41). Способы получения глубокого холода.

- внутренние холодильные циклы;

- каскадные холодильные циклы;

- комбинированные холодильные циклы.

Внутренние холодильные циклы действуют за счет изоэнтальпийного (дросселирование) или изоэнтропийного (детан­деры) расширения газового потока.

+ эфф при больших перепадах р дроссел.

+ перепад р расширение газа в детандера.

Эффект снижения р струи газа или ж-ти в проц протекания ч/з сужение называется дроссел-ем. Проц расширения газа путем дросселирования явля­ется изоэнтальпийным и необратимым.

Газ с р₁ и Т₁, изотерми­чески сжимается в компр К до р₂. Сжатый газ, пройдя дроссельное уст-во Д, расширяется до первона­ч р₁, при этом его темпер снижается доТ₂. Расширение в дросселе происходит при пост эн­тальпии. Охлаж-й газ нагревается в тепло-ке Т-0 до первонач т-ры, отнимая тепло от охл-го потока.

Схемы дроссел (а) и дет-го (б) расш-я сжатого газа

К-компр-р, Д–дроссель,Д-Р—детандер-расш-ль, Т-О-теп-к

Проц расш-я газа с отдачей внеш раб осущ-ся в детандерах. (detendre - расши­рять сжатое). Теоретически этот процесс может быть полно­стью обратимым, т.е. протекать при пост энтроп.

Газ засасывается компрессором К при р₁ и Т₁, и изотермически сжимается до р₂. Сжатый газ расширяется в детандере до первонач р₁. Теор расширение в детандере происходит при пост энтропии, и газ должен охладиться при этом до Т₂. В дейс-ти проц в детандере несколько отклоняется от адиаб-го.

Расширительные машины:

- машины стати-го (объемного) действия, в кот рас­ш газа происходит в переменном объеме под воздей поршней с возвратно-поступ или вращ движением. (одноступ поршневые детандеры. ротационные или винтовые);

- поточ машины динамич Дей-я, в кот рас­ш газа происх-ит в рез его движ ч/з с-мы неподвиж направляющих каналов и межлопат-х каналов. (турбодетандеры). Раб среда - газ.

2раб элемента - неподвиж направляю-й апп (сопловый аппарат) и вращ-ся раб колесо.

напр апп служит для преобраз-я пот энергии сжатого газа в кин, а раб колесо - для преобр энергии газа в мех работу, передав-ю внеш телам. Каскадные холодильные циклы представляют собой после­довательно соединенные парокомпрессионные машины с раз­личными хладагентами, отличающимися по температурам ки­пения. Принцип взаимодействия последовательно соединенных парокомпрессионных холодильных машин заключается в том, что хладагент, сжижающийся при более высокой температуре, служит для конденсации паров труднее конденсируемого хла­дагента. Например, в стандартном каскадном холодильном цикле, предназначенном для сжижения природного газа, обыч­но применяют три ступени. На первой ступени в качестве хладагента используют пропан, фреон или аммиак, на вто­рой - этан или этилен, на третьей - метан или природный газ. Принципиальная схема каскадного холодильного цикла показана на рис.36.

Пары хладагента первой ступени, например пропана, кон­денсируются водой или воздухом и после расширения в дрос­сельном устройстве поступают в испаритель И-1 для конден­сации паров хладагента второй ступени, например этана. Сконденсированный хладагент второй ступени после дроссе­лирования поступает в И-2 на конденсацию хладагента треть­ей ступени, например природного газа. Несконденсировавший­ся газ из сепаратора С-1 поступает в теплообменник Т-2 для рекуперации холода, а затем в компрессор К-3 для сжатия.

Основное преимущество каскадных циклов - низкий расход энергии. Однако они требуют большое количество оборудова­ния и более сложное управление потоками.

{К-1, К-2, К-3 - компрессоры первой, второй и третьей ступеней соответст­венно; Х-1 - холодильник-конденсатор; Т-1, Т-2 - теплообменники; И-1, И-2 - испарители; Д-1, Д-2, Д-3 - дроссели; С-1 – сепаратор.}