Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Каскадные холодильные машины
В каскадных холодильных машинах хладоагенты используются весьма длительное время а замкнутых циклах машин. Потери хладоагентов в связи с выносом смазочными материалами и движущимися деталями машин весьма незначительны. Поэтому при большей первоначальной стоимости, по сравнению с холодильными установками с расходуемыми хладоагентами, холодильные машины оказываются более экономичными и удобными при непрерывном процессе глубокого охлаждения изделий в термических цехах массового производства. Холодильные машины каскадного типа являются, главным образом, компрессионными. В этих машинах получение низких температур основано на сжатии паров хладоагента. их охлаждении и конденсации с последующим испарением жидкости в змеевике рабочей камеры. При испарении хладоагента из окружающей среды отнимается большое количество тепла необходимого для парообразования, благодаря чему температура окружающего пространства понижается. В состав компрессионной холодильной машины замкнутого типа входят следующие основные узлы: испаритель-рефрижератор, компрессор, конденсатор, регулирующий вентиль. С помощью вентиля производят дозированные подачи в испаритель жид кого хладоагента. а также регулирование его давления и температуры испаре ния. На рис. 3.4, а представлена схема работы одноступенчатой холодильной машины. Цикл работы ее состоит из следующим стадий: - аз испарителя 2 компрессор 1 отсасывает пары хладоагента с низкой температурой и сжимает их (при сжатии температура хладоагента повышается), и далее сжатые пары хладоагента поступают а конденсатор 4, где их охлаждают водой или воздухом, превращая в жидкость: - жидкий хладоагент через регулирующий вентиль 3 поступает вновь в испаритель 2, где, превращаясь в пар, совершает необходимую работу: - пары хладагента вновь засасывает компрессор 1 и сжимает их.
Рис. 3.4. Схемы одно- (а) и двухкаскадной (б) испарительных установок замкнутого типа
Таким образом, цикл рабочего тела холодильной машины повторяется. Для получения температуры ниже -40°С применяют двух- и трехступенчатое охлаждение и сжатие нескольких различных хладоагентов. Причем цикл многоступенчатого сжатия может быть осуществлен как в одной машине, так и а блоке из нескольких связанных взаимно холодильных машин, работающих на одном или разных хладоагентах. Главной особенностью многосгупенчатой или каскадной системы является возможность применения разных хладоагентов в отдельных каскадах. Это обстоятельство позволяет наиболее целесообразно выбирать хладоагенты, учитывая их физико-химические свойства. Например, при получении очень низких температур в нижнем каскаде обычно применяют хладоагент с более низкой температурой кипения, чем в верхнем каскаде. Принцип действия каскадной холодильной машины можно пояснять на примере агрегата, состоящего из двух последовательно работающих холодильных машин, схема которого представлена на рис. 3.4, б В двухкаскадной холодильной машине использовано последовательное сжижение двух газов с понижающимися температурами кипения. В верхнем каскаде применяют фреон-22 с температурой кипения -40°С, а в нижнем каскаде - фреон-13 с температурой кипения -81.5 °С [12... 14]. Конденсатор нижнего каскада охлаждается испарителем верхнего каскада. Этот аппарат называется испарителем-конденсатором (И-КР). Цикл работы каскадной машины состоит из стадий: 1. Из испарителя верхнего каскада компрессор К2 непрерывно отсасывает пары фреона-22 и сжимает их; сжатые пары поступают в конденсатор КР, где их охлаждают водой и сжижают. Жидкий фреон-22 через регулирующий вентиль РВ2 поступает в испаритель верхнего каскада, где, превращаясь в пар, отнимает тепло от конденсатора нижнего каскада и охлаждает его. Затем цикл в верхнем каскаде повторяется. 2. Из испарителя И нижнего каскада компрессор К1 отсасывает пары фреона-13 и сжимает их. Сжатые пары через промежуточный охладитель О поступают в конденсатор-испаритель И-КР, где их охлаждают и сжижают. Жидкий фреон-13 через регулирующий вентиль РВИ поступает в испаритель И, превращаясь в пар, охлаждает воздух в рабочем пространстве холодильной камеры, затем цикл в нижнем каскаде повторяется.
