Двухступенчатая холодильная установка: Двухступенчатые низкотемпературные холодильные установки с поршневыми компрессорами – Холодильные машины с двухступенчатым сжатием

Содержание

Двухступенчатые низкотемпературные холодильные установки с поршневыми компрессорами

Мы продолжаем знакомить читателей с холодильными технологиями двухступенчатого сжатия. В предыдущей статье были описаны конструкция и принцип действия поршневых двухступенчатых компрессоров Битцер. Там же были указаны причины возросшего в последнее время интереса у специалистов холодильных компаний, а также эксплуатирующих организаций к холодильным установкам с эффективными двухступенчатыми компрессорами — это существенный рост цен на энергоснабжение и на разрешения на выделение запрашиваемых мощностей электропитания для новых объектов.

Следует особенно ещё раз подчеркнуть, что с учётом ближайшей перспективы вступления России в ВТО, а также долгосрочной перспективы допустимого применения в России (до 2030 года) самого оптимального хладагента — R22, применение установок двухступенчатого сжатия будет тем более привлекательным, чем выше будет стоимость 1 кВт электроэнергии.

В настоящей статье рассмотрены типовые схемы низкотемпературных холодильных установок, в которых реализуется двухступенчатое сжатие хладагента для наиболее эффективного достижения очень низких температур кипения.

Конструктивные варианты двухступенчатых холодильных установок

Как уже было сказано в предыдущей статье, реализовать в низкотемпературной холодильной установке двухступенчатое сжатие хладагента можно двумя способами, которые определяют две конструкционных группы низкотемпературных двухступенчатых холодильных установок:

низкотемпературные холодильные установки с двухступенчатыми компрессорами, где обе ступени сжатия размещены в одном компрессоре.
низкотемпературные холодильные установки с одноступенчатыми компрессорами, соединёнными последовательно, образуя две ступени, каждая из которых представляет собой самостоятельный блок.

В зависимости от использования в установках различного дополнительного оборудования и режимов их работы более подробная классификация двухступенчатых установок показана на рис. 1.

Рис. 1 Конструктивные варианты двухступенчатых установок

1. Работа установок с параллельным соединением двухступенчатых поршневых компрессоров

В предыдущей статье была подробно описана конструкция и принцип действия двухступенчатых компрессоров Битцер, поэтому в данной статье будет сделан основной упор на рассмотрение особенностей их параллельной работы и специальные варианты переохлаждения.

1.1 Система регулирования уровня масла

На рисунках 3-5 и 8 представлены структурные типовые схемы низкотемпературных холодильных установок с тремя параллельно работающими двухступенчатыми компрессорами. Уравнивание масла между компрессорами осуществляется с помощью системы регулирования масла, главными составными частями которой являются маслоотделитель 3, масляный ресивер 4, клапан дифференциального давления 5 и регуляторы уровня масла в картерах компрессоров 8.

Важная особенность низкотемпературных холодильных установок с параллельно работающими двухступенчатыми компрессорами по сравнению с одноступенчатыми компрессорами состоит в том, что картеры и моторные отсеки двухступенчатых компрессоров находятся под промежуточным давлением, а поэтому базисное давление в масляном ресивере 4 должно соответствовать этому уровню, а не давлению всасывания, как у одноступенчатых компрессоров.

Следствием этого является ряд мер, зависящих также от того, используются ли в установке компрессоры одинаковой или различной конструкции. Здесь имеется в виду возможное использование в одной установке четырёх- и шестицилиндровых двухступенчатых компрессоров.

Параллельная работа компрессоров одинаковой конструкции

В таких установках для сброса давления паров хладагента из масляного ресивера 4 уравнительную линию 6 предпочтительно направляют к крышке моторного отсека компрессора, а в установках с открытыми компрессорами — к крышке картера со стороны привода. Такое расположение уравнительной линии обеспечивает избыточное давление масла, достаточное для нормального функционирования регуляторов уровня 8 при изменяющихся эксплуатационных условиях. Выравнивание давления между компрессорами обеспечивается уравнительной коллекторной трубой 7, соединяющей штуцеры, расположенные на крышке моторного отсека (крышке картера), предназначенные для возврата масла из индивидуального маслоотделителя. Эти штуцеры, помеченные красными стрелками у компрессоров различной конструкции, показаны на рис. 2-1 и 2-2.

Уравнительная коллекторная труба 7 должна быть расположена ниже этих штуцеров во избежание перетекания масла в неработающие компрессоры.

Подача паров из масляного ресивера 4 непосредственно в картер не допускается, так как дополнительные порции газа могут вызвать значительные колебания давления в картере, что приведет к возникновению проблем с системой регулирования уровня масла в картере и к сбою внутренней циркуляцией масла в компрессоре.

Следует применять регуляторы уровня масла 8, рассчитанные на дифференциальное давление 6,5 бар (90 psi), так они имеют повышенную степень защиты от протечек масла.С учетом этого для предотвращения продолжительных периодов отключения какого-либо из компрессоров рекомендуется в системе управления установки предусматривать автоматическое чередование включений компрессоров. Такая мера обеспечивает равномерный нагрев всех компрессоров, что предотвращает повторную конденсацию хладагента внутри выключенного компрессора и снижает опасность внутренних перетечек. Дополнительным преимуществом при этом является одинаковая продолжительность рабочих периодов, что обеспечивает равномерный износ рабочих узлов компрессоров.


Рис. 2-1. Штуцер у компрессоров S4T-5.2…S4N-8.2	Рис. 2-2. Штуцер у компрессоров S4G-12.2…S6F-30.2
Рис.2 Штуцеры для присоединения уравнительной линии из масляного ресивера или для возврата масла из индивидуального маслоотделителя.

Параллельная работа компрессоров различной конструкции (т.е. комбинация четырёхцилиндровых и шестицилиндровых компрессоров)

В этом случае предпочтительной может оказаться присоединение линии сброса давления паров из масляного ресивера к штуцерам компрессоров на стороне всасывания (уравнительная линия 6* на рис. 3-5 и 8).

Так как в четырёхцилиндровых и шестицилиндровых двухступенчатых компрессорах величин промежуточных давлений незначительно отличаются друг от друга, возможно возникновение неопределяемого поперечного потока газа между компрессорами, который может вызвать нарушение работы терморегулирующего вентиля 10 и перетекание масла. Поэтому, в таких схемах линия сброса давления паров из масляного ресивера направляется во всасывающий коллектор установки, а специальная уравнительная линия 7 между компрессорами вообще не требуется. Клапаны дифференциального давления 5 должны регулироваться индивидуально и устанавливаться приблизительно на 1,4 бар (20 psi) выше промежуточного давления, измеренного во время работы.

Однако, то обстоятельство, что дифференциальное давление между масляным ресивером 4 и картером (промежуточное давление) не поддается контролю, должно рассматриваться как недостаток этой системы.

Разность между давлением всасывания и промежуточным давлением изменяется в зависимости от эксплуатационных условий, тогда как уставка, выбранная для клапана 5, напротив, остается постоянной. Вследствие этого возникают флуктуации избыточного давления масла, нежелательные для регуляторов уровня масла в картерах 8.

