Статьи

Климатическая камера. Типовое устройство камеры. Часть 2

Общие сведения о работе каскадных холодильных машин

Для получения температур ниже −50ºС обычно применяют каскадные холодильные машины. В каскадных холодильных машинах используется два рабочих вещества. Одно из них — рабочее вещество высокого давления (низкотемпературное рабочее вещество). Это связано с тем, что теоретический объём компрессора, работающего при низком давлении, значительно больше, чем у компрессора, работающего при более высоком давлении. Это ведет к росту капитальных затрат, повышает мощность трения компрессора. Кроме того, при понижении давления всасывания газодинамические потери в клапанах становятся соизмеримы с работой сжатия компрессора. Это также ухудшает энергетическую эффективность холодильной машины. Одним из методов снижения объёма компрессоров низкой ступени, снижения мощности привода компрессоров является использование рабочих веществ высокого давления, таких, как хладон R23, этан и др. Однако при высокой температуре окружающей среды давление конденсации у таких рабочих веществ чрезмерно высоко и использование их в циклах двухступенчатых или трехступенчатых холодильных машин затруднительно, Поэтому такие рабочие вещества применяют только в каскадных холодильных машинах.

Схема и цикл такой холодильной машины показаны на Рис. 1. Машина состоит из двух одноступенчатых машин, называемых нижней и верхней ветвью каскада. В нижней ветви каскада используется рабочее вещество высокого давления, которое, получая теплоту в испарителе VII от источника низкой температуры, кипит (процесс 4—1), пар сжимается в компрессоре 1 (процесс 1—2), охлаждается и конденсируется в конденсаторе-испарителе V (процесс 2—3), а затем дросселируется в дроссельном вентиле VI (процесс 3—4). Теплота конденсации рабочего вещества нижней ветви каскада отбирается рабочим веществом холодильной машины верхней ветви каскада — как правило, это рабочее вещество среднего давления, которое кипит в конденсаторе-испарителе. Пар рабочего вещества верхней ветви каскада сжимается компрессором II (процесс 5—6), затем рабочее вещество верхней ветви каскада направляется в конденсатор III (процесс 6—7), дросселируется в дроссельном вентиле IV (процесс 7—8) и поступает в конденсатор-испаритель. Таким образом, рабочее вещество в машине нижней ветви каскада совершает цикл 1—2—3—4, а в машине верхней ветви каскада — цикл 5—6—7—8, и эти машины объединяются конденсатором-испарителем.

Как правило, рабочим веществом нижней ветви каскада является R23, поэтому во время стоянки машины, когда температура всех её частей сравняется с температурой окружающей среды, значительно повышается давление во всех элементах машины. Для предотвращения от чрезмерного повышения давления в холодильной машине нижней ветви каскада к системе подключают расширительный сосуд VIII, рассчитанный так, чтобы при остановке машины давление во всех элементах машины не превышало расчетного предельного значения.

В действительных циклах каскадные машины, чаще всего выгоднее двухступенчатых (иногда и трехступенчатых). Это объясняется следующими преимуществами работы с рабочими веществами высокого давления:
теоретический объём компрессора каскадной машины меньше, чем двухступенчатой из-за меньших удельных объёмов всасываемого пара;
при больших значениях давления всасывания относительные потери мощности в клапанах значительно меньше;
так как теоретический объём компрессора нижней ветви каскада меньше, чем компрессора нижней ступени, то мощность трения компрессоров каскадной машины меньше, чем двухступенчатой;
отношение давлений для одинаковых диапазонов температур у рабочих веществ каскадных машин меньше, так как абсолютные значения давлений у каскадных машин больше, а отношение давлений меньше, то энергетические и объемные коэффициенты компрессора нижней ветви каскада каскадной холодильной машины выше, чем компрессора нижней ступени двухступенчатой холодильной машины.

При использовании рабочих веществ высокого давления в каскадной холодильной машине можно получать более низкие температуры, чем в двухступенчатой схеме.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

______________________________

 

 

Климатическая камера
Лабораторное оборудование
Научно-производственная фирма «РЕОМ» объединяет специалистов
по механике, холодильной технике (климатическим камерам), системам автоматизации.
Основной вид деятельности компании – производство климатических камер, ремонт климатических
камер, производство климатических камер тепла и холода, ремонт климатических камер тепла и
холода, ремонт и модернизация камер вакуума, ремонт и модернизация камер с осушением.
Климатическая камера
Лабораторное оборудование