каскадной холодильной машины?





Читайте также:
Теория по геометрии 7-9 класс: Смежные углы – два угла, у которых одна...
Тест Тулуз-Пьерон (корректурная проба): получение информации о более общих характеристиках работоспособности, таких как...
Функции, которые должен выполнять администратор стоматологической клиники: На администратора стоматологического учреждения возлагается серьезная ...
Ограждение места работ сигналами на перегонах и станциях: Приступать к работам разрешается только после того, когда...

Рекомендуемые страницы:



Вам нужно быстро и легко написать вашу работу? Тогда вам сюда...

Поиск по сайту

©2015-2021 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-02-16 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту:

Мы поможем в написании ваших работ! Мы поможем в написании ваших работ! Мы поможем в написании ваших работ!
Обратная связь
0.011 с.