Слишком малое дифференциальное давление может быть причиной недостаточной подачи масла, а слишком большое может вызвать переполнение картера маслом (вследствие увеличения силы, потребной для закрытия поплавкового клапана), что может привести к масляным гидроударам.

В связи с этим, рекомендуется использование регуляторов уровня масла с изменяемой уставкой, рассчитанных на дифференциальное давление 6,5 бар (90 psi).

1.2 Холодильная установка с параллельно работающими двухступенчатыми компрессорами без переохладителя жидкости

Этот вариант двухступенчатой системы (см. рис. 3) очень похож на одноступенчатую установку. Главное различие состоит в конструкции компрессоров и наличии добавочного охлаждения (впрыскивание хладагента).

Каждый компрессор оснащен своим собственным терморегулирующим вентилем (ТРВ) или клапаном впрыска (CIC для R22) 10 для промежуточного охлаждения. Перед клапаном устанавливается фильтр, электромагнитный клапан, подключаемый параллельно с двигателем компрессора и смотровое стекло.

Жидкий хладагент к терморегулирующему вентилю поступает из общей жидкостной линии (из ресивера к испарителям). Причём, это ответвление должно быть выполнено ниже горизонтальной секции трубы, чтобы жидкость поступала в вентиль без пузырей, даже когда в системе имеет место нехватка хладагента.

Сечение жидкостной линии нужно выбирать в соответствии со штуцером терморегулирующего вентиля 10, а сечение возможного коллектора для нескольких компрессоров должно равняться сумме поперечных сечений отдельных для них линий.Близкое сходство с одноступенчатыми установками также позволяет нормально выбирать трубопроводы и другие элементы системы. Это справедливо также и в отношении регенеративного теплообменника, обычно используемого, например, в системах с R404А.

В установках с длинными трубопроводами, например в супермаркетах, особенно проявляются преимущества низкотемпературных установок с двухступенчатыми компрессорами — их более высокие холодопроизводительность и эффективность, так как в дополнение к «естественному» переохлаждению может быть использовано эффективное переохлаждение посредством регенеративного теплообмена.

Дополнительный перегрев всасываемого газа и связанное с этим изменение его удельного объема в значительной степени компенсируется увеличением объёмного к.п.д. двухступенчатых компрессоров, работающих на R22.

Проблемы, связанные с высокими температурами нагнетания, которые имели бы место в данном случае с одноступенчатыми компрессорами, отсутствуют. Высокий перегрев всасываемого газа большей частью воздействует на температуру нагнетания ступени низкого давления, которая, однако, не может быть особенно критической вследствие сравнительно низкого отношения давлений. Условия всасывания для ступени высокого давления определяются промежуточным межступенчатым охлаждением.

Рис. 3 Параллельная система без переохладителя жидкости

Условные обозначения на рис. 3…5, 8 и 9

Двухступенчатый компрессор
Одноступенчатый компрессор
Маслоотделитель
Масляный ресивер
Клапан дифференциального давления*
Уравнительная линия давления (масляный ресивер)*
Уравнительная линия давления между компрессорами*
Регулятор уровня масла (рассчитан на 6,5 бар дифференциального давления)
Конденсатор
Терморегулирующий вентиль (впрыскивание хладагента/переохладитель)
Переохладитель жидкости
Терморегулирующий вентиль (испаритель)
Испаритель
Терморегулирующий вентиль (переохладитель)

* Не подключайте в таких системах линию сброса давления 7 к картерам. Опасность сильных флуктуаций давления и сбоев в подаче масла.

1.3 Холодильная установка с параллельно работающими двухступенчатыми компрессорами с индивидуальными переохладителями жидкости

Структура этой системы (рис. 4) отличается от предыдущего варианта использованием переохладителей жидкости 11, индивидуально смонтированых для каждого компрессора.

Рис. 4 Параллельная система с индивидуальными переохладителями жидкости (усл. обозначения см. рис. 3)

Переохладитель 11, представляющий собой надёжно теплоизолированный пластинчатый теплообменник, должен быть установлен на стороне испарителя между терморегулирующим вентилем 10 и линией промежуточного давления компрессора.

Впрыскиваемый хладагент проходит через переохладитель, где он частично испаряется, отбирая тепло от жидкого хладагента, протекающего в противоположном направлении из ресивера/конденсатора 9 к испарителю 13.

Испарение в переохладителе 11 приводит к охлаждению жидкого хладагента до значения на 5-10K выше промежуточной температуры, в результате чего холодопроизводительность установки существенно возрастает.

Образовавшаяся смесь жидкости и газа всасывается затем в компрессор, где испарение оставшейся жидкости вызывает требуемое охлаждение потока перегретого газа, поступающего из цилиндров низкого давления.

Потребляемая мощность компрессора увеличивается лишь ненамного, так как добавочный поток хладагента, требующийся для переохлаждения, нужно только переправить на сторону высокого давления. При таком способе эксплуатации можно достичь наибольших значений холодопроизводительности и холодильного коэффициента СОР.

При выборе сечения и схемы прокладки жидкостной линии к терморегулирующему вентилю 10 следует руководствоваться теми же критериями, что и для системы без переохладителя, описанной ранее в разделе 1.2.

Остальная система трубопроводов отлична, так же как и некоторые другие компоненты установки.

Специальные рекомендации по проектированию и монтажу

A. При одинаковой холодопроизводительности массовый расход хладагента меньше, чем в системе без переохладителей жидкости. Поэтому диаметры труб в жидкостных линиях и линиях всасывания меньше. Значения массового расхода для точного расчета могут быть определены по Программе по подбору оборудования BITZER Software/ Окно двухступенчатых компрессоров.

B. Массовый расход на стороне высокого давления такой же, как в одноступенчатых установках аналогичной производительности; диаметры труб и компоненты нужно выбирать соответственно.

C. Терморегулирующий вентиль 10 для переохладителя нужно выбирать соответственно большим, чем при работе без переохладителей. Его производительность должна соответствовать 70% от расчётной производительности переохладителя.

D. Переохладитель и жидкостная линия, идущая к испарителю должны быть надёжно теплоизолированы. Сечение труб можно выбирать без особенно большого запаса, так как переохлаждение будет препятствовать возможному испарению (образованию газовых пузырей) даже при больших перепадах давления.

E. Жидкий хладагент на входе переохладителей не должен содержать пузырей при любых эксплуатационных условиях (проверять через смотровое стекло). Мгновенно выделяющийся газ затем конденсируется, и это приводит к неудовлетворительному переохлаждению и снижению холодопроизводительности.

F. Электромагнитные клапаны (изображены прерывистой линией на рис. 4) на входах или на выходах переохладителей необходимы при работе установки на режимах с частичной нагрузкой с выключением одного или нескольких компрессоров. Клапаны выключенных компрессоров закрываются, препятствуя перемешиванию переохлажденной и непереохлажденной жидкости.

G. Применение регенеративных теплообменников между жидкостной линией и всасыванием нецелесообразно, так как их эффективность сильно снижается из-за низкой температуры жидкости.

H. Терморегулирующий вентиль перед испарителем должен соответствовать условиям, изменившимся вследствие переохлаждения. Может также потребоваться оптимизация испарителя.

