Циклы двухступенчатых холодильных машин

В двухступенчатых машинах пары хладагента из испарителя всасываются низкой ступенью компрессора, и после сжатия до промежуточного давления охлаждаются. Охлажденные пары сжимаются в высокой ступени компрессора и поступают в конденсатор. Жидкий хладагент из конденсатора, дросселируясь, поступает в испаритель, где кипит, отнимая теплоту от охлаждаемого объекта.

По степени охлаждения хладагента различают двухступенчатые машины с неполным промежуточным и полным промежуточным охлаждением.

По способу дросселирования хладагента, поступающего в испаритель, различают схемы с однократным и двукратным дросселированием. Рассмотрим работу двухступенчатой холодильной машины с неполным промежуточным охлаждением (рис. 1.10).

Пар из испарителя И при давлении кипения р_о засасывается компрессором низкого давления КНД

и сжимается адиабатически (1→ 2) до промежуточного давления р_и. Далее он охлаждается забортной водой в промежуточном холодильнике ПХ (2-+3') от температуры t₂ до t_3´. После охлаждения пар сжимается в компрессоре высокого давления КВД по адиабате (3'→4). В конденсаторе КД пар охлаждается (4→4⁰), конденсируется (4°→5°), и полученная жидкость переохлаждается (5°→5). Процесс передачи теплоты от хладагента забортной воде протекает при постоянном давлении р_к (4→5) в конденсаторе КД. В регулирующем вентиле РВ жидкий хладагент дросселируется до давления р_о (5→6) и кипит в испарителе И при температуре t_o (6→l), отводя теплоту из охлаждаемого помещения. Изобарическое охлаждение (2→3') является неполным, поскольку в промежуточном холодильнике пар не охлаждается до насыщенного состояния (точка 3), а выходит перегретым.

Дросселирование жидкого хладагента при температуре, близкой к температуре конденсации, приводит к значительному парообразованию в регулирующем клапане. Состояние парожидкостной смеси, характеризуемое точкой 6, обусловлено

большим содержанием пара, который практически не участвует в отводе теплоты из охлаждаемого объекта. Поэтому такие двухступенчатые холодильные машины ненамного эффективней одноступенчатых и получили ограниченное применение (рефрижераторные суда типа "Актюбинск", контейнеровозы типа "Капитан Гаврилов").

Большое распространение на практике получила двухступенчатая холодильная машина с полным промежуточным охлаждением и однократным дросселированием на рис. 1.11.

Пар хладагента от компрессора низкого давления КНД поступает в промежуточный сосуд ПС, где пропускается через слой жидкого хладагента с температурой t_п = 0-10°С и промежуточным давлением р_п, охлаждаясь до состояния насыщения (2→3). С другой стороны, жидкий хладагент в промежуточном сосуде, отнимая теплоту от поступившего из КНД пара, кипит, образуя дополнительный пар, который вместе с основным охлажденным потоком всасывается компрессором высокого давления КВД и сжимается до давления конденсации p_k (3→4).

После конденсатора КД часть жидкого хладагента поступает на пополнение выкипающего хладагента в промежуточном сосуде ПС, дросселируясь в регулирующем вентиле РВ1 (5→7) до давления р_п и температуры tu. При дросселировании также образуется некоторое количество пара, эквивалентное отрезку 7-8 (см. рис. 1.11,6, в), которое в сосуде ПС, смешиваясь с основным и дополнительным потоками пара, увеличивает количество хладагента, сжимаемого в КВД. Жидкий хладагент, освободившись от пара, переходит в состояние, характеризуемое точкой 8.

Основной поток жидкости из конденсатора КД, проходя по змеевику промежуточного сосуда ПС, дополнительно переохлаждается (5→5′) и поступает в испаритель И, предварительно дросселируясь в регулирующем вентиле РВ до давления р_о и температуры кипения t_o (5'→6′). При переохлаждении основного потока жидкости теплота передается хладагенту в промежуточном сосуде ПС, вызывая при его кипении дополнительное образование пара, который также поступает в компрессор КВД. Переохлаждение жидкого хладагента позволяет резко сократить необратимые потери при дросселировании (уменьшить парообразование). В результате доля жидкости в парожидкостной смеси, поступающей в испаритель И, увеличивается, и эффективность работы значительно повышается.

Подобные холодильные машины нашли применение на рыболовных морозильных траулерах типа "Атлантик", большом морозильном траулере-рыбозаводе (БМРТ) типа "Кронштадт", "Пионер Латвии", плавбазах типа "Пионерск", транспортных рефрижераторах типа "Ленинские горы".

В холодильных машинах с винтовыми компрессорами, работающими на R22, громоздкий промежуточный сосуд заменен на 2 компактных теплообменника - смесительную трубу СТ и переохладитель жидкости ПЖ (рис. 1.12, а).

После сжатия в компрессоре КПД (1→2) пары хладагента в смесительной трубе СТ смешиваются с распыляемой парожидкостной смесью, поступающей после дросселирования в регулирующем вентиле РВ1. В результате температура пара на выходе из смесительной трубы СТ резко падает (2→3′) и при дополнительном смешении (3'→3) с паром из переохладителя жидкости ПЖ может достигать значений, близких к температуре насыщенного пара. После сжатия в компрессоре КВД (3→4), охлаждения и конденсации в конденсаторе КД (4→5) жидкий хладагент делится на 3 потока. Основной поток проходит по теплообменным трубкам переохладителя жидкости ПЖ. Там он переохлаждается (5→6) за счет хладагента, кипящего при промежуточном давлении P_п после дросселирования в РВ2 (5→8). Третья часть потока, дросселируясь в РВ1 также до промежуточного давления P_п (5→8), поступает на охлаждение пара в смесительную трубу.

Высокая эффективность рассмотренного цикла холодильной машины со смесительной трубой и переохладителем жидкости достигается за счет уменьшения потерь при дросселировании вследствие переохлаждения жидкости перед регулирующим вентилем РВЗ.

Применение винтовых компрессоров, в которых возможен дополнительный отвод теплоты в процессе сжатия R22, позволило отказаться от смесительной трубы. В холодильных установках судов типа "Моонзунд", "Цефей" охлаждение пара на входе в компрессор высокого давления происходит только за счет пара, образующегося в переохладителе жидкости. Все это позволило широко распространить рассматриваемую модификацию холодильных машин на судах рефрижераторного флота.