Определение основных характеристик

Каскадной холодильной установки

Ц е л ь р а б о ты : 1. Изучение устройства и принципа действия каскадной холодильной установки.

2. Приобретение практических навыков расчета основных характеристик каскадной холодильной установки.

Р е к о м е н д у е м а я л и т е р а т у р а : [1, 2, 3,5].

Теоретические сведения

В ряде случаев, обычно для экспериментальных или других специальных целей, необходимо получать низкие температуры – порядка -80...-150 °С. Использование в этих случаях многоступенчатых холодильных машинбнецелесообразно и невыгодно вследствие очень низкого давления кипения.

Так, при работе на хладагенте среднего давления R12 или R22 давление кипения будет существенно ниже атмосферного, а удельный объем пара, всасываемого компрессором, очень большим. Поэтому компрессор нижней ступени будет иметь увеличенные габаритные размеры и металлоемкость.

Применение одного хладагента высокого давления невозможно из-за низкой критической температуры, а аммиак вообще нельзя использовать, так как его температура замерзания -78 °С.

Для получения низких температур эффективны каскадные холодильные машины. Они представляют собой систему отдельных одноступенчатых или двухступенчатых машин, работающих на разных хладагентах.

На рис. 6 показана принципиальная схема наиболее простой каскадной двухступенчатой фреоновой холодильной машины.

Определение основных характеристик - student2.ru

Рис. 6. Принципиальная схема каскадной двухступенчатой

фреоновой холодильной машины

Она состоит из двух одноступенчатых холодильных машин, одна из которых – нижняя ступень каскада – работает на хладагенте R 13, а другая – верхняя ступень – на хладагенте R 22.

Обе ступени каскадной машины объединяет один общий аппарат конденсатор-испаритель КД-И. Он служит конденсатором для хладагента R 13 и испарителем для хладагента R 22. В нем теплота конденсации R 13 передается кипящему R 22.

Использование в нижней ступени R 13 позволяет иметь в испарителе низкую температуру кипения (до -80 °С) при давлении кипения р₀ выше атмосферного. Напомним, что нормальная температура кипения R 13 t_н.к=-81,6^cС, а температура замерзания t_З= -180°С.

Сравнительно малый объем всасываемого пара v₁ обусловливает небольшие габаритные размеры и металлоемкость компрессора нижней ступени.

Значительно меньше у R 13 по сравнению с R 22 и отношение давлений р_К/p₀. Если принять температуру кипения t₀= -80 °С, а конденсации в КД-И t_К= -40 °С, то отношение р_К/p₀ будет для R22 равно 10,2, для R 13 – 5,5, т. е. примерно в 2 раза меньше, что весьма существенно отражается на рабочих характеристиках компрессора.

Порядок выполнения работы Определение основных характеристик - student2.ru

В состав каскадной холодильной установки (рис. 7) входит охлаждаемая камера 9, холодильные машины верхнего и нижнего каскадов, пульт управления, манометры, показывающие давление всасывания и нагнетания каждого каскада. По давлению можно определить температуру в испарителе-конденсаторе, а также в испарителе нижней ступени.

Рис. 7. Схема каскадной фреоновой холодильной установки:

1 – двухступенчатый компрессор; 2 – испаритель; 3 – водяной конденсатор; 4 – теплообменник промежуточного давления; 5 – маслоотделитель; 6 – фильтр-дегидратор; 7, 8 – терморегулирующие вентили; 9, 10, 13 – барорегулирующий, электромагнитный запорный и водяной вентили, 11 – прессостат; 12 – реле давления; 14 – мановакуумметр; 15 – линия всасывания

По этим показаниям рассчитывают нижний каскад холодильной машины по формулам, соответствующим одноступенчатой машине.

На пульте управления имеются кнопки «Пуск» и «Стоп», обеспечивающие включение и отключение верхнего каскада холодильной установки.

При включении кнопок 5 и 6 работают оба каскада холодильной установки, что обеспечивает получение низкой температуры в холодильной камере 9. Давление и температура всасывания и нагнетания регистрируются манометрами 3 и 4, расположенными на пульте управления установки.

Перед включением установки проверить наличие заземление.

Включить трехфазную вилку в розетку сети. При этом загорается сигнальная лампа зеленого цвета, сигнализирующая о подаче напряжения к установке.

Снять боковую, заднюю и верхнюю панели установки и последовательно, начиная от нагнетательного вентиля каждого компрессора, найти элементы холодильной установки, расположенные в корпусе.

Составить схему каскадной машины в целом, начертить и описать назначение и устройство каждого элемента.

Далее открыть нагнетательные и всасывающие клапаны на компрессорах нижней и верхней ступеней. Последовательно запустить компрессоры установки. В течение 5 мин работы установки снять показания манометров на нагнетательных и всасывающих магистралях нижней и верхней ступеней установки.

Затем выключить установку, последовательно нажав на кнопки «Стоп» верхнего и нижнего каскадов на пульте управления. Вынуть из трехфазной розетки вилку.

Полученные в ходе выполнения работы данные занести в протокол испытаний (табл. 5).

Таблица 5. Протокол испытаний

Давление, МПа	Температура, °С
всасывания p_вс	нагнетания p_к	всасывания t_вс	нагнетания t_к

После этого по исходным данным студенты строят lg p - i диаграммы циклов нижнего и верхнего каскадов холодильной установки в диаграммах для фреона R 502 и R 13 и определяют ее основные характеристики.

Для удобства выполнения расчетов значения параметров узловых точек цикла записываем в виде табл. 6.

Таблица 6. Параметры узловых точек процесса

Параметр	Точки
	1'	3'
р, МПа
t, °С
i, кДж/кг
u, м³/кг

По марке компрессора верхней ступени выбираем его геометрические размеры и кинематические апараметры (количество поршней, диаметр поршня, ход поршня, частоту вращения коленчатого вала и т.д.).

Расчетная часть

Определяем объем, описываемый поршнями, по формуле

Определение основных характеристик - student2.ru , м³/с. (22)