1.4 Холодильная установка с параллельно работающими двухступенчатыми компрессорами с общим переохладителем жидкости

Схема этой системы, изображённая на рис. 5 почти идентична варианту, описанному выше в разделе 1.3. Эти системы схожи как с точки зрения термодинамики, так и с точки зрения возможности достижения высокой холодопроизводительности и холодильного коэффициента.Наиболее существенное различие в концепции переохлаждения в этих системах заключается в том, что в данной системе применяется только один общий переохладитель 11 со специально согласованным терморегулирующим вентилем 14.

Всасываемый из переохладителя пар направляется по трубопроводу к компрессорам, где он равномерно распределяется между ними.

Для этого подключения предназначен свободный овальный фланец на компрессоре над масляным насосом (от типа S4G-12.2). В качестве дополнительной опции может быть поставлен переходник (Rotalock). Для малых четырехцилиндровых моделей имеется внешний соединитель между терморегулирующим вентилем 10 и штуцером на промежуточной трубе.Схема с общим переохладителем позволяет упростить конструкцию установки, и, кроме того, переохладители в установках такого типа не привязаны к компрессорам.

Рис. 5 Параллельная система с одним общим переохладителем жидкости (усл. обозначения см. рис. 3)

Специальные рекомендации по проектированию и монтажу

A. См. раздел 3.3, пункты A, B, D, E, G и Н

B. Суммарную производительность общего переохладителя 11 можно вычислить по разности между производительностью компрессора с переохладителем и без переохладителя, умноженной на число компрессоров. Данные о производительности и значения промежуточного давления могут быть определены по «Программе по подбору оборудования BITZER Software для двухступенчатых компрессоров». Переохлаждение, основанное на других заданных значениях, требует индивидуального расчета и консультаций со специалистами БИТЦЕР. Расчёты и рекомендации для выбора высылаются по запросу.

C. Переохладитель 11 и терморегулирующий вентиль 14 должны быть выбраны так, чтобы обеспечить нормальную работу установки и в условиях частичной нагрузки. При широком спектре нагрузок может потребоваться установка нескольких контуров переохлаждения или нескольких терморегулирующих вентилей.

D. Распределитель, подающий газ промежуточного давления от переохладителя к компрессорам, может быть выполнен по аналогии с коллектором всасывания. Сечения труб должны выбираться в соответствии с производительностью переохладителя.

E. Расширительные клапаны 10 для промежуточного охлаждения компрессора такие же, как и те, что применяются при работе без переохладителей (см. раздел 1.2).

Рис. 6 и 7. Низкотемпературная установка Linde с 5 двухступенчатыми компрессорами Битцер S6F-30.2 с одним общим переохладителем на R22 (420 кг).
Общая холодопроизводительность установки Qo=106,5 кВт,
Общая потребляемая мощность Pe=82,9 кВт,
СОР=1,28 при to= -39,5C, tc=42C.

1.5 Холодильная установка с параллельно работающими двухступенчатыми компрессорами с общим переохладителем, комбинированная с одноступенчатой среднетемпературной системой

Этот вариант двухступенчатой холодильной установки (см. рис. 8) отличается тем, что в ней одна низкотемпературная система на базе двухступенчатых параллельно работающих компрессоров с одним общим переохладителем скомбинирована с отдельной одноступенчатой среднетемпературной системой. Переохладитель 11 включён в жидкостную линию низкотемпературной двухступенчатой системы, но пары хладагента из переохладителя поступают на всасывание одноступенчатой среднетемпературной системы.

Аналогично описанным выше в разделах 1.3 и 1.4, данная установка при том же заданном массовом расходе может обеспечить более высокую холодопроизводительность благодаря большей разности энтальпий.

Требуемая производительность переохладителя обеспечивается среднетемпературной системой и должна быть учтена при её расчете. Эта среднетемпературная система работает более эффективно благодаря более высокой температуре испарения. Результирующая эффективность всей установки при совместном рассмотрении обеих входящих в неё систем может быть в итоге значительно выше эффективности каждой из входящих в неё отдельных установок.

Дополнительное преимущество этой системы состоит в том, что в ней применяется простейшая обвязка двухступенчатых компрессоров (без переохладителя), а переохладитель может располагаться в любом удобном месте без его привязки к местоположению компрессоров и к машинному залу.

Рис. 8 Параллельная двухступенчатая низкотемпературная система с одним общим переохладителем в комбинации с одноступенчатой среднетемпературной системой (усл. обозначения см. рис. 3)

Однако важным условием для удовлетворительной работы такого вида комбинированных схем является постоянство базовой нагрузки среднетемпературной системы. Если эта система отключается, то переохлаждения для низкотемпературной системы не будет, что приведет к снижению её холодопроизводительности.

Сильные флуктуации температуры жидкости также могут нарушить работу расширительного клапана и испарителя низкотемпературной системы.

Специальные рекомендации по проектированию и монтажу

Смотрите раздел 1.3, пункты A, B, D, E, G и Н, а также раздел 1.4, пункты В, С и Е.

2. Работа двухступенчатых установок с двумя блоками параллельно соединённых одноступенчатых поршневых компрессоров

Одноступенчатые компрессоры также могут быть скомбинированы в двухступенчатые низкотемпературные установки с последовательным соединением ступеней (рисунки 9 и 10).

Однако эта концепция может быть полезной только там, где соединение в одной установке двух низкотемпературной и среднетемпературной ступеней является целесообразным.

Исключительно низкотемпературные системы, скомпонованные по такому принципу, реализуются крайне редко из-за их сравнительно большей стоимости по сравнению с низкотемпературными установками с двухступенчатыми компрессорами.

Кроме того, этот спорный тип установок не получил большого распространения из-за большей их заправки хладагентом вследствие комбинирования двух ступеней в одну систему, а следовательно, из-за большего риска утечек, по сравнению с отдельными установками.

Возможно также, что неисправность в одной из двух ступеней системы может распространиться на исправную соседнюю ступень.

Кроме того, предъявляются специальные требования к системе управления, надёжное функционирование которой является довольно проблематичной при взаимодействии ступеней в условиях изменяющейся нагрузки на установку.

2.1 Система регулирования уровня масла

Следует ожидать, что для этого типа двухступенчатых систем требования к распределению масла будут более жесткими, чем в системах с двухступенчатыми компрессорами.

Это обусловлено тем, что разделение ступеней сжатия в двухступенчатых установках обычно приводит к увеличению числа компрессоров в каждой ступени, а, кроме того, уровни давления в картерах компрессоров разных ступеней различны.

Распределение здесь может быть также выполнено с помощью системы регулирования уровня масла в картерах компрессоров, описанной в начале этой статьи. Принципиальное устройство этой системы такое же, как для двухступенчатых компрессоров.

Маслоотделитель 3 и масляный ресивер 4 используются только для компрессоров верхней ступени 2.

Уравнительная линия 6 сброса давления паров из масляного ресивера должна, в связи с этим, в большинстве случаев вести к коллекторной трубе всасывания (промежуточное давление) компрессоров верхней ступени 2. Предварительное давление в масляном ресивере поддерживается на 1,4 бара (20 psi) выше промежуточного давления клапаном дифференциального давления 5.

