Аммиачные холодильные агрегаты и машины

Компрессорные агрегаты АК, работающие на аммиаке, помимо компрессора 1 (рис. 73) и двигателя 2, включают маслоотделитель 3, в который подают воду для предварительного охлаждения аммиака и лучшего отделения масла. Маслоотделитель снабжен также поплавковым клапаном для автоматического перепуска накопленного масла в картер компрессора.

Рис. 73. Компрессорный агрегат:

Рис. 74. Автоматическая аммиачная регулирующая станция:

Автоматическая регулирующая станция (рис. 74) входит в состав испарительно-регулирующих и испарительно-конденсаторных агрегатов. На щите регулирующей станции смонтированы: терморегулирующий вентиль 1, ручной регулирующий вентиль 6, запорные вентили 2, 3, 8, фильтр 7, манометры 4, 5 и трубопроводы.

В агрегатах конденсатор-ресивер (рис. 75) на одной раме с конденсатором 5 установлен ресивер 1 с воздухоотделителем 2 и запорной арматурой.

Рис. 75. Конденсаторно-ресиверный агрегат:

В промышленных холодильных установках находят применение автоматизированные компрессорные агрегаты АВ-100/А и АУ-200/А на базе компрессоров АУ-100 и АУ-200, устройство которых подробно рассмотрено в главе II. Распространены также более мелкие компрессорно-конденсаторные агрегаты АК-АУ45 и АК-АУ90, которые вместе с испарительно-регулирующими агрегатами ААИР-90, ААИР-120А и ААИР-180А компонуются в холодильные автоматизированные машины.

В таких холодильных машинах — ХМ-АУ45/1, ХМ-АУУ90А/П и ХМ-АУУ90А/1, предназначенных для снабжения холодом от +5° до —25° С, на конденсаторе, нижняя часть которого служит ресивером, смонтирован компрессор с муфтой сцепления и электродвигателем, а также маслоотделитель. Машины такого типа управляются тепловым реле, поддерживающим заданную температуру хладоносителя на выходе из испарителя.

Наиболее полное агрегатирование произведено в аммиачной холодильной машине УА-100, в состав которой, помимо компрессорного агрегата АВ-100А и испарительно-конденсаторного агрегата ИКА-100, включен еще и рассольный насос. Такую машину достаточно присоединить к водопроводу, рассольной системе, обеспечить электропитанием и она готова к работе.

Двухступенчатая холодильная машина АДС-50 включает унифицированные компрессорные агрегаты с ходом поршня 70 мм. Она предназначена для получения холода от +5 до —50° С. Широко применяется в различных отраслях народного хозяйства.

Рис. 76. Двухступенчатая холодильная машина АДС-50:

Холодильная машина (рис. 76) состоит из компрессоров 1-й ступени 1, 2-й ступени — 2 с самостоятельными электродвигателями, маслоотделителей 3, промежуточного сосуда 4 и защитной автоматики, смонтированных на общей сварной раме.

В режиме двухступенчатого цикла пары аммиака из испарительной системы засасываются компрессором 1, сжимаются до промежуточного давления и нагнетаются в маслоотделитель 3 для отделения масла. Отделившееся масло автоматически возвращается через поплавковый клапан в картер компрессора, а пары аммиака поступают в промежуточный сосуд 4, где горячий пар по вертикальному патрубку проходит под уровень жидкого аммиака, охлаждается и отсасывается компрессором 2.

В компрессоре 2-й ступени пары аммиака сжимаются до давления конденсации и через маслоотделитель 3 и обратный клапан поступают в конденсатор, откуда основная часть жидкого аммиака поступает в змеевик промежуточного сосуда 4, переохлаждается до температуры, соответствующей промежуточному давлению, и через регулирующее устройство подается в испаритель. Другая часть жидкого аммиака поступает в промежуточный сосуд для уменьшения перегрева горячих паров аммиака и дополнительного переохлаждения жидкого аммиака в змеевике. Затем цикл повторяется.

