Трехступенчатые и каскадные холодильные машины

Трехступенчатые холодильные машины используют для получения искусственного холода от минус 700С и ниже. Их употребляют для обеспечения технологических процессов в хим индустрии и других отраслях науки и техники, где имеется потребность в холоде низкого потенциала, а именно для получения жесткой двуокиси углерода. Такие холодильные машины также находят применение при испытании устройств Трехступенчатые и каскадные холодильные машины, материалов и других изделий, работающих при низких температурах.

3.4.1. Трехступенчатая холодильная машина

Принципная схема и теоретический цикл трехступенчатой холодильной машины показана на рис.3.16. Процессы теоретического и реального циклов трехступенчатой холодильной машины подобны процессам в двухступенчатой холодильной машине.

Следует тормознуть лишь на выборе промежных давлений, которые выбирают из критерий приблизительно схожих отношений давлений Трехступенчатые и каскадные холодильные машины в


ступенях, т.е. , откуда

; .

Расчет гидравлических и энергетических характеристик трехступенчатых холодильных машин, основанный на способах термических балансов, соответствует расчету двухступенчатых холодильных машин. Если к каждому из промежных сосудов можно присоединить испаритель, то в данном случае расчет холодильной машины будет аналогичен расчету двухступенчатой холодильной машины с 2-мя испарителями.

3.4.2.Трехступенчатая холодильная машина Трехступенчатые и каскадные холодильные машины для получения жесткой двуокиси углерода

На рис.3.17 приведена принципная схема и действительный цикл трехступенчатой холодильной машины для получения жесткой двуокиси углерода.

На реальном цикле температура 216,6 К соответствует давлению
0,53 МПа. При этих критериях двуокись углерода (углекислота) может находиться сразу в 3-х фазах: водянистой, газообразной и жесткой. В т.15 двуокись Трехступенчатые и каскадные холодильные машины углерода находится исключительно в водянистом состоянии при давлении выше давления в тройной точке.

После дросселирования в 3-ем дроссельном вентиле ХІ (процесс 15 – 16) до давления 0,1МПа (атмосферное давление). Так как характеристики давления и температуры в точке 16 находятся ниже характеристик, соответственных тройной точке, то углекислота тут будет в жесткой и газообразной фазе. В сепараторе Трехступенчатые и каскадные холодильные машины ХІІ происходит разделение фаз.

Жесткая углекислота удаляется из системы (обычно, в виде брикетов, которые получают в особом прессе) в состоянии 18, а пар в состоянии а отсасывается компрессором низкой ступени І. Положение точки а находится в зависимости от конструкции сепаратора и теплопритоков снаружи. Углекислота в состоянии а смешивается со Трехступенчатые и каскадные холодильные машины свежайшей порцией углекислоты (состояние о). В итоге смешения появляется состояние І. Разность давлений находится в зависимости от гидравлических утрат во поглощающем трубопроводе.

3.4.3. Каскадная холодильная машина

Один из способов понижения требуемого описанного объема низкотемпературного компрессора – применение хладагентов с более высочайшими давлениями насыщенных паров. К хладагентам высочайшего давления относятся фреон Трехступенчатые и каскадные холодильные машины 13, фреон 14, фреон 503, двуокись углерода, этан и др.

Но при температурах конденсации, достигаемых при охлаждении водой, давление у этих хладагентов чрезвычайно высоки, или вообщем при этих температурах их сконденсировать нереально из-за низких критичных температур. Потому используют каскадные холодильные машины, работающие на 2-ух (либо нескольких) хладагентах. Каскадные холодильные машины могут получать искусственный холод Трехступенчатые и каскадные холодильные машины от -700С и ниже.

На рис.3.18, а представлена принципная схема каскадной холодильной машины, которая создана для работы при температуре кипения в нижней ветки каскада от –70 до – 900С.