Этот уровень давления вызывает, однако, увеличенную разность давлений в картерах компрессоров нижней ступени 1, которая также зависит от эксплуатационных условий. В результате возрастает опасность утечек. Кроме того, предварительная настройка регулятора уровень масла изменяется вследствие увеличения запирающего усилия на поплавковом клапане.

Это существенное требование обуславливает применение только регуляторов с настройкой уровня масла и допустимым дифференциальным давлением до 6,5 бар (90 psi).

Уровень масла в картерах компрессоров должен быть установлен так, чтобы он оставался в допустимом диапазоне при всех возможных эксплуатационных режимах: от 1/4 до 3/4 высоты смотрового стекла.

Рекомендуется устанавливать на каждую индивидуальную линию возврата масла в компрессоры нижней ступени запорные электромагнитные клапаны в качестве дополнительных мер безопасности. Клапан нужно включать параллельно с двигателем компрессора.

2.2 Конструкция установки

Принципиальная конструкция установки показана на рисунках 9 и 10.

Помимо того, что нижняя и верхняя ступени представлены в таких установках отдельными одноступенчатыми компрессорами, низкотемпературная ступень здесь в значительной степени схожа с установками с двухступенчатыми компрессорами, рассмотренными в главах 1.2 и 1.3.

Добавлен дополнительный контур среднетемпературного охлаждения, представленный дополнительным испарителем 15, линия всасывания паров хладагента из которого включена в промежуточный коллектор между компрессорами высокой и низкой ступеней.

Хладагент, впрыскиваемый для переохлаждения жидкости или для промежуточного охлаждения через терморегулирующий вентиль 10, также поступает в этот коллектор, где он смешивается с горячим газом нагнетания от компрессоров низкой ступени 1 и, всасываемым в верхнюю ступень газом из среднетемпературного испарителя 15.

Благодаря управлению промежуточным охлаждением температура всасывания компрессоров верхней ступени поддерживается приблизительно на 20K выше промежуточной температуры насыщения.

Рис. 9 Двухступенчатая система с параллельным соединением одноступенчатых компрессоров в каждой ступени без переохладителя жидкости (усл. обозначения см. рис. 10)

Рис. 10 Двухступенчатая система с параллельным соединением одноступенчатых компрессоров в каждой ступени с переохладителем жидкости

Условные обозначения на рис. 9…10

Компрессор низкой ступени — бустер (низкое давление всасывания)
Компрессор высокой ступени (высокое давление всасывания)
Маслоотделитель
Масляный ресивер
Клапан дифференциального давления (1,4 бар)
Уравнительная линия сброса давления паров из масляного ресивера
Регулятор уровня масла (рассчитан на дифференциальное давление 6,5 бар, изменяемая уставка уровня масла)
Регулятор уровня масла (стандартное исполнение или как поз. 7)
Конденсатор
Терморегулирующий вентиль (впрыскивание жидкости) переохладителя или для промежуточного охлаждения
Переохладитель жидкости
Терморегулирующий вентиль низкотемпературного испарителя (низкое давление)
Низкотемпературный испаритель (низкое давление)
Терморегулирующий вентиль среднетемпературного испарителя (высокое давление)*
Среднетемпературный испаритель (высокое давление)*

* если требуется

Специальные рекомендации по проектированию и монтажу

A. Основные свойства и рекомендации сходны с теми, что даны для систем с двухступенчатыми компрессорами:

без переохладителя: раздел 1.2
с переохладителем: раздел 1.3, пункты A, B, C, D, E, G и Н

B. Компрессоры нижней ступени можно выбрать по «Программе по подбору оборудования BITZER Software для одноступенчатых поршневых Бустер-компрессоров».

C. Суммарную производительность переохладителя 11 можно вычислить по программе BITZER Software, взяв в расчёт двухступенчатые компрессоры. Требуемая производительность переохладителя определяется по разности между производительностями компрессоров с переохладителем и без переохладителя, умноженной на число компрессоров. Поправочные коэффициенты для различных температур жидкости высылаются проектировщикам специалистами Битцер по запросу.

D. Переохладитель 11 и терморегулирующий вентиль 10 должны быть выбраны так, чтобы рабочие характеристики системы были удовлетворительны как в условиях полной, так и частичной нагрузки. При широком спектре нагрузок может потребоваться установка нескольких контуров переохлаждения. В этом случае может оказаться предпочтительной установка раздельных клапанов для переохладителя и для промежуточного охлаждения (как на рис. 5).

E. Для промежуточного охлаждения должны быть установлены специальные для такого применения терморегулирующие вентили, обеспечивающие перегрев газа на всасывании 15-20 K.

В завершение мы хотели бы обратиться к специалистам российских холодильных компаний, а также эксплуатирующих организаций, имеющим большой позитивный опыт проектирования, монтажа, пуско-наладки и эксплуатации больших низкотемпературных двухступенчатых установок. Мы очень просим вас поделиться своим опытом в этой области и прислать нам несколько фото хорошего качества с описанием крупной двухступенчатой низкотемпературной установки, которую вы считаете наиболее удачной или, как минимум, интересной.

Наиболее привлекательный материал о вас и о ваших установках будет размещён на сайте www.bitzer.ru, а также будет включён в программу регулярно проводимых нами семинаров и конференций с целью ещё более широкого распространения передовых энергосберегающих технических решений в холодильном деле.

Холодильные машины с двухступенчатым сжатием

Как уже говорилось в предыдущих лекциях, с повышением давления конденсации хладагента и понижением давления кипения возрастают энергетические затраты на сжатие пара в компрессоре и одновременно снижается коэффициент подачи.

Существуют границы температур и давлений для разных хладагентов, за пределами которых применение машин с одноступенчатым сжатием (одноступенчатых машин) экономически нецелесообразно и практически недопустимо. Так, одноступенчатые аммиачные машины могут работать в диапазоне температур кипения до -25° С и при температуре конденсации не выше +43° С, отношении давлений Р_к/Р₀ ≤ 9, разности давлений Р_к — Р₀ ≤ 12·10⁵ Па. Для машин, работающих на хладоне-12, приняты Р_к/Р₀ ≤ 9, Р_к — Р₀ ≤ 8·10⁵ Па.

Практически в настоящее время при отношении давлений Р_к/Р₀ ≤ 8 применяют одноступенчатое сжатие, а при большей личине этого отношения – двухступенчатое.

В зависимости от способа промежуточного охлаждения пара, сжатого в компрессоре ступени низкого давления, различают следующие схемы установок двухступенчатого сжатия: с неполными, промежуточным охлаждением, без промежуточного отбора пара и с полным промежуточным охлаждением, промежуточным отбором пара и двухступенчатым дросселированием.

Схема двухступенчатой установки с неполным промежуточным охлаждением (рис. 29,а) проста, но энергетически недостаточно совершенна. Пар из испарителя (4) всасывается компрессором ступени низкого давления (3) и сжимается до промежуточного давления. Затем пар поступает в промежуточный холодильник (2), где охлаждается, а после этого сжимается компрессором ступени высокого давления (1) до величины Р_к. Сжатый пар попадает в конденсатор (6), превращается в жидкость, затем дросселируется в регулирующем вентиле (5) и поступает в испаритель. Здесь жидкий хладагент испаряется, отводя теплоту от охлаждаемого помещения, а пар снова всасывается компрессором ступени низкого давления.

