Промежуточный сосуд в схеме двухступенчатого сжатия

Для получения низких температур в охлаждаемых объектах необходимы низкие температуры кипения t0, т. е. в испарителе приходится поддерживать и низкое давление P0. Это приводит к увеличению значения отношения давлений Рк / Р0 и к трем нежелательным явлениям: увеличению температуры нагнетания компрессора, возрастанию объемных потерь в компрессоре и увеличению дроссельных потерь в регулирующем вентиле, что вызывает уменьшение холодопроизводительности установки. Для современных быстроходных аммиачных поршневых компрессоров температура нагнетания хладагента не должна превышать 160 °С, так как дальнейшее ее повышение приводит к нарушению нормальной смазки, вызывает пригорание масла и его самовозгорание. Снижение производительности компрессора при больших значениях отношения давлений Рк / Р0 связано с уменьшением коэффициента подачи. На основании опытных данных установлено, что при Рк / Р0 > 8 целесообразно применять многоступенчатое сжатие хладагента в двух (и более) последовательно соединенных цилиндрах или компрессорах. Для ограничения роста температуры нагнетания в результате последовательных сжатий (после каждой ступени сжатия) пар хладагента охлаждается либо водой в промежуточном холодильнике, либо кипящим хладагентом в специальном теплообменном аппарате.
    Наиболее распространенной двухступенчатой схемой является схема двухступенчатого сжатия со змеевиковым промежуточным сосудом и промежуточным охлаждением пара (рис. 59). Пар хладагента после сжатия в цилиндре низкого давления ЦНД до промежуточного давления РПР поступает в промежуточный сосуд ПС ниже уровня кипящего хладагента и охлаждается до состояния насыщения, барботируя через слой жидкости. Выходя из ПС, пар перегревается во всасывающем трубопроводе перед цилиндром высокого давления ЦВД и в перегретом состоянии поступает в него. Следует отметить, что даже в цикле с полным промежуточным охлаждением пар должен поступать в компрессор высокого давления (так же, как и в компрессор низкого давления) в перегретом состоянии, что является обязательным требованием техники безопасности. После сжатия в ЦВД до давления конденсации РK, пар конденсируется в конденсаторе КД, после чего жидкость высокого давления разделяется на два потока (точка 5′). Основной поток поступает в змеевик ПС, где переохлаждается, отдавая теплоту кипящей жидкости, и в состоянии глубокого переохлаждения поступает через регулирующий вентиль РВ2 в испаритель. Другой поток жидкости дросселируется в РВ1 от РK до промежуточного давления Рпр и поступает в промежуточный сосуд. Таким образом, в промежуточном сосуде происходит сбив перегрева пара между компрессорами низкого и высокого давления, а также переохлаждение жидкости перед РВ2 за счет кипения жидкого хладагента при РПР. Для анализа работы двухступенчатых схем и построения цикла в диаграмме необходимо определить промежуточное давление РПР. При минимальной работе компрессоров низкого и высокого давления определяют РПР из равенства отношений давлений в обеих ступенях сжатия по формуле
Промежуточный сосуд в схеме двухступенчатого сжатия

Схема и цикл двухступенчатой холодильной машины со змеевиковым промежуточным сосудом и полным промежуточным охлаждением

На диаграмме (рис. 59) проводят три изобары: Р0, РПР и РK , которым соответствуют три температуры насыщения: t0, tПР и tK . Задавшись значением перегрева пара на всасывании перед ЦНД, строят точку 1. Из этой точки по адиабате идет процесс сжатия до изобары РПР — (точка 2). В промежуточном сосуде пар охлаждается до состояния насыщения 3» , а затем перегревается во всасывающем трубопроводе (точка 3). Температуру перегрева пара перед ЦВД следует принимать в пределах 5…10°С, тогда t3 = tПР + (5…10 °С). Из точки 3 проводится адиабата до пересечения с изобарой РK (точка 4). Это конечная температура нагнетания пара двухступенчатого сжатия. Из диаграммы видно, что если бы было применено одноступенчатое сжатие 1 — 2′ , то конечная температура нагнетания была бы значительно выше (сравните точки 2′ и 4). Процесс 4 — 5′ происходит в конденсаторе при РK = const , и жидкость высокого давления в точке 5′ разделяется на два потока. Процесс дросселирования в РВ1 изображается вертикалью, опущенной из точки 5′ до пересечения с изобарой РПР . Парожидкостная смесь состояния точки 6 поступает в промежуточный сосуд, где кипит при промежуточных параметрах (процесс 6 — 3′′). Переохлаждение в змеевике ПС происходит при давлении конденсации, поэтому точка 7, определяющая состояние хладагента на выходе из змеевика, лежит в области переохлажденной жидкости на изобаре РK . Температура точки 7 определяется из выражения t7 = tПР + (2…3 °С) . Дросселирование в РВ2 изображается вертикалью, опущенной из точки 7 до пересечения с изобарой Р0 . Парожидкостная смесь состояния точки 8 поступает в испаритель, где кипит (процесс 8 — 1′′).

