1.11. Рабочие процесом парових двухступенчатьіх компресспоннмх холодильних машин

Увеличение степени повьішения давления рабочего тела в компрессо-ре при понижении температурь кипения или при повьшении температу-рь конденсации, вьзьваемое условиями зксплуатации, приводит к ухуд-шению знергетической зффективности холодильной машиньї. Основная причина такого ухудшения обусловлена ростом потерь от внутренней необратимости, а также увеличением времени работь за счет ухудшения обьемньгх и знергетических показателей компрессора. Наибольшее вли-яние на снижение зффективности машинь при возрастании степени по-вьшения давления оказьвает рост потерь от дросселирования. В зтом случае пар, образуемьй при дросселировании, не обеспечивает процесс охлаждения в испарителе, так как наличие паровой фазь в начале паро-образования ухудшает теплообмен при кипении и, следовательно, сни-жает удельную холодопроизводительность машинь .

Теплотехническое совершенствование паровьх компрессорньх машин, рассчитанньх на работу с вьсокой степенью повьшения давления, может бьть обеспечено переходом к многоступенчатому сжатию с промежуточньм охлаждением рабочего тела между сту­пенями и многократному его дросселированию. Повьшение холо­дильного козффициента в результате перечисленньх мер обеспечи-вает рост удельной холодопроизводительности в результате мно-гократного дросселирования и снижение цикловой работь за счет промежуточного охлаждения горячих паров хладагента.

Для паровьх холодильньх машин с поршневьми компрессора-ми переход к многоступенчатому сжатию обусловлен не только стремлением улучшить зффективность машинь повьшением рас­ходньх и знергетических показателей компрессора, но и необходи-мостью обеспечить нормальнье условия его работь . При вьсоких значениях степени повьшения давления рост температурь паров может привести к нарушению допустимого температурного режи-ма работь компрессора и системь его смазки.

Кроме того, увеличение степени повьшения давления приводит к росту перепада давлений в цилиндре компрессора (АР = Р_к - /у, в результате чего возрастают динамические нагрузки на детали ра-бочего механизма (на шатунно-поршневую группу и коленчатьй вал), снижающие надежность и долговечность машинь .

Переход к многоступенчатому сжатию требует технико-зкономи-ческого обоснования, так как улучшение знергетической зффектив-ности в зтом случае связано с существенньм усложнением конструк-ции, увеличением ее габаритов, массьі и стоимости. В современньїх паровьх компрессорньх машинах подбором подходящих хладаген-тов или их смесей, а также созданием компрессоров специальной кон-струкции число ступеней сжатия ограничивают двумя. В среднетем-пературньх холодильньх машинах переход от одноступенчатого сжа-

Р

¹ К _> о

тия к двухступенчатому имеет место при р .

Повьшение зффе тивности паровьх омпрессорньх холодильньх машин обьчно достигают оптимальньм сочетанием перечисленньх вьше мер. Они определяются теплофизическими свойствами рабоче-го тела, т.е. относительньїм влиянием на показатели машин необрати-мьх потерь от перегрева и дросселирования. Для среднетемператур-ньх машин характернь двухступенчатое повьшение давления с пол-ньм или неполньм промежуточньм охлаждением и двукратное дрос-селирование при двухступенчатом повьшении давления.

Конструктивно наиболее простьми оказьваются машинь с одно-кратньм дросселированием и двухступенчатьм повьшением давле-ния при полном или неполном промежуточном охлаждении. В схеме с неполньїм охлаждением (рис. 1.23, а и б) пар рабочего тела, сжатьій в компрессоре первой ступени К1 до давления Р_т (процесс 1—2) и про-шедший промежуточньїй охладитель ПО (процесс 2—3), в котором пар охлаждают воздухом при температуре окружающей средьі Г_окр или водой до температурьі Т_т, смешивается в точке 4 с паром, вьіходя-щим из промежуточного сосуда ПС. Зтот пар предварительно про-шел вспомогательньїй дроссельньїй вентиль Д_в (состояние в точке 7) и

обеспечил в промежуточном сосуде охлаждение основного потока жидкого рабочего тела, вьшедшего из конденсатора КС, до состоя­ния, соответствующего параметрам точки 10. При зтом в промежу-точном сосуде за счет разной плотности жидкости и пара происходит разделение влажного пара на жидкость (состояние в точке 9) и сухой насьіщенньїй пар (состояние в точке 8). После промежуточного сосуда основной поток проходит через основной дроссельньй вентиль До (про­цесс 10—11) и направляется в испаритель И, где рабочее тело испаряет-ся до состояния сухого насьіщения пара (процесс 11—1). Пар, сжатьй в компрессоре второй ступени К2 до давления Р_т (процесс 4—5), про-ходит конденсатор КС, где охлаждается наружньм воздухом или во-дой до температурь Г_к (процесс 5—6).