В рассмотренной схеме промежуточное охлаждение является неполным, так как после него пар остается перегретым. Температура паров в конце сжатия компрессором ступени высокого давления также завышена, что приводит к дополнительной затрате работы. При отсутствии промежуточного охлаждения двухступенчатое сжатие по затрате работы эквивалентно одноступенчатому.

Холодильные установки автономных вагонов и 5-вагонных секций (типа ЦБ-5) работают по описанной схеме двухступенчатого сжатия с неполным промежуточным охлаждением без промежуточного отбора пара. В качестве холодильника между цилиндрами первой и второй ступеней используется трубопровод, охлаждаемый воздухом. В этих установках двухступенчатое сжатие осуществляется в одном компрессоре, но разными цилиндрами.

Рис. 29 – Схемы двухступенчатых холодильных установок

Схема двухступенчатой установки с полным промежуточным охлаждением пара между ступенями и двухступенчатым дросселированием жидкости показана на рис. 29, б. В отличие от предыдущей схемы здесь перегретый пар из компрессора ступени низкого давления (3) поступает в промежуточный сосуд (2), где он пропускается через слой жидкого хладагента. В промежуточном сосуде перегретый пар охлаждается до температуры насыщения за счет выкипания части хладагента. В результате этого к основному потоку пара, идущего от компрессора первой ступени, добавляется пар, выкипающий в промежуточном сосуде. Далее пары сжимаются в компрессоре (1) ступени высокого давления и нагнетаются в конденсатор (6). В отличие от установки с неполным промежуточным охлаждением в этой установке промежуточный отбор пара производится после первого дросселирования в регулирующем вентиле (7). В результате к основному потоку пара добавляется также пар, образовавшийся при первом дросселировании. В испаритель (4) жидкий хладагент поступает из промежуточного сосуда после вторичного дросселирования в регулирующем вентиле (5). Такая схема экономически целесообразна, однако ее недостатком является загрязнение идущего в испаритель хладагента маслом, попадающим в него из компрессора ступени низкого давления.

На (рис. 29, в) показана схема установки с полным промежуточным охлаждением и двухступенчатым дросселированием, которая не имеет указанного выше недостатка, так как жидкий хладагент проходит в промежуточном сосуде (2) по змеевику (8). Жидкость не смешивается с парами, поступающими из компрессора (3) ступени низкого давления, – она охлаждается в промежуточном сосуде почти до температуры кипения и в таком виде поступает к регулирующему вентилю (5), через который попадает в испаритель (4). В промежуточный сосуд жидкий хладагент подается через регулирующий вентиль (7), где вся жидкость полностью выкипает благодаря теплоте перегретых паров, подаваемых компрессором ступени низкого давления, и теплоте жидкого хладагента, проходящего по змеевику. Из промежуточного сосуда пары отсасываются компрессором (1) ступени высокого давления, сжимаются и нагнетаются в конденсатор (6).

Холодильные установки 12-вагонной секции и 21-вагонного поезда работают по схемам с полным промежуточным охлаждением. Промежуточное охлаждение паров происходит в результате испарения жидкого аммиака, поступающего в промежуточный сосуд из конденсатора после первого дросселирования. При испарении аммиак охлаждает горячий пар, нагнетаемый компрессором ступени низкого давления. Охлажденные пары аммиака отсасываются из промежуточного сосуда компрессором ступени высокого давления. После вторичного сжатия горячие пары с высоким давлением нагнетаются в конденсатор и цикл повторяется.

Холодильная установка двухступенчатого сжатия | АквилонСтройМонтаж

Холодильная установка двухступенчатого сжатия используется в тех случаях, когда необходимо получить очень низкие температуры. Это невозможно без понижения температуры кипения хладагента. Одноступенчатые установки не справляются этой задачей – нарушается работа компрессора, снижается вязкость масла, температура паров и давление достигают недопустимых значений. Одновременно с этим уменьшается эффективность подогрева, объемный и индикаторный К.П.Д.

5 причин приобрести Холодильные установки у Компании АквилонСтройМонтаж

Широчайших модельный ряд

Возможность изготовления нестандартных холодильных установок

Гибкая ценовая политика

Инновационные решения в управлении холодильными агрегатами

Энергосберегающие технологические принципы

ОСТАВИТЬ ЗАЯВКУ

Избежать этих потерь помогает холодильная установка двухступенчатого сжатия с промежуточным охлаждением паров хладагента. Отсасываемые из испарительной системы пары сжимаются в два этапа. Сначала они сжимаются и нагнетаются ступенью низкого давления, затем, смешиваясь с холодными парами из промежуточного теплообменника, охлаждаются. После этого они сжимаются и подаются в конденсатор ступенью высокого давления. Происходить это может двумя способами:

Неполное промежуточное охлаждение с одинарным или двойным регулированием.
Полное ступенчатое охлаждение с двойным регулированием.

Преимущества

По сравнению с одноступенчатыми эти установки имеют несколько преимуществ:

Уменьшается величина работы в цилиндре высокого давления и удельный объем хладагента.
Увеличиваются объемные показатели поршневых компрессоров.
Одновременно можно получить две температуры кипения.

Имеются и недостатки – стоимость установки выше, увеличиваются расходы на ее эксплуатацию и площади машинных отделений, трудности ее регулирования, более сложная схема установки.

Особенности

Могут применяться разные схемы. Установка обычно включает в себя два компрессора высокой и низкой ступеней, промежуточный, регенеративный теплообменник, конденсатор, рассольный насос, линейный ресивер, электродвигатель.

Это достаточно сложное оборудование, поэтому подбору комплектующих системы нужно уделять особенное внимание. Могут использоваться компрессоры разных типов – поршневые, винтовые, центробежные. Подбор проводится специалистами после выполнения достаточно сложных расчетов.

Если вам необходима качественная холодильная установка двухступенчатого сжатия, то просто обратитесь в «АквилонСтройМонтаж». Разработка оборудования любых схем и мощности, оперативность монтажа и сравнительно невысокие цены позволят вам быстро оснастить свое предприятие в соответствии с требованиями технологических задач. Кроме этого, вы можете обратиться к нам по поводу проектировки других типов установок, их аренды, регулярного обслуживания или ремонта.