В одноступенчатом цикле работает только 2-я ступень — ступень высокого давления.

Переход с двухступенчатого цикла на одноступенчатый и обратно производится вручную.

Аммиачные турбокомпрессорные агрегаты предназначены для работы в составе крупных стационарных холодильных установок.

Агрегат АТКА-735-4000 состоит из семиступенчатого турбокомпрессора ТКА-735, повышающего редуктора, электродвигателя, автономных систем смазки компрессора и редуктора, дистанционного и местного щитов управления.

Турбокомпрессор ТКА-735 работает по схеме с двухступенчатым дросселированием и промежуточным сосудом.

Агрегат АТКА-735-4000 при температуре кипения —5° С и температуре конденсации +38° С позволяет получить

4,3 млн. ккал/ч холода.

Для получения холода более низких параметров (от —10 до —25° С) предназначена аммиачная турбокомпрессорная холодильная машина АТКА-1035-3000, состоящая из двух агрегатов АТКА-735 и АТКА-335 с самостоятельными приводами и системами смазки, общим дистанционным и местными щитами управления и промежуточным холодильником. В этой машине агрегат АТКА-335 служит ступенью высокого давления. В него поступают пары аммиака, сжатые до промежуточного давления в агрегате АТКА-735 и охлажденные в промежуточном холодильнике.

Турбокомпрессор ТКА-335 этого агрегата — трехступенчатый, корпус литой, чугунный с горизонтальным разъемом. Ротор вращается в радиальном и радиально-упорном подшипниках скольжения.

Редуктор — одноступенчатый, с шевронной зубчатой передачей и валами, расположенными в горизонтальной плоскости.

Система смазки компрессора находится под давлением аммиака.

Турбокомпрессорные холодильные машины на аммиаке комплектуются горизонтальными кожухотрубными конденсаторами и испарителями с гладкими стальными трубами.

Схема и цикл двухступенчатой аммиачной холодильной машины со змеевиковым промежуточным сосудом

Отрицательных последствий влияния большого значения отношения Р_к/Р на характеристики холодильной машины можно избежать заменой одноступенчатого рабочего цикла многоступенчатым.

Считается, что переходить к многоступенчатому сжатию следует, если Р_к/Р≥8.

На холодильниках промышленности и торговли наиболее распространены двухступенчатые аммиачные холодильные машины, создающие необходимые условия для холодильной обработки и хранения замороженных пищевых продуктов.

Перегретый пар аммиака всасывается компрессором первой ступени КМ₁, сжимается в нем до промежуточного давления Р_пр (процесс 1-2) и нагнетается в промежуточный сосуд ПС под уровень жидкого хладагента. Барботируя через слой жидкости, пар охлаждается до насыщенного состояния (2-2”), затем снова перегревается (2”-3) и всасывается компрессором второй ступени КМ₂.

В компрессоре КМ₂ пар сжимается от промежуточного давления Р_пр до давления конденсации Р_к (3-4) и нагнетается в конденсатор КД. Здесь пар охлаждается (4-4”) и конденсируется (4”-4’). Сконденсированная насыщенная жидкость здесь же в конденсаторе может переохлаждаться (4’-5) в зависимости от его конструкции на 3-4 0 С.

Переохлажденная жидкость поступает в змеевик промежуточно сосуда, где дополнительно переохлаждается (5-6). Змеевик находится под уровнем кипящего хладагента (состояние 7’) при температуре t_пр.

Таким образом, теоретическим пределом переохлаждения жидкого хладагента (при давлении конденсации Р_к) в змеевике является промежуточная температура t_пр. Практически же температура t_а будет на 3…5 0 С выше. Разность этих температур называют недорекуперацией.

После переохлаждения основной массовый поток хладагента G₁ (в кг/с) дросселируется в регулирующем вентиле РВ₁ (6-8) и поступает в испаритель И. Небольшая же часть этого потока дросселируется в регулирующем вентиле РВ₂ (6-7) и поступает в промежуточный сосуд. Образующийся в процессе дросселирования пар G’ вместе с основным массовым потоком G₁ всасывается компрессором второй ступени КМ₂. К ним добавляется еще массовый поток G”, образующийся в промежуточном сосуде при кипении хладагента за счет отвода теплоты от змеевика и охлаждения пара в процессе 2-2” при его барботировании через слой жидкого хладагента.

,

т. е. массовый поток G₂, всасываемый компрессором КМ₂, больше массового потока G₁, проходящего через испаритель и компрессор КМ₁, на сумму , которая составляет 10-20% от G₁.

Объемный поток пара, всасываемого компрессором КМ₁ в несколько раз больше объемного потока пара, всасываемого компрессором КМ₂.

Из диаграммы видно, что при двухступенчатом сжатии температура t₄ заметно ниже температуры t_4а. Этот фактор, а также то, что отношения давлений Р_к/Р, обеспечивают лучшие характеристики работы компрессоров при двухступенчатом сжатии, чем при одноступенчатом.

Дополнительное переохлаждение жидкого хладагента в змеевике промежуточного сосуда позволяет увеличить удельную массовую холодопроизводительность машины на величину ∆q.

В связи с тем что на lgр-i диаграмме значение i отнесено к единице массы хладагента, а в двухступенчатой холодильной машине массовый поток G₂ больше массового потока G₁, это должно быть учтено при расчете характеристик цикла с помощью диаграммы. Условно принимают: если G₁=1 кг, то при расчете процессов, происходящих с массовым потоком G₂, разность энтальпий умножают на отношение G₂/G₁.

Так, удельная работа сжатия компрессора КМ₁:

,

а компрессора КМ₂:

.

Удельная массовая холодопроизводительность машины:

,

а удельная тепловая нагрузка конденсатора:

.

Если известен теплоприток к испарителю Q_и (кВт), значение G₁ (кг/с) находят из отношения:

.

Значение G₂ получают, составляя уравнение теплового и массового баланса промежуточного сосуда.

Для рассматриваемого случая:

.

Промежуточное давление Р_пр выбирают таким, чтобы холодильный коэффициент двухступенчатого цикла:

,

Дата добавления: 2017-09-01 ; просмотров: 3000 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Проектирование, подбор, поставка, монтаж холодильного и кондиционирующего оборудования

Обзор схем и циклов аммиачных холодильных установок

Выбор цикла холодильной машины зависит, прежде всего, от требуемой температуры охлаждаемого потока (температуры поддержания в холодильной камере) и от температуры окружающей среды. Существенное влияние на цикл оказывают тип компрессора и теплообменных аппаратов, рабочее вещество и схема самой установки.

Аммиак применяется в холодильных машинах (ХМ) при температуре конденсации не выше 55 0 C и температуре кипения до –30 0 C в случае использования одноступенчатых циклов, и до –60 0 C для двухступенчатых. Мощность используемых аммиачных ХМ находится в диапазоне от нескольких десятков кВт до нескольких МВт.

Основными элементами ХМ являются: компрессор, конденсатор, испаритель и устройство для расширения рабочего вещества. Отдельно стоит отметить абсорбционные ХМ, которые нашли широкое применение в различных отраслях промышленности, и использующие аммиак в качестве рабочего тела. В данных машинах механический компрессор заменяется сразу несколькими аппаратами: генератором, абсорбером и насосом.

Одноступенчатая паровая ХМ с дроссельным вентилем является наиболее простой схемой и применяется в установках небольшой мощности. Схема и цикл ХМ представлены на рис.1.

Рис. 1. Схема и цикл в i—p-диаграмме (энтальпия-давление) одноступенчатой ХМ с дроссельным вентилем: I – компрессор, II – конденсатор, III – дроссель, IV – испаритель.

Для защиты компрессорного оборудования от попадания жидкости в данных схемах применяют пароосушители – сосуды, в котором капли жидкости отделяются от пара. Для повышения эффективности данной схемы после конденсатора организовывают дополнительное охлаждение рабочего вещества в теплообменнике водой. Схема и цикл ХМ с переохлаждением представлены на рис.2.

Рис. 2. Схема и цикл в i—p-диаграмме (энтальпия-давление) одноступенчатой ХМ с переохлаждением рабочего вещества: I – компрессор, II – конденсатор, III – теплообменник, IV – дроссель, V – испаритель.

При понижении температуры кипения или повышении температуры конденсации рабочего вещества увеличивается степень повышения давления и разность давлений кипения и конденсации хладагента. Это приводит к уменьшению удельной холодопроизводительности одноступенчатого цикла, повышению капитальных и эксплуатационных затрат на получение холода. Также увеличение степени повышения давления в компрессоре приводит к росту температуры нагнетания, что может вызвать недопустимые температурные деформации и пригорание масла в нагнетательных клапанах. Эти факторы являются причинами, по которым при p_к / p ≥ 8 необходимо переходить к многоступенчатому сжатию.

Схемы и циклы двухступенчатых ХМ со змеевиковым промежуточным сосудом полным и неполным промежуточным охлаждением представлены на рис. 3 и рис.4 соответственно.

Рис. 3. Схема и цикл в i—p-диаграмме (энтальпия-давление) двухступенчатой ХМ со змеевиковым промежуточным сосудом и полным промежуточным охлаждением: I – компрессор 1-й ступени, II – промежуточный холодильник, III – компрессор 2-й ступени, IV – конденсатор, V, VII – дроссель, VI – промежуточный сосуд, VIII – испаритель.

Рис. 4. Схема и цикл в i—p-диаграмме (энтальпия-давление) двухступенчатой ХМ со змеевиковым промежуточным сосудом и неполным промежуточным охлаждением.

В обеих схемах рабочее вещество перед промежуточным сосудом делится на два потока: большая часть направляется в змеевик промежуточного сосуда, где хладагент дополнительно переохлаждается перед основным дросселированием, меньшая часть – дросселируется до промежуточного давления и поступает в промежуточный сосуд. Отличие заключается в том, что в схеме на рис.3 охлаждается весь поток газа, поступающий на всасывание 2-й ступени компрессора, а на рис.4 – только часть.

Схема и цикл двухступенчатой ХМ с двухкратным дросселированием и полным промежуточным охлаждением хладагента представлены на рис. 5. Данная схема характеризуется тем, что до промежуточного давления дросселируется весь поток рабочего вещества.

Рис. 5. Схема и цикл в i—p-диаграмме (энтальпия-давление) двухступенчатой ХМ с двухкратным дросселированием и полным промежуточным охлаждением.

В последние десятилетия для обеспечения низких температур охлаждаемых объектов применяют каскадные ХМ (рис. 6), в нижней ветке которых в качестве хладагента используется диоксид углерода (R744), а в верхней – аммиак. Такое решение позволяет существенно сократить аммиакоемкость холодильной системы.

Рис. 6. Схема каскадной ХМ.

Каскадные схемы рассматриваются как альтернатива двухступенчатым ХМ при температуре кипения в нижней ветви цикла ниже –40 0 C. Одним из основных недостатков данной схемы является необходимость наличия автономного термостатирующего холодильного агрегата для поддержания давления в контуре R744 при остановках системы.

На объектах, где имеются в наличии бросовые потоки тепла достаточной мощности и потребность в холоде, перспективным и экономически оправданным является применение абсорбционных ХМ (рис. 7). Данных установках используется раствор аммиак-вода.

Рис. 7. Схема и процесс в ξ–i-диаграмме (концентрация-энтальпия) абсорбционной водоаммиачной ХМ с теплообменником: I – абсорбер, II – насос, III – теплообменник растворов, IV – генератор, V – конденсатор, VI – дроссель, VII – испаритель, VIII – дроссель раствора.

Существенное влияние на процессы абсорбционных ХМ, их производительность и энергетическую эффективность оказывают температуры греющего источника, охлаждающей среды и охлаждаемого объекта.