3.4.5. Вихревые холодильные установки
Вихревой эффект был экспериментально открыт в 1931 г. французским инженером Ж. Райком, математически обоснован немецким математиком Р. Хильше и получил название эффекта Райка-Хильше [16]. Вихревая труба - это устройство, в котором сжатый газ при расширении разделяется на два потока - один более холодный, чем исходный, и второй - более горячий. В вихревой трубе нет никаких движущихся частей, ее конструкция чрезвычайно проста. На рис. 3.5, а показан общий вид вихревой трубы. Цилиндрический корпус 1 соединен с распределительной головкой 2, которая состоит из соплового ввода 3, диафрагмы 4 и трубы холодного потока 5. С противоположной стороны корпуса 1 расположен регулирующий вентиль 6 с конусом 7 и трубой горячего потока 8. Упрощенная схема движения потоков газа внутри трубы показана на рис. 3.5, б. Выходящий из сопла 2 сжатый газ с температурой tc совершает винтообразное движение вдоль стенки корпуса 1 в направлении к горячему выходу 7. При этом от разделяется на идущий к конусу 7 горячий поток с температурой tс и холодный, идущий по осевой линий корпуса в сторону сопла 2, который через диафрагму 4 уходит в трубку холодного выхода с температурой tХ.
Рис. 3.5 Общий вид вихревой трубы (а) и схема движения потоков газа в ней (б) Образование холодного и горячего потоков происходит только в том случае, когда энергия входящего в сопло 2 сжатого газа или воздуха в вихревой трубе распределяется таким образом, чтобы некоторое ее количество отводилось oт охлаждаемого потока и передавалось к нагреваемому потоку. Суммарное количество энергия холодного и горячего потоков, отводимых из трубы (если она изолирована), по закону сохранения энергии равно количеству энергии поступающего сжатого газа. Перераспределение энергии является результатом сложных газодинамических процессов, происходящих внутри вихревой трубы. Меняя положение конуса 7, можно изменять расход и температуру как холодного, так и горячего потоков в достаточно широких пределах. Для понижения t, необходимо расход холодного потока уменьшить путем открывания конусного вентиля 7. Для повышения tc наоборот, вентиль 7 прикрывается. При работе на сжатом воздухе с давлением на входе Рвх = 0, 3… 0, 5 МПа и tc=20 ° С разность Δ t = tc - tx достигает 80..100 °С. а tc =10...-20 ° С. Используя специальные рекуператоры холода и водяное охлаждение корпуса 1 можно снизить tx до -40...-60 °С [16]. Вихревые холодильные машины в последние 10...20 лет успешно вытесняют турбодетандерные и испарительные, так как они не имеют движущихся частей, в отличие от турбодетандерных, значительно проще в обслуживании и в 2...5 раз экономичнее. Схема вихревой холодильной машины с водоохлаждаемой трубой приведена на рис. 3.6.
Рис. 3.6. Схема вихревой холодильной установки Сжатый воздух из цеховой магистрали или от компрессора поступает в первичный охладитель-рефрижератор (и через масловлагоотделитель 2 идет в силикагелевый осушитель 3, затем подается в рекуператор холода 5 и с температурой порядка -30 -40 °С подходит к вихревой трубе 4. Из трубы 4 холодный поток с tс = -50… -60 °С подается в рабочую холодильную камеру 6 Горячий поток из трубы 4 выбрасывается в атмосферу, а холодный из рабочей камеры 6 проходит через теплообменник 5 и также выбрасывается в атмосферу. На выходе обеих потоков стоят расходомеры 7, а давление сжатого воздуха на входе в трубу 4 контролируется манометром 8. Вентили 9 предназначены для переключения истоков, вентили 10 - для их регулирования. 3.4.6. Турбодетандерные установки
Высокая производительность и компактность холодильных установок турбодетандерного типа достигается при использовании центробежной силы адиабатически расширяющегося воздуха. В турбодетандере (рис. 3.7, а) сжатый воздух через сопла направляющего аппарата 1 поступает на лопатки ротора 2 и, расширяясь, совершает работу, используемую для вращения ротора с частотой 70 с-1. При этом теплосодержание воздуха резко понижается, и в рабочей холодильной камере может быть достигнута температура - 100 °С и ниже. В установке. схема которой дана на рис. 3.7, б, сжатый воздух под давлением 0, 4...0, 6 МПа поступает из цеховой сети через четырехходовой кран 1, теплообменник 2 и клапан 5 в турбодетандер 4. Выходящий из камеры отработанный воздух используется для охлаждения второго теплообменника 2 и через кран 1 выбрасывается в атмосферу. Температуру в рабочей камере 5 регулируют, изменяя количество подаваемого сжатого воздуха. Для охлаждения в течение 1 часа 100... 150 кг металла от +20 до - 100°С требуется около 400 кг воздуха. КПД установки достигает 60…70%. Принципиальная схема установки изображена на рис. 3.7, в. где 1 - водяной холодильник, 2 - сепаратор влаги, 3 - адсорбер (селикагель) для осушки воздуха, 4 - краны-переключатели, 5 - фильтры для очистки от селикагеля, 6 - воздушный рекуператор, 7 - рабочая турбина, 8 - вал турбины, 9 - тормозная турбина, 10 - холодильная камера, 11 - глушитель. |
Последнее изменение этой страницы: 2019-04-09; Просмотров: 367; Нарушение авторского права страницы