5.1.4. Схемы двухступенчатых холодильных машин и их изображения в диаграмме i — lgP

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 Р_к / 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 Р_к / Р₀ связано с уменьшением коэффициента подачи. На основании опытных данных установлено, что при Р_к / 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 Р_ПР 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 Р_K, 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 Р_K 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 Р_ПР. Для анализа работы двухступенчатых схем и построения цикла в диаграмме необходимо определить промежуточное давление Р_ПР. При минимальной работе компрессоров низкого и высокого давления определяют Р_ПР из равенства отношений давлений в обеих ступенях сжатия по формуле

На диаграмме (рис. 59) проводят три изобары: Р₀, Р_ПР и Р_K , которым соответствуют три температуры насыщения: t₀, t_ПР и t_K. Задавшись значением перегрева пара на всасывании перед ЦНД, строят точку 1. Из этой точки по адиабате идет процесс сжатия до изобары Р_ПР — (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 = t_ПР + (5…10 °С). Из точки 3 проводится адиабата до пересечения с изобарой Р_K (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 Р_K = 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 Р_ПР . 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 Р_K . Температура точки 7 определяется из выражения t₇ = t_ПР + (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 Р_ПР ;
   2 — 3′′ — сбив перегрева пара в промежуточном сосуде при Р_ПР = const ;
   3′′ — 3 — перегрев пара на всасывании в ЦВД при Р_ПР = const ;
   3 — 4 — адиабатическое сжатие в ЦВД от Р_ПР до Р_K ;
   4 — 4′′ — сбив перегрева пара в конденсаторе при Р_K = const ;
   4′′ — 5′ — конденсация в конденсаторе при Р_K = const , t_K = const ;
   5′ — 6 — дросселирование в РВ₁ от Р_K до Р_ПР при i_{= const ;
   6 — 3′′ — кипение в ПС при Р_ПР = const и t_ПР = const ;
   5′′ — 7 — переохлаждение жидкости в змеевике ПС при Р_K = const ;
   7 — 8 — дросселирование в РВ₂ от Р_K до Р₀ при i_{= const ;
   8 — 1′′ — кипение в испарителе при Р₀ = const , t₀ = const .}}

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, q_K = i₄ — i₅ ;
    холодильный коэффициент равен ε = q₀/(l₁ + l₂) .

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 Р_ПР 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 Р_ПР 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.}

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 Р_ПР (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 Р_K (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 Р_ПР и t_ПР 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 = t_ПР + (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.

Двухступенчатая холодильная установка — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Двухступенчатая холодильная установка

Cтраница 1

Двухступенчатые холодильные установки испытывают в зависимости от хладагента по тем же нормам. При этом элементы установки, находящиеся под промежуточным давлением, относят к стороне всасывания. [1]

Аммиачная двухступенчатая холодильная установка с испарителями охлаждения рассола для производства каучука ( лист 63) включает в себя двухступенчатые винтовые компрессорные агрегаты. [2]

Аммиачная двухступенчатая холодильная установка с воздухоохладителями непосредственного охлаждения и испарителями охлаждения рассола для рыболовного траулера БМРТ ( лист 65) состоит из системы непосредственного кипения хладагента в батареях 13 и 15 при температуре — 40 С и системы рассольного охлаждения трюмов при температуре кипения в испарителях — 33 С. Принцип работы установки аналогичен описанному выше. [3]

В двухступенчатых холодильных установках масло отделяется от пара аммиака и скапливается в большом количестве в промежуточных сосудах. [5]

При обслуживании двухступенчатых холодильных установок учитывают, что необходимо предотвратить чрезмерное повышение давления и уровня холодильного агента в промежуточном сосуде. Для этого осуществляют соответствующее включение нагрузки на высокую и низкую ступени установки, а также регулирование и контроль подачи холодильного агента в промежуточный сосуд. [6]

Схемы автоматизации двухступенчатых холодильных установок включают в себя в основном те же элементы, что и одноступенчатые. Однако вследствие наличия дополнительных аппаратов в двухступенчатых схемах ( например, промежуточные сосуды) необходимости последовательного пуска компрессоров высокого и низкого давления, необходимости работы в широком интервале режимов появляются дополнительные задачи автоматизации, что приводит: к екоторым особенностям схем. [7]

Схемы автоматизации двухступенчатых холодильных установок включают в себя в основном те же элементы, что и одноступенчатые. Однако вследствие наличия дополнительных аппаратов в двухступенчатых схемах ( например, промежуточные сосуды) необходимости последовательного пуска компрессоров высокого и низкого давления, необходимости работы в широком интервале режимов появляются дополнительные задачи автоматизации, что приводит к некоторым особенностям схем. [8]

При пробном пуске двухступенчатых холодильных установок необходимо учитывать некоторые особенности, обусловленные наличием промежуточного давления. [9]

Аммиачная одно — и двухступенчатая холодильная установка с насосно-циркуляционной раздачей хладагента для распределительного холодильника ( лист 68) аналогична изображенной на листе 67 и работает на три температурных уровня: — 40, — 30 и — 12 С. [10]

На величину промежуточного давления в двухступенчатой холодильной установке, являющегося самоустанавливающимся параметром, влияют температурные условия работы установки, определяемые давлением кипения и конденсации, а также действительные объемы пара, проходящие через компрессоры низкой и высокой ступеней. Кроме того, величина промежуточного давления зависит от количества хладагента, подаваемого в промсосуд и проходящего через змеевик аппарата. В процессе эксплуатации двухступенчатых установок необходимо сравнивать действительную величину промежуточного давления с его нормальным ( расчетным) давлением. Существенное различие между величинами вышеуказанных давлений является показателем ухудшения работы той или иной ступени, что вызвано уменьшением производительности компрессора из-за поломки клапанов, износа колец, выхода из строя системы ступенчатого регулирования производительности компрессора, пропусков в байпасах или предохранительных клапанах. [12]

На рис. 53 представлен вариант принципиальной схемы автоматики

Двухступенчатые низкотемпературные холодильные установки с поршневыми компрессорами

Конструктивные варианты двухступенчатых холодильных установок

низкотемпературные холодильные установки с двухступенчатыми компрессорами, где обе ступени сжатия размещены в одном компрессоре.
низкотемпературные холодильные установки с одноступенчатыми компрессорами, соединёнными последовательно, образуя две ступени, каждая из которых представляет собой самостоятельный блок.

Рис. 1 Конструктивные варианты двухступенчатых установок

1. Работа установок с параллельным соединением двухступенчатых поршневых компрессоров

1.1 Система регулирования уровня масла

Параллельная работа компрессоров одинаковой конструкции


Рис. 2-1. Штуцер у компрессоров S4T-5.2…S4N-8.2	Рис. 2-2. Штуцер у компрессоров S4G-12.2…S6F-30.2
Рис.2 Штуцеры для присоединения уравнительной линии из масляного ресивера или для возврата масла из индивидуального маслоотделителя.

Рис. 3 Параллельная система без переохладителя жидкости

Условные обозначения на рис. 3…5, 8 и 9

Двухступенчатый компрессор
Одноступенчатый компрессор
Маслоотделитель
Масляный ресивер
Клапан дифференциального давления*
Уравнительная линия давления (масляный ресивер)*
Уравнительная линия давления между компрессорами*
Регулятор уровня масла (рассчитан на 6,5 бар дифференциального давления)
Конденсатор
Терморегулирующий вентиль (впрыскивание хладагента/переохладитель)
Переохладитель жидкости
Терморегулирующий вентиль (испаритель)
Испаритель
Терморегулирующий вентиль (переохладитель)

Рис. 4 Параллельная система с индивидуальными переохладителями жидкости (усл. обозначения см. рис. 3)

Остальная система трубопроводов отлична, так же как и некоторые другие компоненты установки.