Разглядим действительные циклы нижней (рис.3.18, в) и верхней (рис.3.18, б) веток каскада. Давление кипения нижней ветки и кипения верхней ветки определяются Трехступенчатые и каскадные холодильные машины так же, как и для других паровых холодильных машин, т.е. зависимо от наружных источников. Самую большую сложность вызывает определение давления конденсации в нижней ветки и давления кипения в верхней ветки. При облегченном способе определения этих величин исходят из условия примерного равенства степеней увеличения давления в нижней и верхней Трехступенчатые и каскадные холодильные машины веток каскада (т.е., ) при условии разности температур в конденсаторе-испарителе


Хладагент поступает в компрессор нижней ветки І при температуре от –15 до 00С. Давление отличается от давления кипения на значение гидравлических утрат при движении хладагента от испарителя VІ до поглощающего патрубка компрессора. Давление нагнетания зависит также от гидравлических утрат в Трехступенчатые и каскадные холодильные машины процессах 2 – 3 и 3 – 4 в трубопроводе и теплообменниках ІІ и ІІІ. Дальше хладагент конденсируется в конденсаторе-испарителе VІІ. Теплота от конденсатора-испарителя отводится верхней ветвью каскада. Водянистый хладагент потом поступает в регенеративный теплообменник ІV, где охлаждается прохладным паром, идущим из испарителя VІ (процесс 5 – 6). Потерями давления в этом процессе можно пренебречь Трехступенчатые и каскадные холодильные машины.

При выходе из испарителя (т.8) хладагент может быть сухим насыщенным паром (либо перегретым). Хладагент поначалу подогревают в регенеративном теплообменнике ІV (процесс 8 – 9) до температур -50…-300С, а потом в теплообменнике ІІІ до температур -15…00С (процесс 9 – 1).

Не считая того, теплообменник ІІІ понижает температуры и , а, означает и уменьшает термический поток в конденсаторе Трехступенчатые и каскадные холодильные машины-испарителе. Но применение теплообменника ІІІ имеет смысл только в этом случае, если установлен теплообменник ІІ, который охлаждается водой.

Необходимость введения в схему регенеративного теплообменника ІV можно разъяснить и тем, что в нем охлаждается хладагент перед дросселированием, что наращивает удельную холодопроизводительность цикла. Теплообменники ІІІ и ІV, не считая Трехступенчатые и каскадные холодильные машины этого, защищают компрессор І нижней ветки каскада от гидравлического удара.

Верхняя ветвь каскада представляет собой одноступенчатую холодильную машину с регенеративным теплообменником Х.

Так как в нижней ветки употребляется хладагент высочайшего давления, потому при стоянке давление в ней может чрезвычайно повыситься. Чтоб этого не вышло, в схеме предусмотрен расширительный сосуд Трехступенчатые и каскадные холодильные машины ХІІ, который автоматом подключается к системе, а при пуске хладагент поначалу отсасывается из него, а потом подключается испаритель.

Термодинамический и термический расчет каскадной холодильной машины тщательно изложен в работе [3].

Вопросы к подразделу 3.4

1). Для трехступенчатой холодильной машины привести принципную схему, разъяснить принцип деяния и привести теоретический цикл в

T-s диаграмме Трехступенчатые и каскадные холодильные машины.

2). Объяснить метод выбора промежных давлений в трехступенчатой холодильной машине.

3). Для трехступенчатой холодильной машины получения жесткой двуокиси углерода привести принципную схему, разъяснить принцип деяния и привести действительный цикл в T-s диаграмме.

4). Для каскадной холодильной машины привести принципную схему, разъяснить принцип деяния и привести действительный цикл в р-i диаграмме Трехступенчатые и каскадные холодильные машины.

5) С какими хладагентами находят применение каскадные холодильные машины?

6). Объяснить выбор давления конденсации в нижней ветки и давления кипения в верхней ветки каскадной холодильной машины.

7). При какой температуре должен поступать хладагент в компрессор нижней ветки каскадной холодильной машины?


trebovaniya-predyavlyaemie-k-oformleniyu-referatov.html
trebovaniya-predyavlyaemie-k-otchetu-o-prohozhdenii-preddiplomnoj-praktiki.html
trebovaniya-predyavlyaemie-k-podvizhnim-igram.html