    На диаграмме (рис. 59):
   1′′ — 1 — перегрев пара на всасывании в ЦНД при Р0 = const ;
   1 — 2 — адиабатическое сжатие в ЦНД от Р0 до РПР ;
   2 — 3′′ — сбив перегрева пара в промежуточном сосуде при РПР = const ;
   3′′ — 3 — перегрев пара на всасывании в ЦВД при РПР = const ;
   3 — 4 — адиабатическое сжатие в ЦВД от РПР до РK ;
   4 — 4′′ — сбив перегрева пара в конденсаторе при РK = const ;
   4′′ — 5′ — конденсация в конденсаторе при РK = const , tK = const ;
   5′ — 6 — дросселирование в РВ1 от РK до РПР при i = const ;
   6 — 3′′ — кипение в ПС при РПР = const и tПР = const ;
   5′′ — 7 — переохлаждение жидкости в змеевике ПС при РK = const ;
   7 — 8 — дросселирование в РВ2 от РK до Р0 при i = const ;
   8 — 1′′ — кипение в испарителе при Р0 = const , t0 = const .

Читайте также:  Раствор внутривенный для сосудов

Массовая подача компрессора высокого давления M2 больше, чем компрессора низкого давления M1 , так как, кроме пара, поступающего из компрессора низкого давления в количестве M1 в него поступает еще и пар, образуемый при кипении жидкости в промежуточном сосуде. Объемная холодопроизводительность компрессора высокого давления меньше примерно в три раза из-за уменьшения объема пара при сжатии в компрессоре низкого давления. Массовая подача ЦНД, кг/с, определяется по формуле M1 = Q0 / q0, где Q0 — холодопроизводительность, кВт; q0 — удельная холодопроизводительность, кДж/кг: q0 = i1′ — i8 .

    Массовая подача ЦВД, кг/с, находится из соотношения M2 = M1 (i2 — i7)(i3 — i6) .
    Удельная работа сжатия ЦНД, кДж/кг, равна l1 = i2 — i1 ;
    удельная работа сжатия ЦВД, кДж/кг, l2 = i4 — i3;
    удельная нагрузка на конденсатор, кДж/кг, qK = i4 — i5 ;
    холодильный коэффициент равен ε = q0/(l1 + l2) .

Промежуточный сосуд в схеме двухступенчатого сжатия

Промежуточный сосуд в схеме двухступенчатого сжатия

Параметры узловых точек цикла

Иногда применяют цикл двухступенчатого сжатия с двойным дросселированием и полным промежуточным охлаждением (рис. 60). Такая схема применена, например, на холодильных установках для зверосовхозов, поставляемых финской фирмой «Хуурре». В отличие от схемы, представленной на рис. 59, вся жидкость после конденсатора (состояние точки 5) дросселируется в РВ1 до промежуточного давления РПР и поступает в ПС в состоянии точки 6. Паро-жидкостная смесь этого состояния разделяется в сосуде на насыщенный пар состояния точки 3′′, который отсасывается ЦВД, и насыщенную жидкость, которая частично выкипает в ПС (процесс 6 — 3′′). Оставшаяся насыщенная жидкость состояния точки 7 поступает к РВ2 , где дросселируется от промежуточного давления РПР до давления кипения Р0 и поступает в испаритель. Изображение цикла с двукратным дросселированием в диаграмме показано на рис. 60. В этой схеме к вентилю РВ2 поступает насыщенная жидкость, а не переохлажденная. Это является недостатком таких схем и позволяет их использовать только в небольших установках. Поэтому схема со змеевиковым промежуточным сосудом более предпочтительна. Массовый расход хладагента через ЦНД определяется как, кг/с, M1 = Q0 / q0 . Массовый расход хладагента на полное промежуточное охлаждение, кг/с, m′ = M1 (i2 — i3)(i3′′ — i6) ; массовый расход пара через ЦВД, кг/с, M2 = (M1 + m′ )(1 — x6 ) , где x6 — паросодержание хладагента в точке 6 после первого дросселирования.

Схема и цикл двухступенчатой холодильной машины с двукратным дросселированием и полным промежуточным охлаждением

Схема и цикл двухступенчатого сжатия с винтовым компрессором и промежуточным отбором пара

Остальные характеристики цикла определяются по формулам, указанным выше.
    В связи со все расширяющимся применением на холодильных установках винтовых агрегатов интерес представляют схема и цикл двухступенчатого сжатия с одноступенчатым винтовым компрессором с промежуточным отбором пара (рис. 61). Холодильный агент в состоянии точки 1 поступает в винтовой компрессор КМ, заполняя его полость всасывания. Затем давление в компрессоре повышается за счет уменьшения объема рабочей полости, и, когда оно достигает промежуточного значения РПР (процесс 1 — 2 ), в полость сжатия через специальное окно поступает пар хладагента состояния 3» из теплообменника ТО. В результате смешения получается пар, соответствующий состоянию точки 3, который далее сжимается до конечного давления РK (процесс 3 — 4 ). Следует отметить, что процессы 1 — 2 и 3 — 4 не являются адиабатическими, так как охлажденное масло, впрыскиваемое в полость сжатия винтового компрессора, отводит часть теплоты сжатия, и процесс сжатия становится политропным. Значение температуры нагнетания при этом находится в пределах 50…80°С и зависит от количества и температуры вспрыскиваемого масла. Для сравнения показано изображение адиабатического сжатия точки 2′ и 4′. После конденсатора КД жидкий холодильный агент состояния 5′ разделяется на два потока: меньшая часть дросселируется во вспомогательном регулирующем вентиле РВ1 (процесс 5′ — 6 ) и поступает в межзмеевиковое пространство ТО, большая часть жидкости идет по его змеевику, где переохлаждается (процесс 5′ — 7 ) в результате теплообмена с кипящим в межзмеевиковом пространстве при промежуточных параметрах РПР и tПР хладагентом, пар которого затем поступает в специальное окно компрессора. Состояние в точке 7 определяется из условий недорекуперации тепла на холодном конце теплообменника на 3…5°С, т. е. t7 = tПР + (3…5 °С). Переохлажденная жидкость дросселируется в основном регулирующем вентиле РВ2 и поступает в испаритель И. Таким образом, в данной схеме двухступенчатое сжатие рабочего вещества с промежуточным охлаждением за счет холодного пара, поступающего из теплообменника, происходит в одном компрессоре. Она отличается от обычной схемы двухступенчатого сжатия с однократным дросселированием и промежуточным отбором пара тем, что пар между ступенями сжатия в теплообменнике не охлаждается.

Читайте также:  Как лечить спазм коронарных сосудов

Источник

(495) 984-74-92
(495) 226-51-87
info@xiron.ru
WhatsApp

Главная Техническая информация Промышленный холод Схемы холодильных установок

Оглавление
Схемы холодильных установок
Страница 2

Страница 2 из 2

Узел компрессоров двухступенчатого сжатия. На рис. 5 показана схема узла двухступенчатого сжатия, состоящего из двух одноступенчатых. В данной схеме применен промежуточный сосуд 4 со змеевиком для охлаждения жидкого хладагента.

Рис.5. Узел компрессоров двухступенчатого сжатия:
1 — отделитель жидкости; 2 — ступени низкого давления; 3, 9 — маслоотделители;
4 — промежуточный сосуд; 5 — ступени высокого давления; 6, 7 — коллекторы;
8 — жидкостная линия; 1′, 2′ — запорные вентили

Энергетические показатели схемы с таким промежуточным сосудом ниже показателей схемы с промежуточным сосудом без змеевика из-за того, что жидкость в змеевике охлаждается не до температуры, соответствующей промежуточному давлению, а оказывается на 3-5 К выше этой температуры. Однако схема со змеевиковым промежуточным сосудом имеет важные практические достоинства. Во-первых, жидкий хладагент поступающий в змеевик промежуточного сосуда, охлаждается в нем, не соприкасаясь с кипящей жидкостью в сосуде 4, благодаря чему не загрязняется маслом, приносимым паром из компрессора ступени низкого давления 2. Во-вторых, жидкость в змеевике находится под давлением конденсации, т. е. под напором, достаточным для подачи в испарители и охлаждающие приборы, находящиеся в верхних этажах здания или помещениях, значительно удаленных от машинного отделения. В промежуточном сосуде без змеевика жидкий хладагент находится под промежуточным давлением, это давление иногда (особенно в зимнее время) оказывается недостаточным для подачи жидкости в указанные выше помещения. На некоторых старых предприятиях по этой причине применена менее экономичная схема одноступенчатого дросселирования.