Специальные рекомендации по проектированию и монтажу

Рис. 5 Параллельная система с одним общим переохладителем жидкости (усл. обозначения см. рис. 3)

Специальные рекомендации по проектированию и монтажу

A. См. раздел 3.3, пункты A, B, D, E, G и Н

Рис. 6 и 7. Низкотемпературная установка Linde с 5 двухступенчатыми компрессорами Битцер S6F-30.2 с одним общим переохладителем на R22 (420 кг).
Общая холодопроизводительность установки Qo=106,5 кВт,
Общая потребляемая мощность Pe=82,9 кВт,
СОР=1,28 при to= -39,5C, tc=42C.

Рис. 8 Параллельная двухступенчатая низкотемпературная система с одним общим переохладителем в комбинации с одноступенчатой среднетемпературной системой (усл. обозначения см. рис. 3)

Специальные рекомендации по проектированию и монтажу

Смотрите раздел 1.3, пункты A, B, D, E, G и Н, а также раздел 1.4, пункты В, С и Е.

2.1 Система регулирования уровня масла

Маслоотделитель 3 и масляный ресивер 4 используются только для компрессоров верхней ступени 2.

2.2 Конструкция установки

Принципиальная конструкция установки показана на рисунках 9 и 10.

Рис. 9 Двухступенчатая система с параллельным соединением одноступенчатых компрессоров в каждой ступени без переохладителя жидкости (усл. обозначения см. рис. 10)

Рис. 10 Двухступенчатая система с параллельным соединением одноступенчатых компрессоров в каждой ступени с переохладителем жидкости

Условные обозначения на рис. 9…10

Компрессор низкой ступени — бустер (низкое давление всасывания)
Компрессор высокой ступени (высокое давление всасывания)
Маслоотделитель
Масляный ресивер
Клапан дифференциального давления (1,4 бар)
Уравнительная линия сброса давления паров из масляного ресивера
Регулятор уровня масла (рассчитан на дифференциальное давление 6,5 бар, изменяемая уставка уровня масла)
Регулятор уровня масла (стандартное исполнение или как поз. 7)
Конденсатор
Терморегулирующий вентиль (впрыскивание жидкости) переохладителя или для промежуточного охлаждения
Переохладитель жидкости
Терморегулирующий вентиль низкотемпературного испарителя (низкое давление)
Низкотемпературный испаритель (низкое давление)
Терморегулирующий вентиль среднетемпературного испарителя (высокое давление)*
Среднетемпературный испаритель (высокое давление)*

* если требуется

Специальные рекомендации по проектированию и монтажу

A. Основные свойства и рекомендации сходны с теми, что даны для систем с двухступенчатыми компрессорами:

без переохладителя: раздел 1.2
с переохладителем: раздел 1.3, пункты A, B, C, D, E, G и Н

Принципиальные схемы холодильных машин двухступенчатого сжатия

Многоступенчатыми машинами называются машины, работающие при двух и более давлениях всасывания.

При перевозке скоропортящихся грузов в рефрижераторных вагонах необходимо поддерживать весьма низкие температуры. Это приводит к тому что отношение давлений в конденсаторе и испарителе р_к/ р₀ значительно возрастает (особенно при высокой температуре наружного воздуха используемого для охлаждения конденсатора). При температуре воздуха выше + 32°С работа одноступенчатой холодильной установки 23-вагонного поезда затрудняется из-за высокого давления конденсации аммиака в конденсаторе. Из-за высокой степени сжатия снижается производительность компрессора, ухудшается коэффициент подачи и увеличиваются потери от дросселирования в регулирующем вентиле Большие перепады давлений повышают температуру в конце сжатия, что недопустимо из-за возможности разложения смазочных масел и образования взрывчатой смеси. Кроме того, при высокой температуре образуется нагар на клапанах компрессора, и может нарушиться их нормальная работа.

В аммиачных машинах температура в конце сжатия не должна превышать 145°С, во фреоновых – 125°С.

Согласно ГОСТ 6492–68 при отношениях р_к/ р₀ ≥ 9 применяют двухступенчатое сжатие. Одноступенчатые машины на аммиаке могут работать в диапазоне температур кипения от + 5 до -30°С при температуре конденсации не выше 40°С и разности давлений р_к— р₀ ≤1,2 МН/м² (≈12 кгс/см²), а на хладоне-12 в интервале температур от + 15 до -30°С при максимальной температуре конденсации до 50°С и разности давлений р_к— р₀ ≤ 0,8МН/м² (8 кгс/см²). Одноступенчатые машины на фреоне-22 могут работать при более низких температурах кипения – от + 5 до -40°С при одинаковых с аммиаком предельной температуре конденсации, отношении и разности давлений.

В термодинамическом отношении многоступенчатая машина выгоднее одноступенчатой, так как при промежуточном охлаждении пара между ступенями уменьшается его объем, что способствует уменьшению затраты работы в последующих ступенях. Кроме того, благодаря ступенчатому дросселированию жидкости с промежуточным отводом пара затрата работы также уменьшается.

В зависимости от степени охлаждения паров хладагента после первой ступени существуют две схемы двухступенчатого сжатия – с неполным и полным промежуточным охлаждением. В первой схеме для охлаждения используется только вода. Охлаждаемый пар не доводится до состояния насыщения и остается перегретым. Во второй схеме (рис. 1, а) пар охлаждается водой в охладителе (4), а затем жидким хладагентом в промежуточном сосуде (3).

Жидкий хладагент, выходящий из конденсатора (1), дросселируется при проходе через первый регулирующий вентиль (9), частично испаряется и под промежуточным давлением р₀₁ направляется в промежуточный сосуд (3). Здесь жидкость отделяется от пара. Часть ее поступает в испаритель (8) промежуточного давления, а часть проходит через второй регулирующий вентиль (7) и направляется в испаритель (6) низкого давления.

Пар, полученный в испарителе, поступает в компрессор низкого давления (5), сжимается до промежуточного давления и выталкивается в промежуточный охладитель (4), где охлаждается водой или воздухом. Далее пар поступает в промежуточный сосуд (3), а затем в компрессор высокого давления (2). Полное промежуточное охлаждение перегретого пара в этом случае осуществляется за счет теплоты парообразования жидкости, которая частично испаряется в промежуточном сосуде. Пар из промежуточного сосуда отсасывается компрессором высокого давления.

Рис. 1 – Принципиальные схемы холодильных машин двухступенчатого сжатия: а – с полным промежуточным охлаждением; б – без промежуточных испарителя и охладителя

В машинах двухступенчатого сжатия с двойным регулированием может не быть испарителя высокого давления и промежуточного охладителя (рис. 1, б). Такие машины широко применяются в рефрижераторных поездах и секциях. Имеющиеся в них обводные трубопроводы с запорными вентилями (10) и (11) предназначены для переключения с двухступенчатого сжатия на одноступенчатое. В этом случае вентили (10) и (11) на обводных трубах и регулирующий вентиль (7) должны быть открыты, а регулирующий вентиль (9) – закрыт. Промежуточный сосуд (3) и компрессор высокого давления (2) должны быть отключены от системы. Из конденсатора (1) жидкий хладагент поступает в испаритель (6) через вентиль (10) и регулирующий вентиль (7). Пары отсасываются из испарителя компрессором низкого давления (5), сжимаются и выталкиваются через вентиль (11) в конденсатор (1).

Применяются также двухступенчатые машины, работающие на хладоне (фреоне). Они отличаются от аммиачных тем, что в ступени низкого давления осуществляется перегрев пара до всасывания в компрессор за счет охлаждения жидкости перед регулирующим вентилем. Перегрев паров хладагента перед всасыванием в цилиндр низкого давления способствует увеличению энергетических коэффициентов компрессора. Поэтому при расчетах коэффициенты для фреоновых компрессоров ступени низкого давления принимают такими же, как и для ступени высокого давления.

Существуют двухступенчатые машины с глубоким переохлаждением жидкости и одноступенчатым дросселированием. В таких машинах предусмотрен промежуточный сосуд со змеевиком для переохлаждения жидкого хладагента перед дросселированием. Двухступенчатому дросселированию подвергают только часть жидкости, которая необходима для промежуточного охлаждения пара после первой ступени сжатия и для переохлаждения жидкости, проходящей по змеевику;

Работу машины, устроенной по такому принципу, можно легко автоматизировать.

Многоступенчатые циклы в холодильных машинах осуществляются применением отдельных компрессоров или компрессоров с дифференциальными поршнями. Двухступенчатое сжатие можно получить также с помощью одноступенчатого компрессора, в котором одна полость используется в качестве цилиндра низкого давления, а другая – цилиндра высокого давления. Кроме того, двухступенчатое сжатие может быть получено в одном цилиндре с применением дозарядки. Однако в настоящее время такие компрессоры не изготовляют.

Многоступенчатая установка из отдельных компрессоров более универсальна, хотя механические потери в ней больше по сравнению с компрессорами, оснащенными дифференциальными поршнями.

Рис. 2 – Диаграмма цикла двухступенчатого сжатия в координатах Т – s и lg p – i

Рассмотрим цикл двухступенчатой холодильной машины с полным промежуточным охлаждением (см. рис. 1, а). Циклы двухступенчатой аммиачной холодильной машины в координатах Т – s и lg p – i показаны на (рис. 2). Основные процессы цикла следующие:

1 – 2 – сжатие в цилиндре низкого давления (ЦНД) до р₀₁, t₀_l;
2 – 3 – охлаждение паров хладагента в промежуточном охладителе;
3 – 4 – дальнейшее охлаждение паров в промежуточном сосуде;
4 – 5 – сжатие паров в цилиндре высокого давления (ЦВД) до p_к, t_к;
5 – а – охлаждение паров в конденсаторе;
а – 6 – конденсация паров в конденсаторе;
6 – 7 – переохлаждение хладагента перед первым регулирующим вентилем до t_и;
7 – 8 – дросселирование жидкого хладагента через первый регулирующий вентиль;
8 – 9 – отделение жидкости от пара в промежуточном сосуде;
9 – 10 – дросселирование жидкого хладагента через второй регулирующий вентиль до р₀₂, t₀₂;
10 – 1 – кипение жидкого хладагента в испарителе.

Линия 1 – 11 изображает процесс одноступенчатого сжатия паров хладагента. При двухступенчатом сжатии паров экономию, получаемую в работе, можно представить площадью 2 – 4 – 5 – 11 на диаграмме T – s.

Линия 3 – 12 характеризует сжатие паров хладагента в ЦВД при неполном промежуточном охлаждении. При полном промежуточном охлаждении расход мощности в аммиачных холодильных машинах снижается, работа уменьшается (площадь 3 – 4 – 5 – 12 на диаграмме Т – s). Однако полное промежуточное охлаждение в машинах, работающих на хладоне-12, неэффективно. Это объясняется различными термодинамическими свойствами аммиака и хладона. Линии постоянной энтропии (s = const) на диаграмме для аммиака идут более полого в области перегрева, чем у хладона-12. Следовательно, в машинах, работающих на хладоне, экономия затрат на 1 кг хладагента при осуществлении сжатия вблизи линии насыщенного пара не компенсирует увеличения его количества, которое придется сжимать в компрессоре высокой ступени.

Как видно из диаграммы Т – s, при полном промежуточном охлаждении снижается температура паров, сжимаемых компрессором высокого давления. Высокая температура сжатия способствует появлению нагара на клапанах компрессора и нарушению нормальной работы.

Двухступенчатое дросселирование позволяет увеличить холодопроизводительность, которую можно представить площадью а – 10 – 8ʹ – β. Два испарителя, работающие с различными температурами кипения, эффективно применять в двухступенчатой аммиачной установке с промежуточным охлаждением и отбором паров, образующихся при дросселировании.

Выбор многоступенчатых установок должен основываться на экономическом анализе. Экономию, получаемую в работе, сопоставляют с дополнительными затратами на оборудование. Холодопроизводительность и род хладагента также оказывают влияние на экономичность установки.

Двухступенчатые низкотемпературные холодильные установки с поршневыми компрессорами

Рис. 1 Конструктивные варианты двухступенчатых установок

Рис.2 Штуцеры для присоединения уравнительной линии из масляного ресивера или для возврата масла из индивидуального маслоотделителя.

Рис. 3 Параллельная система без переохладителя жидкости

Рис. 4 Параллельная система с индивидуальными переохладителями жидкости (усл. обозначения см. рис. 3)

Рис. 5 Параллельная система с одним общим переохладителем жидкости (усл. обозначения см. рис. 3)

Рис. 9 Двухступенчатая система с параллельным соединением одноступенчатых компрессоров в каждой ступени без переохладителя жидкости (усл. обозначения см. рис. 10)

Рис. 10 Двухступенчатая система с параллельным соединением одноступенчатых компрессоров в каждой ступени с переохладителем жидкости

Холодильные машины с двухступенчатым сжатием

Холодильная установка двухступенчатого сжатия | АквилонСтройМонтаж

5.1.4. Схемы двухступенчатых холодильных машин и их изображения в диаграмме i — lgP

Двухступенчатая холодильная установка — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Двухступенчатая холодильная установка

Двухступенчатые низкотемпературные холодильные установки с поршневыми компрессорами

Рис. 1 Конструктивные варианты двухступенчатых установок

Рис.2 Штуцеры для присоединения уравнительной линии из масляного ресивера или для возврата масла из индивидуального маслоотделителя.

Рис. 3 Параллельная система без переохладителя жидкости

Рис. 4 Параллельная система с индивидуальными переохладителями жидкости (усл. обозначения см. рис. 3)

Рис. 5 Параллельная система с одним общим переохладителем жидкости (усл. обозначения см. рис. 3)

Рис. 9 Двухступенчатая система с параллельным соединением одноступенчатых компрессоров в каждой ступени без переохладителя жидкости (усл. обозначения см. рис. 10)

Рис. 10 Двухступенчатая система с параллельным соединением одноступенчатых компрессоров в каждой ступени с переохладителем жидкости

Принципиальные схемы холодильных машин двухступенчатого сжатия

Добавить комментарий Отменить ответ