W porównaniu z układem dwustopniowym, przedstawionym na rys.34, uzyskuje się tu większe dochłodzenie ciekłego czynnika przed zaworem dławiącym ZDI, gdyż poprzedni układ uniemożliwia w praktyce osiągnięcie temperatury międzystopniowej, ponadto zaś parownik PII pracuje korzystniej, gdy nie przepływa przez niego para czynnika powstająca przy dławieniu cieczy, a pogarszająca wymianę ciepła w parowniku między otoczeniem a czynnikiem. Ponieważ jednak ciśnienie w chłodnicy międzystopniowej i w parowniku PII jest takie samo, usytuowanie parownika nie może być dowolne, lecz musi być zapewniony grawitacyjny spływ cieczy z chłodnicy, co oczywiście zmniejsza możliwości stosowania takiego układu.
V. Obliczenie poszczególnych wielkości obiegu.
Obliczenie poszczególnych wielkości obiegu przeprowadza się w taki sam sposób jak dla obiegu jednostopniowego, z tym że oba stopnie traktuje się jako dwa oddzielne obiegi. Przyjmując oznaczenia wg rys.37 otrzymuje się dla I stopnia:
1) jednostkową wydajność chłodniczą, tj. ilość ciepła, którą ze środowiska chłodzonego odbiera 1 kg czynnika, parując w parowniku niskoprężnym i zmieniając przy tym swój stan ze stanu 8 na stan 1
qo1 = i1 – i8 [kcal/ kg]
2) właściwą wydajność chłodniczą, tj. ilość ciepła, którą odbiera ze środowiska chłodzonego taka ilość czynnika, jaka po odparowaniu w parowniku niskoprężnym da 1 m3 pary nasyconej suchej o stanie 1
qv1 = qo1/ v1 = (i1 – i8) [kcal/m3]
3) jednostkową teoretyczną pracę sprężania potrzebną do sprężania 1 kg czynnika o ciśnieniu po1 do ciśnienia po2:
Al1 = i2 – i1 [ kcal/kg]
4) teoretyczny współczynnik wydajności chłodniczej:
et1 = qo1/Al1 = (i1 – i8) [kcal/kcal]
lub
Kt1 = 860 · et1 = 860 [(i1 – i8)/(i2 – i1) [kcal/kW·h]
Dla II stopnia obiegu otrzymuje się analogicznie:
1) jednostkową wydajność chłodniczą:
qo2 = i3 – i6 [kcal/kg]
2) właściwą wydajność chłodniczą:
qv2 = qo2 /v3 = (i3 – i6) /v3 [kcal/m3]
3) jednostkową teoretyczną pracę sprężania:
Al2 = i4 – i3 [ kcal/kg]
et2 = qo2/Al2 = (i3 – i6) [kcal/kcal]
Kt2 = 860 · et2 = 860 [(i3 – i6)/(i4 – i3) [kcal/kW·h]
Aby móc określić pozostałe charakterystyczne wielkości obiegu dwustopniowego, należy obliczyć ilości czynnika krążącego w poszczególnych częściach urządzenia. Jeżeli oznaczymy przez:
M1 – ilość czynnika przepływającego przez sprężarkę niskoprężną w kg/h,
M2 – ilość czynnika przepływającego przez sprężarkę wysokoprężną w kg/h, M3 – ilość czynnika przepływającego przez parownik międzystopniowy w kg/h,
to poszczególne wielkości oblicza się w następujący sposób:
1) Przez sprężarkę niskoprężną przepływa tyle samo czynnika co przez parownik I stopnia, jeśli zatem ze środowiska chłodzonego za pomocą tego parownika ma być odprowadzone ciepło w ilości Qo1 [kcal/h], to między ilością tego ciepła a ilością czynnika istnieje zależność:
M1 = Qo1 / qo1 = Qo1 / (i1 – i8) = Qo1 / (i1 – i7) [kg/h]