В такой схеме массовьй расход рабочего тела через компрессор второй ступени больше расхода через компрессор первой ступени на количество пара, вьходящего из промежуточного сосуда. Зна-чения расходов определяют по уравнению материального баланса промежуточного сосуда:

^Єа2 = ^Єа1 + Є + О_п, (1.42)

где О_а — расход рабочего тела через компрессор соответствующей ступени; О_в — расход рабочего тела через вспомогательньй дроссель­ньій вентиль; О_п — расход пара, образующегося в промежуточном со-суде в результате подвода теплотьі от жидкости, идущей по змеевику.

Схема холодильной машиньї с двухступенчатьім повьпшением давле­ния и полньїм промежуточньїм охлаждением показана на рис. 1.24, а и б. В промежуточньй сосуд зтой машиньї направляют весь поток ра­бочего тела, вьшедшего из промежуточного охладителя. В про-межуточном сосуде рабочее тело охлаждают до состояния сухого насьщенного пара, которьй засасьвает компрессор второй сту-пени. Уравнение материального баланса промежуточного сосуда в зтом случае:

0₂ = О + 0 + О + О ⁷ , (1.43)

где 0_п — расход пара, образующегося в промежуточном сосуде в результате подвода теплоть от пара, подаваемого компрессором первой ступени.

Повьішение зффективности холодильньгх машин при двухступенча-том сжатии по сравнению с одноступенчатьім достигают снижением цик-ловой работь в результате промежуточного охлаждения рабочего тела и ростом удельной холодопроизводительности за счет охлаждения жидко-сти в промежуточном сосуде перед основньм дроссельньм вентилем.

Паровье холодильнье машинь с двукратньм дросселированием при двухступенчатом повьшении давления также вьполняют в двух вариан-тах промежуточного охлаждения рабочего тела. В схеме с неполньїм про-межуточньм охлаждением (рис. 1.25) в промежуточном сосуде влажньй пар, вьіходящий из первого дроссельного вентиля Д1, за счет разной плот-ности разделяется на жидкость, отвечающую состоянию точки 9, и сухой насьщенньй пар (точка 8). После смешения в точке 4 с перегретьм па­ром, вьходящим из промежуточного охладителя, он идет на всасьва-ние компрессора второй ступени. Жидкость, вьіходящая из промежу-точного сосуда (состояние точки 9) поступает к второму дроссельному вентилю Д2, а далее — к испарителю холодильной машинь .

Массовьй расход рабочего тела через компрессор второй ступе-ни в машине такой схемь :

О ₂ = О ₁ + О , (1.44)

где О_пс — р асход п ар а, обр азующегося в промежуточном сосуде.

В схеме с полньм промежуточньм охлаждением (см. рис. 1.24) в промежуточном сосуде охлаждение ведут до состояния сухого на-сьщенного пара (точка 4) в результате непосредственного контак-та паров рабочего тела с кипящей жидкостью.

Массовьій расход рабочего тела через компрессор второй ступени:

0₂ = 0₁ + 0_Д1 + О (1.45)

где 0д₁ —расход пара, образующегося при прохождении перво-го дроссельного вентиля.

Повьшение зффективности холодильньх машин с двукратньм дросселированием в основном достигают ростом удельной холодо-производительности. Характерная особенность таких машин состо-ит в том, что через первьй дроссельньй вентиль в зтом случае про-ходит вся масса рабочего тела, а не меньшая его часть, как зто име-ет место в схемах с однократньм дросселированием.

Холодопроизводительность машин с двухступенчатьм сжатием определяют по параметрам испарителя:

6» = о,ьн, ^(1.46)

где м_и — изменение знтальпии рабочего тела в испарителе. Хо-лодильньй козффициент таких машин: