ХОЛОДИЛЬНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1996 года по МПК F25B1/10 

Изобретение относится к холодильной технике, а именно к многоступенчатым холодильным установкам, и может быть использовано в пищевой и других отраслях промышленности.

Для получения низких температур ниже минус 25^оС при большой степени сжатия паров (более 8) в промышленности применяют многоступенчатое сжатие, что позволяет снизить энергетические затраты при условии охлаждения пара после сжатия в ступени низкого давления перед подачей в ступень высокого давления и переохлаждения жидкого хладагента перед регулирующим вентилем для уменьшения объема пара при дросселировании.

Применяемые технологические схемы производства холода предусматривают установку после компрессора низкой ступени маслоотделителя (сепаратора) и промежуточного сосуда, в которых соответственно имеет место отделение масла от пара и охолаждение сжатого пара при барботаже в жидком хладагенте. Пары хладагента при барботаже через слой жидкости не только охлаждаются, но и отмываются от унесенного из маслоотделителя масла. Учитывая вышеизложенное, жидкий хладагент в промежуточном сосуде загразняется маслом.

На холодильных установках, имеющих в ступени низкого давления винтовые маслозаполненные компрессоры, полное промежуточное охлаждение проходит условно в два этапа: первый снятие теплоты перегрева в процессе сжатия за счет нагрева впрыскиваемого масла и второй доохлаждение потока нагнетаемого пара в промежуточном сосуде.

Таким образом, на охлаждение сжатого пара влияет температура охолажденного масла, впрыскиваемого в поток пара, подлежащего сжатию. На отделение масла от пара в маслоотделителе очень влияет температура смеси.

По данным исследователей Чехословакии, снижение температуры смеси с 80-90 до 30-40^о С приводит к уцвеличению степени отделения масла с 70-80 до 92-95%
Охлаждение масла, отделившегося в маслоотделителе, перед подачей в компрессор предусматривается водой, циркулирующей в системе оборотного водоснабжения, жидким хладагентом, например, путем инжекции распыленного жидкого хладагента.

Однако использование для охлаждения масла части жидкого хладагента снижает холодопроизводительность установки. Несмотря на весьма громоздкую систему отделения и охлаждения масла и паров хладагента безопасность установки от этого не повышается.

Опыт эксплуатации холодильных установок показал, что наибольший процент аварий из-за гидравлического удара приходится на ступень высокого давления по различным причинам, вызванным наличием жидкого хладагента в промежуточном сосуде.

Ивестна многоступенчатая холодильная установка, оборудованная циркуляционными насосами подачи хладагента в приборы охлаждения с линией возврата парожидкостной смеси из приборов охлаждения, подключенной непосредственно к линиям нагнетания компрессоров до промежуточных охладителей, представляющих собой эжекторы с подводом в сопла жидкого хладагента через регулирующие устройства.

Известное изобретение имеет существенные недостатки, которые ставят под сомнение рабротоспособность настоящего устройства.

Известно, что в насосных установках количество хладагента, поступающего в приборы охлаждения, превышает количество испарившегося хладагента в 4-6 раз для насосных схем с нижней подачей и в 20-30 раз для насосных схем с верхней подачей. Следовательно, количество жидкого хладагента, возвращающегося в виде парожидкостной смеси из приборов охолаждения, во много раз превышает то количество жидкого хладагента, которое необходимо для снятия перегрева сжатого пара после компрессора низкой степени. Поэтому нет никакой необходимости в дополнительной подачей жидкости через регулирующее устройство в эжектор для снятия перегрева. Эжектор, установленный на линии подачи паров, вызовет повышенное сопротивление движению парожидкостной смеси.

Учитывая вышеизложенное, эжектор и устройство для подачи жидкого хладагента являются лишними и не должны быть применены в данном устройстве.

Подача паров хладагента после компрессора в циркуляционный ресивер вызовет замасливание системы подобно замасливанию хладагента в промежуточных сосудах.

Предлагаемое техническое устройство направлено на комплексное решение вопроса: снижение энергетичнеских потерь путем промежуточного охлаждения пара хладагента после сжатия в ступени низкого давления; утилизацию тепла перегретого пара и масла; отделение масла, содержащегося в жидком хладагенте холодильной ус-тановки; уменьшение потерь от дросселирования жидкого хладагента; снижение металлоемкости.

