Двухступенчатые холодильные машины

В рассмотренных схемах компрессионных холодильных машин, которые предназначены для осуществления холодильных циклов между температурой кипения порядка –20⁰С и температурой конденсации около +30⁰С, холодильный агент сжимается в цилиндре компрессора от давления кипения до давления конденсации. Такое сжатие называется одноступенчатым. В тех случаях, когда холодильная машина должна работать с большей разностью, с большей величиной отношения давления конденсации р_к к давлению кипения р₀, применять одноступенчатое сжатие экономически не выгодно, так как с увеличением отношения р_к/ р₀ коэффициент подачи и индикаторный к.п.д. компрессора уменьшаются и, следовательно, снижается холодопроизводительность машины и повышается потребление энергии. Кроме того, сильно повышается температура холодильного агента в конце сжатия, отчего значительно ухудшаются условия эксплуатации компрессора.

Практика показывает, что одноступенчатые аммиачные и хладоновые холодильные машины целесообразно применять только при отношении давлений £ 9. При более высоких значениях этого отношения следует пользоваться двух- или многоступенчатыми машинами. При двух- и многоступенчатом сжатии холодильный агент сжимается от давления кипения до давления конденсации не сразу, а последовательно в двух или нескольких ступенях с промежуточным охлаждением частично сжатых паров.

На предприятиях общественного питания и в пищевой промышленности применяют машины двухступенчатого сжатия, например, при изготовлении мороженого, при быстром замораживании и хранении пищевых продуктов и т.д.

Принципиальная схема и теоретический цикл двухступенчатой холодильной машины со змеевиковым промежуточным сосудом и полным промежуточным охлаждением показаны на рис. 3.6.

Рис. 3.6 - Схема и теоретический цикл двухступенчатой холодильной машины со змеевиковым промежуточным сосудом и полным

промежуточным охлаждением

Рабочее вещество в состоянии сухого насыщенного пара (точка 1) поступает в компрессор первой ступени I, где изоэнтропно сжимается (процесс 1-2) и направляется в промежуточный холодильник II. В холодильнике рабочее вещество охлаждается (процесс 2-3) за счет окружающей среды. Затем рабочее вещество поступает в промежуточный сосуд VI, где за счет непосредственного контакта с более холодным жидким рабочим веществом, температура которого равна Т_m, охлаждается до состояния сухого насыщенного пара при давлении р_m (точка 4). После этого рабочее вещество всасывается компрессором второй ступени III, где изоэнтропно сжимается (процесс 4-5), а затем поступает в конденсатор IV, где сначала охлаждается до состояния сухого насыщенного пара и конденсируется (процесс 5-6). Большая часть идет через змеевик промежуточного сосуда, а меньшая – дросселируется в дроссельном вентиле (процесс 6-7). Под воздействием теплоты, которая поступает от рабочего вещества, идущего по змеевику, жидкость кипит при давлении р_m. Рабочее вещество, которое идет по змеевику, охлаждается (процесс 6-9), затем дросселируется в дроссельном вентиле VII (процесс 9-10) и поступает в испаритель VIII, где кипит (процесс 10-1).

Промежуточное давление определяется по формуле:

(3.10)

Массовый расход рабочего вещества компрессора первой ступени определяют по заданной холодопроизводительности:

(3.11)

Расход рабочего вещества второй ступени:

.

(3.12)

Все последующие расчеты проводят для компрессоров первой и второй ступеней аналогично расчету цикла одноступенчатой паровой компрессионной холодильной машины.