Между компрессором ступени низкого давления и промежуточным сосудом целесообразно предусматривать маслоотделитель 3, так как это не только освобождает промежуточный сосуд от несвойственных ему функций маслоотделения, но и предохраняет поверхность змеевика от замасливания и тем самым от ухудшения теплообмена через нее. На нагнетательной стороне ступени высокого давления устанавливают свой маслоотделитель 9.

На установках, выполненных по рассматриваемой схеме, жидкий хладагент из конденсатора или линейного ресивера поступает по линии 8, и часть его подается к коллектору 7 регулирующей станции для раздачи потребителям высоких температур кипения, входящих в систему одноступенчатого сжатия. Другая ее часть направляется через автоматический регулятор (РУ и СВ1) непосредственно в промежуточный сосуд для охлаждения пapa, нагнетаемого компрессором ступени низкого давления 2, и для охлаждения жидкости, протекающей по змеевику. Большая часть жидкости направляется в змеевик, где и охлаждается до температуры, близкой к промежуточной температуре. Для того чтобы не произошло смешения потоков жидкости с разными температурами, хладагент после змеевика направляется к отдельному коллектору 6 регулирующей станции для раздачи по низкотемпературным объектам, охлаждаемым системой двухступенчатого сжатия. В зависимости от числа ступеней охлаждения жидкости необходимо иметь соответствующее число коллекторов на регулирующей станции.

Коллектор 7 снабжен вентилем Г для зарядки и пополнения системы хладагентом. Оба коллектора 6 и 7 соединены мостом с вентилем 2′, позволяющим в случае необходимости питать коллектор 6 жидкостью более высокой температуры, а также добавлять жидкость для пополнения системы низких температур.

Для обеспечения безопасных условий пуска компрессоров давление в промежуточном сосуде должно быть понижено до давления в испарительной системе (для облегчения их последующего пуска и исключения возможности гидравлического удара из-за вскипания жидкости в промежуточном сосуде). Поэтому соленоидные вентили СВ2 и СВЗ должны открываться при остановке компрессоров ступеней низкого и высокого давлений для снижения давления в промежуточном сосуде и всех трубопроводах до обратного клапана, установленного на нагнетательной линии ступени высокого давления 5. Сразу после пуска эти вентили закрываются.

При использовании винтовых компрессоров появляются дополнительные возможности для реализации цикла двухступенчатого сжатия в одноступенчатом с отбором пара промежуточного давления. В винтовом компрессоре, в отличие от поршневого, процесс сжатия распределен по длине винта. Иными словами, при фиксированном давлении всасывания каждому сечению по длине цилиндра соответствует определенное значение внутреннего давления сжатия. Это дает возможность выявить по длине цилиндра точку, давление в которой будет равно промежуточному. Если к этой точке подвести пар при промежуточном давлении, то появляется возможность осуществления двухступенчатого сжатия в одном цилиндре. Подобная схема включения получила название схемы «экономайзер». При этом холод, производимый при промежуточной температуре кипения, может использоваться для различных целей. На рис. 6а приведена схема «экономайзер» (с промежуточным подсосом пара), используемая в отдельных случаях для винтовых компрессоров холодильных установок, работающих с конденсаторами воздушного охлаждения. В этом варианте, чтобы не сооружать градирню и систему водоснабжения для целей охлаждения масла, используют жидкий хладагент, подаваемый в маслоохладитель 4 из линейного ресивера и кипящий в нем при промежуточном давлении. Пар, с температурой кипения t’0 всасывается тем же компрессором, работающим по схеме «экономайзер».

Читайте также:  Что можно сказать о давлении газа в сосуде

На рис. 6б показан вариант схемы включения винтового маслозаполненного одноступенчатого компрессора по схеме «экономайзер», обеспечивающей фактически двухступенчатое дросселирование с промежуточным отбором пара. В этом случае холодильник масла 4 охлаждается водой, однако в схему включен еще один дополнительный аппарат — переохладитель жидкого хладагента 5, выполняющий роль промежуточного сосуда без охлаждения пара. В этом аппарате основной поток жидкого хладагента, направляемый к регулирующему вентилю, охлаждается за счет кипения части потока в трубном пространстве этого теплообменника. Образующийся при кипении пар с промежуточной температурой t’0 всасывается компрессором, работающим по схеме «экономайзер».