Принципиальная схема установки изображена на чертеже.

Холодильная установка содержит компрессор низкой 1 и высокой 2 ступеней сжатия, промежуточный аппарат 3, конденсатор 4, линейний ресивер 5, циркуляционные рестиверы 6 и 7 соответственно низкой и высокой температуры кипенеия, циркуляционные насосы 8 и 9, гидроциклон 10 для отделения масла и теплообменные аппараты 11.

Узел утилизации тепла сжатия компрессора 1 низкой ступени включает насос 12, всасывающий 13 и нагнетательный 14 трубопроводы, теплообменники 15, предохранительный клапан 16 и регулятор 17 расхода, пдключенный к патрубку оросительного устройства 18.

Линейный ресивер 5 соединен трубопроводом 19 подачи жидкого хладагента через регулирующий вентиль 20 с циркуляционным рестивером 7, подключенным трубопроводом 21, к всасывающему трубопроводу 32.

Гидроциклон 10 соединен трубопроводом 22 с теплообменным аппаратом 11 циркуляционным ресивером 6 через регулирующий вентиль 23 и трубопроводом 24 подачи смеси (жидкого хладагента с маслом) через регудлятор 25 расхода с оросительным устройством.

Промежуточный аппарат 3 содержит две насадки 27 и 28, расположенные в верхней части, и сборник масла 29, расположенный в нижней части.

Компрессор 1 соединен всасывающим трубопроводом 30 с циркуляционным ресивером 6 и нагнетательным трубопроводом 31 с промежуточным аппаратом 3.

Компрессор 2 соединен всасывающим трубопроводом 32 с промежуточным аппаратом 3, а нагнетательным трубопроводом 33 через маслоотделитель 34 с конденсатором 4.

Подача охлажденного масла в компрессор 1 низкой ступени осуществляется через регулирующую арматуру 35 и филтр 36 из нагнетательного трубопровода 14 по трубопроводу 37. Выпус смеси хладагента с маслом из аппаратов (условно на чертеже не показан) осуществляется по трубопроводу 38 в трубопровод 24.

Устройство работает следующим образом.

Пары холодильного агента, сжатые в компрессоре 1 низкой ступени, по нагнетательному трубопроводу 31 поступают в среднюю часть промежуточного аппарата 3, в котором в результате резкого изменения скорости и направления движения потока пара подавляющее количество масла, унеcенного из компрессора 1, отделяется и стекает в сборник 29 масла.

Пары, освобожденные от капельного масла, содержащегося в жидком виде, поднимаются вверх и вступают в теплообмен первоначально с охлажденным маслом в наcадке 27, а затем со смесью жидкого хладагента и масла, выпускаемого из аппаратов холодильной установки, в насадке 28.

Теплообмен в наcадке 27 обеспечивает утилизацию тепла перегретого пара при контактном теплообмене в процессе противопотока. Количество масла, поступающего на орошение насадки через оросительное устройство 18, определяется регулятором 17 расхода в зависимости от степени нагрева масла, стекающего в сборник 29.

При понижении температуры масла, стекающего в сборник 29 масла, регулятор 17 прикрывается, уменьшая при этом количество масла, поступающего на орошение насадки 27. В случае повышения температуры регулятор 17 приоткрывается, увеличивая при этом поступление масла.

Масло, воспринявшее тепло горячего пара, из сборника 29 масла по всасывающему трубопроводу 13 насосом 12 подается по нагнетательному трубопроводу 14 через теплообменники 15 и регулятор 17 расхода в оросительное устройство 18.

В теплообменниках 15 тепло масла утилизируется, в результате чего масло охлаждается до температуры, при которой оно используется в компрессоре 1 низкой ступени.

При превышении давления масла в трубопроводе 14 часть масла через предохранительный клапан 16 перепускается во всасывающий трубопровод 13 насоса 12. Подача масла в компрессор 1 осуществляется из трубопровода 14 через регулирующую арматуру 35 и фильтр 36.