2) Przez parownik II stopnia przepływa czynnik w ilości zależnej od ilości ciepła Qo2 [kcal/h] odprowadzanego z otoczenia tego parownika. Ponieważ entalpia czynnika wpływającego do parownika wynosi i7 [kcal/h], na wylocie zaś z niego i3 [kcal/h], więc w ciągu 1 godziny przez parownik musi przepłynąć czynnik w ilości:
Mm = Qo2 / (i3 – i7) [kg/h]
3) Dla obliczenia ilości czynnika przepływającego przez sprężarkę II stopnia najkorzystniej jest ułożyć tzw. bilans cieplny chłodnicy międzystopniowej, tj. przyrównać do siebie wartości entalpii poszczególnych strumieni czynnika dopływającego i odpływającego z chłodnicy. W tym celu należy w sposób widoczny na rys.38 wyodrębnić z urządzenia chłodnicę z odcinkami wszystkich przewodów oraz oznaczyć ilości czynnika przepływającego przez każdy z przeciętych przewodów, zaznaczając jednocześnie kierunki przepływu czynnika oraz jego entalpię. W rozpatrywanym układzie otrzyma się wówczas 5 strumieni czynnika, a mianowicie:
a) do chłodnicy dopływa
M1 [ kg/h] czynnika ze sprężarki NP o entalpii i2 [kcal/kg],
M2 [kg/h] czynnika ze skraplacza o entalpii i5 [kcal/kg], która to ilość jest równa ilości czynnika przepływającego przez sprężarkę WP,
b) z chłodnicy odpływa
M1 [ kg/h] czynnika do parownika I stopnia o entalpii i7 [kcal/kg],
Mm [kg/h] czynnika do parownika II stopnia o entalpii i7 [kcal/kg],
M2 – Mm [kg/h] czynnika do sprężarki WP o entalpii i3 [kcal/kg],
Tę ostatnią ilość otrzymuje się z rozpatrzenia węzła trzech przewodów zaznaczonych na rys.39 literą A. Ponieważ do takiego
węzła musi dopływać tyle samo czynnika, co z niego wypływa, to oznaczając szukaną ilość czynnika przez Mx [kg/h], otrzyma się zależność stanowiącą tzw. bilans wydajności masowej:
Mx + Mm = M2 [ kg/h]
a stąd:
Mx = M2 – Mm [kg/h]
Przy rozpatrywaniu wyodrębnionego na rys.38 układu chłodnicy międzystopniowej ilości czynnika dopływającego do chłodnicy muszą być równe ilościom czynnika odpływającego, a zatem musi być spełniona równość:
M1 + M2 = M1 + Mm + (M2 – Mm) = M1 + M2 [kg/h]
Podobnie jak ilości czynnika, tak i suma wartości entalpii czynnika dopływającego do chłodnicy musi być równa sumie wartości entalpii czynnika wpływającego, a więc można napisać następujące równanie bilansu cieplnego:
M1 * i2 + M2 * i5 = M1 * i7 + Mm * i7 + (M2 – Mm)i3 [kcal/h]
Wstawiając do powyższego równania obliczone poprzednio ilości czynnika M1 i Mm [kg/h] otrzymuje się:
M2 = Qo1 / qo1 · [(i2 - i7) / (i3 – i6)] + Qo2 / (i3 – i7) · [(i3 – i7) / (i3 - i6)] [kg/h]
Ponieważ i3 – i6 = qo2 [kcal/h]
zatem
M2 = Qo1 / qo1 · [(i2 - i7) / qo2] + Qo2 / qo2 [kg/h]
W przypadku szczególnym, gdy brak jest parownika międzystopniowego, tj. gdy Qo2 = 0
M2 = Qo1 / qo1 · [(i2 - i7) / qo2] [kg/h]
Po obliczeniu, według powyższych zasad, ilości czynnika krążącego w poszczególnych częściach urządzenia można określić pozostałe, charakterystyczne wielkości obiegu, a mianowicie:
5. Wydajność cieplną skraplacza Qk [kcal/h], to jest ilość ciepła odprowadzoną od czynnika w skraplaczu w ciągu 1 godziny. Ponieważ ilość czynnika przepływającego przez skraplacz wynosi M...
Jussy_S