Рис.6. Схема «экономайзер» включения винтового компрессора:
1 — винтовой компрессор; 2 — маслоотделитель; 3 — шестеренчатый насос;
4 — маслоохладитель; 5 — переохладитель

Рассмотренный вариант позволяет повысить эффективность одноступенчатого цикла, фактически приравняв ее к эффективности двухступенчатого цикла за счет промежуточного отбора пара и уменьшения дроссельных потерь благодаря переохлаждению жидкого хладагента.

Применение центробежных компрессоров также может вносить некоторые изменения в схемы благодаря тому, что они в одном корпусе имеют число колес, как правило, больше одного и таким образом являются многоступенчатыми. Так, при отношении давлений конденсации и кипения, при котором еще применяют одноступенчатые поршневой или винтовой, использование центробежного позволяет применить схему с охлаждением жидкости многократным дросселированием и промежуточным отбором пара. Это, прежде всего, уменьшает энергетические потери, что особенно важно в хладоновых установках, поскольку в них велика роль этого вида потерь.

На рис. 7 показана схема с двухступенчатым дросселированием. Жидкость из конденсатора 2 поступает на первое дросселирование через поплавковый регулятор непрямого действия 4 в отделитель жидкости 3. Поступившая жидкость дросселируется вторично в поплавковом регуляторе непрямого действия 5, после чего направляется в испаритель 6. Образовавшийся при первом дросселировании пар всасывается в полость среднего колеса центробежного компрессора 1 и, смешиваясь с перегретым паром, выходящим из предыдущего колеса, осуществляет промежуточное охлаждение, что также выгодно, так как уменьшает затрачиваемую работу на сжатие пара в последующих колесах. Сравнительные расчеты показывают, что увеличение числа ступеней дросселирования больше трех не вызывает существенного дополнительного улучшения энергетических показателей цикла турбокомпрессорной холодильной установки.

Рис.7. Схема включения центробежного компрессора с двухступенчатым дросселированием:
1 — центробежный компрессор; 2 — конденсатор; 3 — отделитель жидкости;
4, 5 — поплавковые регуляторы уровня; 6 — испаритель

Другой особенностью центробежных является возможность работы одним однокорпусным компрессором на несколько температур кипения. На рис. 8 в качестве примера приведена схема каскадной холодильной турбокомпрессорной установки на три температуры кипения: t01 = −104°С; t02 = −40°С и t03 = 0°С. В нижней ветви каскада для получения наиболее низкой из предусмотренных в данном случае температур применен двухкорпусный центробежный, работающий на этилене, а в верхней ветви — однокорпусный центробежный компрессор, работающий на пропане на две более высокие температуры кипения.

Рис.8. Схема каскадной холодильной турбокомпрессорной установки на три температуры кипения:
1, 2, 3, 4 — теплообменники для охлаждения компонентов А и Б; 5 — технологический аппарат;
6 — ступени низкого давления;
7 — ступени высокого давления; 8 — промежуточный теплообменник;
9 — водяной теплообменник; 10 — пропановый теплообменник;
11 — конденсатор-испаритель; 12 — этиленовый теплообменник;
13 — пропановый конденсатор; 14 — пропановый компрессор

Технологический процесс, для отвода теплоты которого и предназначена холодильная установка, осуществляется в аппарате 5, где кипит этилен при t01. Компоненты А и Б, участвующие в этом процессе, проходят первую ступень охлаждения в теплообменниках 1 и 3 пропаном, кипящим при t02, а затем вторую ступень охлаждения кипящим этиленом в теплообменниках 2 и 4. Этиленовый пар сжимается в компрессорах 6 и 7; между ними производится промежуточное охлаждение пара в теплообменнике 8 пропаном, кипящим при t03. До поступления в конденсатор-испаритель 11 пар этилена охлаждается сначала водой в предварительном теплообменнике 9, а затем в теплообменнике 10 пропаном, кипящим при t03. В конденсаторе-испарителе 11 этиленовый пар конденсируется при отводе теплоты к пропану, кипящему при t02. Пар пропана обеих температур кипения всасывается турбокомпрессором 14 и нагнетается в пропановый конденсатор 13. Жидкий этилен после конденсатора-испарителя 11 дополнительно охлаждается в теплобменнике 12 этиленом, кипящим при промежуточной температуре кипения t’0. В результате смешения холодного этиленового пара, выходящего из аппарата 12, и пара после аппарата 8 осуществляется дополнительное промежуточное пара перед всасыванием в ступени высокого давления 7.

Источник: интернет-газета .holodilshchik.ru

Предыдущая страница Предыдущая – Следующая Следующая страница

 

Источник