Каскадные паровые холодильные машины: схема, цикл и его особенности

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 7Следующая ⇒

                                                                          14

Абсорбционные холодильные машины: основные понятия, схема и принцип действияхолодильники абсорбционного типа (без движущихся устройств) не шумят и редко ломаются. Это обеспечивает как плюсы, так и минусы данного вида устройств. В компрессионном холодильнике чаще всего ломается компрессор. Их можно починить, заменив вышедший из строя компонент. Абсорбционные холодильники ломаются гораздо реже. Но если такой агрегат вышел из строя, починить его невозможно. Основными частями абсорбционной холодильной камеры являются:

Генератор. Насыщенная аммиаком смесь подается в генератор, где происходит ее кипение. Генератор (кипятильник) нагревается за счет подключения к электрической сети или за счет тепла от горения газа.

Конденсатор. Он отдает тепло в окружающее пространство.

Абсорбер. Пары аммиака отсасываются абсорбером. Этот процесс основан на разнице давления пара – в абсорбере оно существенно ниже. В нем водоаммиачный раствор поглощает аммиачные пары. Насыщение водоаммиачной смеси аммиаком происходит, сопровождаясь выделением тепла. Поэтому абсорбер охлаждается водой.

Испаритель. В испарительном блоке, находящемся в подвергающемся охлаждению пространстве, из водоаммиачного состава в процессе кипения отделяются пары хладагента. Это возможно, поскольку температура, при которой кипит аммиак, равна 33,4 градуса по Цельсию, то есть она существенно меньше порога закипания воды.

Регулирующие вентили. Направляют хладагент в нужное устройство.

Насос. Подает перенасыщенный аммиачный раствор внутрь генератора.

Принцип действия абсорбционного холодильного модуля

Принцип работы абсорбционного холодильника состоит в следующем. Генератор обеспечивает кипение аммиачной смеси, которая в парообразном виде поступает в конденсатор. Неиспользованная водоаммиачная низко концентрированная смесь проникает в абсорбер, там ее насыщают аммиаком. Пары аммиачного хладагента получает конденсатор. В нем происходит кипение аммиака и преобразование его из парообразного состояния в жидкое. Жидкообразный аммиак при помощи вентиля направляется в испарительЭтот процесс обеспечивает забор тепла под действием испарителя и отдачу его во внешнее пространство конденсатором. Генератор является нагнетательным компонентом схемы абсорбционного холодильника, а абсорбер выполняет всасывание аммиака.В отличие от компрессионного холодильника, в абсорбционном имеется 2 цепи прохождения хладагента. Большая цепь обеспечивает работу системы, по малой цепи проходит водоаммиачная жидкость разной степени насыщенности.

Существенные недостатки описываемого устройства состоят в следующем:

1. Вода в водоаммиачной жидкости постепенно тоже начинает закипать. Пары воды будут также проникать в конденсатор, уменьшая долю попадающего туда аммиака, поскольку вода смешивается с аммиаком. Для устранения этого недостатка применяются специальные блоки, которыми пары аммиака освобождаются от паров воды.
2. При растворении аммиака в водной массе внутри конденсатора высвобождается тепло. При этом повышается температура системы и падает ее эффективность. Для повышения эффективности агрегата подогретую смесь применяют для нагревания насыщенного раствора, подаваемого в генератор.
3. Как отмечалось выше, абсорбционный холодильник не подлежит ремонту.

                                                                       15

Схема холодильной компрессорной установки, работающей на парах аммиака (NH3), представлена на рис. 21-8. В компрессоре сжимается аммиачный сухой насыщенный пар или влажный пар с большой степенью сухости по адиабате 1-2 до состояния перегретого пара в точке 1 (рис. 21-9). Из компрессора пар нагнетается в конденсатор, где полностью превращается в жидкость (процесс 1-5-4). Из конденсатора жидкий аммиак проходит через дроссельный вентиль, в котором дросселируется, что сопровождается понижением температуры и давления. Затем жидкий аммиак с низкой температурой поступает в охладитель, где, получая теплоту (в процессе 3-2), испаряется и охлаждает рассол, который циркулирует в охлаждаемых камерах. Процесс дросселирования, как необратимый процесс, изображается на диаграмме условной кривой 4-3.

В паровой компрессорной установке не применяется расширительный цилиндр (детандер), а рабочее тело дросселируется в регулировочном вентиле. Замена расширительного цилиндра дросселем сопровождается возрастанием энтропии, что вызывает некоторую потерю холодопроизводительности, по эта замена значительно упрощает установку и дает возможность легко регулировать давление пара и получать необходимую температуру в охладителе, так как в области двухфазных состояний эффект охлаждения при дросселировании будет таким же, как и при адиабатном процессе расширения. При наличии расширительного цилиндра процесс пошел бы по адиабате 4-9. Потеря холодопроизводительности от замены расширительного цилиндра дроссельным вентилем измеряется пл. 93769, поэтому холодопроизводительность всей установки уменьшается и будет изображаться пл. 73287 (i2 — iз) = (i2 — i4)-Количество теплоты q2, получаемое 1 кг аммиака от охлаждаемых тел, изображается пл. 73287. Количество теплоты q1, отведенное охлаждающей водой в конденсаторе, изображается пл. 645186. Работа, затраченная на совершение цикла, равна l = q1 — q2 = = пл. 64512376 = пл. 10451210 - i1, — i2. Равенство пл. 64512376 и 10451210 следует из условия, что дросселирование аммиака протекает при равенстве энтальпий в точках 4 и 3.

                                                                       16

Для получения низких температур порядка – 60 - – 90 оС наиболее целесообразным является использование каскадных холодильных машин. Каскадными называются холодильные машины, состоящие из отдельных, связанных между собой, холодильных машин. Общим элементом отдельных каскадов является испаритель-конденсатор. Для верхнего каскада он является испарителем, для нижнего – конденсатором. В каждом каскаде циркулирует свой холодильный агент.Каскадная холодильная машина может состоять из двух или нескольких каскадов. Каждый каскад представляет собой одноступенчатую или многоступенчатую холодильную машину. Простейшая каскадная холодильная машина состоит из двух одноступенчатых холодильных машин (схему и цикл см. рисунок.5.8.).

Схема и цикл каскадных холодильных машин.В испарителе нижнего каскада кипит низкотемпературный холодильный агент в процессе 4-1' за счет подвода теплоты от охлаждаемой среды qо. Образовавшийся пар всасывается компрессором нижнего каскада, в котором сжимается в процессе 1-2 от давления кипения нижнего каскада Рон до давления конденсации нижнего каскада Ркн с затратой работы сжатия lсн. После компрессора сжатый пар хладагента нижнего каскада поступает в конденсатор-испаритель, где конденсируется в процессе 2-3 за счет теплообмена с кипящим холодильным агентом верхнего каскада, отдавая удельную теплоту конденсации qкн. Далее сконденсировавшийся хладагент дросселируется в дроссельном вентиле нижнего каскада в процессе 3-4 от давления конденсации Ркн до давления кипения Рон и направляется в испаритель. В испарителе жидкость снова кипит и цикл в нижнем каскаде повторяется вновь. В верхнем каскаде осуществляется точно такой же термодинамический цикл как и в нижнем, только на более высоком температурном уровне. В компрессоре верхнего каскада сжимается пар высоко- или среднетемпературного холодильного агента в процессе 5-6 от давления кипения верхнего каскада Ров до давления конденсации верхнего каскада Ркв с затратой работы сжатия lсв. Затем сжатый пар конденсируется в конденсаторе в процессе 6-7, отдавая теплоту конденсации qк охлаждающей среде (воде или воздуху). Образовавшаяся жидкость дросселируется в дроссельном вентиле верхнего каскада в процессе 7-8 от давления Ркв до давления Ров. После дросселирования хладагент поступает в конденсатор-испаритель, где он кипит в процессе 8-5', отнимая теплоту qов от конденсирующегося холодильного агента верхнего каскада.

                                                                           17

Теоретический поршневой компрессор и его рабочий процесс. Теоретическим называется компрессор, у которого отсутствуют все энергетические и объемные потери.Основными элементами теоретического поршневого компрессора являются: цилиндр (1),поршень (2),всасывающий клапан (3), нагнетательный клапан (4).

Возвратно-поступательное движение поршня в цилиндре, в сочетании с работой всасывающего и нагнетательного клапана обеспечивают последовательное протекание процессов всасывания, сжатия и нагнетания.

За один оборот коленчатого вала совершается один рабочий цикл компрессора.

Работу теоретического компрессора можно изучить по индикаторной диаграмме в V,P координатах.

Vц – внутренний объём цилиндра.

P – давление в цилиндре.В первоначальный момент времени поршень находится в Верхней мертвой точке (ВМТ), всасывающий и нагнетательный клапаны закрыты. При вращении коленчатого вала поршень начинает двигаться от ВМТ к НМТ. Всасывающий клапан открывается, объём цилиндра увеличивается и пар поступает в цилиндр через проходные сечения всасывающего клапана, т.е. начинается процесс всасывания. Процесс всасывания (4-1) протекает при постоянном давлении, по мере движения поршня от ВМТ к НМТ. Он заканчивается, когда поршень достигнет НМТ. При этом всасывающий клапан закрывается. Цилиндр максимально заполняется паром холодильного агента. При дальнейшем вращении коленчатого вала поршень начинает двигаться в обратном направлении: от НМТ к ВМТ. Объём цилиндра начинает уменьшаться, т.к. всасывающий и нагнетательный клапаны закрыты. В цилиндре повышается давление, т.е. происходит процесс сжатия (1-2). При достижении давления в цилиндре, равного давлению нагнетания (т.2), открывается нагнетательный клапан и пар начинает выходить через нагнетательный клапан из цилиндра. Процесс нагнетания (2-3) протекает при постоянном давлении Pн по мере движения поршня от т.2 до ВМТ. Процесс нагнетания заканчивается тогда, когда поршень достигнет ВМТ. При этом внутренний объём цилиндра будет равен нулю. Нагнетательный клапан закрывается. При дальнейшем вращении коленчатого вала открывается всасывающий клапан и начинается новый рабочий цикл.

                                                                                         18

Действительная индикаторная диаграмма компрессора (рис. 10.6)отличается от теоретической. Это отличие обусловлено потерями на дросселирование во впускном и нагнетательном клапанах и наличием вредного пространства.Вследствие сопротивления, оказываемого впускным и нагнетательным клапанами проходящему газу, всасывание происходит при давлении газа в цилиндре, меньшем, чем давление среды, из которой происходит всасывание, а нагнетание происходит при давлении большем, чем давление в нагнетательном патрубке В реальном компрессоре между поршнем, находящемся в крайнем верхнем положении, и крышкой цилиндра с клапанами всегда должен быть зазор, которому соответствует некоторый объем , называемыйвредным пространством. Вследствие этого в процессе 2-3 (рис. 10.6) не весь газ выталкивается из цилиндра, а оставшаяся часть его, сжатая во вредном объеме , при движении поршня в обратном направлении расширяется по линии 3-4. При этом всасывание воздуха в компрессор начинается в т. 4. Поскольку при ходе всасывания часть рабочего объема заполняется расширяющимся газом вредного пространства, полезный рабочий объем цилиндрауменьшается до действительного объема всасывания. В связи с этим вводят понятие объемного КПД компрессора, учитывающего влияние вредного объема на производительность компрессора:0,75…0,9. В предельном случае линия нагнетания 2-3 превращается в точку и всасывание газа в цилиндр прекращается. Поршень работающего компрессора периодически сжимает одно и то же количество газа без нагнетания, то есть производительность компрессора равна нулю.

                                                                               19

Влияние режима работы на холодопроизводительность компрессора. При работе холодильной машины в ее испарителе происходит кипение жидкого агента. Производительность компрессора при этом должна быть такой, чтобы обеспечивать удаление пара из испарителя с той же интенсивностью, с которой он образуется в результате кипения холодильного агента. Если он кипит быстрее, чем компрессор может отводить пар, то избыточное количество пара накапливается в испарителе, давление увеличивается и в результате повышается температура кипения. Если производительность компрессора такова, что пар отводится из испарителя слишком быстро, то давление в испарителе будет падать, вследствие чего будет снижаться температура кипения (последний случай имеет место в испарителе бытового холодильника, из-за чего он периодически и отключается).холодопроизводительность компрессора – понятие условное и определяется массой всасываемого пара Ga в единицу времени и удельной массовой холодопроизводительностью q0: холодопроизводительность компрессора летом всегда меньше, чем зимой. Следовательно, для круглогодичной работы компрессорного цеха подбор компрессоров необходимо выполнять на летнем, самом неблагоприятном режиме их работы. Можно показать, что повышение температуры конденсации на 1 °С приводит к снижению холодопроизводительности компрессора на 2...3 %. Отсюда ясно, что для увеличения холодопроизводительности компрессорного цеха установка дополнительных компрессоров не является единственным решением – весьма эффективным средством может оказаться снижение температуры конденсации холодильного агента. Для этой цели весьма эффективным может быть использование холодной воды из артезианских скважин.

                                                20

Познавательные статьи:



Техника прыжка в длину с разбега

Тактические действия в защите

История Олимпийских игр

История развития права интеллектуальной собственности