Повторное доохлаждение паров хладагента осуществляется на насадке 28, орошаемой через оросительное устройство 26 смесью жидкого холодильного агента и растворенного в нем масла. Температура кипения смеси (жидкого хладагента и масла) соответствует температуре насыщения хладагента при промежуточном давлении.

В процессе теплообмена на насадке 28 имеет место охлаждение сжатого пара до температуры на 10-15^оС выше температуры насыщения. Контроль температуры перегрева паров после промежуточного аппарата 3 осуществляется термобаллоным регулятора 25 расхода; испарение жидкого хладагента из его смеси с маслом с достижением эффекта регенерации хладагента без дополнительного оборудования; отделения масла из смеси с жидким хладагентом и последующим его стоком через насадку 27 в сборник 29 масла, что позволяет регенерировать масло и исползовать его в холодильной установке по неазначению.

Из промежуточного аппарата 3 охлажденный пар по всасывающему трубопроводу 32 поступает в компрессор 2 высокой ступени, после которого сжатый пар по нагнетательному трубопроводу 33 поступает через маслоотделитель 34 в конденсатор 4. Жидкий холодильный агент из конденсатора 4 стекает в линейный ресивер 5, из которого по трубопроводу 19 через регулирующий вентиль 20 подается в циркуляционный ресивер 7. В регулирующем вентиле 20 жидкий хладагент дросселируется до температуры насыщения, соответствующей давлению пара в промежуточном аппарате 3, к всасывающему трубопроводу 32 которого подключен трубопровод 21 от циркуляционного ресивера 7.

Из циркуляционного ресивера 7 жидкий холодильный агент насосом 9 подается через гидроциклон 10 в приборы 11 охлаждения, а часть жидкого хладагента по трубопрводу 22 через регулирующий вентиль 23 подается в циркуляционный ресивер 6 низкого давления, подключенный всасывающим трубопроводом 30 к компрессору 1 низкой ступени сжатия.

Из циркуляционного ресивера 6 жидкий холодильный агент насосом 8 подается в приборы 11 охлаждения, из которых парожидкостная смесь холодильного агента вновь возвращается в циркуляционный ресивер 6.

Предложенная холодильная установка выгодно отличается от известных отсутствием в промежуточном аппарате 3 жидкого хладагента, который обычно служит причиной гидравлического удара в компрессоре 2 высокой ступени; проведением охлаждения пара в промежуточном аппарате 3 путем нагрева охлажденного масла на насадке 27 и испарения хладагента из смеси его с маслом на насадке 28; проведением в промежуточном аппарате процессов регенерации хладагента и масла, находящегося в смеси; созданием контура утилизации тепловой энергии компрессора низкой ступени; выпуском смеси жидкого хладагента и масла из гидроциклона и других аппаратов установки в промежуточный аппарат 3 для охлаждения пара после компрессора 1 низкой ступени сжатия.

Предложенная схема обвязки исключает традиционные эксплуатационные затраты, вызванные выпариванием хладагента из масла вследствие сообщенеия тепла из помещения компрессорной; утечкой хладагента, растворенного в масле, при выпуске последнего в окружающую среду.

Дросселирование всей жидкости из линейного ресивера 5 до промежуточного давления, соответствующего давлению всасывания на компрессор 2 высокой ступени с подачей его в циркуляционный ресивер 7, позволяет переохладить жидкость, уменьшить энергетические затраты при повторном дросселировании в регулирующем вентиле 23, подача на который осуществляется после очистки хладагента от масла в гидроциклоне 10.

Наибольший эффект при реализации предложенной установки с уменьшением количества аппаратов, насосов и металла может быть достигнут при установке на несколько низкотемпературных компрессоров единого промежуточного аппарата, централизованного контура утилизации тепла и обеспечения охлажденным маслом компрессоров.

Техническая реализация устройства повысит безопасность работы, снизит эксплуатационные и капитальные затраты.

Использование: холодильная техника, а именно мноступенчатые холодильные установки. Сущность изобретения: холодильная установка содержит компрессоры нескольких ступеней сжатия, маслоотделитель, конденсатор, линейный и циркуляционный ресиверы, насосы подачи хладагента в приборы охлаждения, контур утилизации тепловой энергии и гидроциклон для отделения масла. Контур циркуляции включает в себя насос и теплообменники масла, промежуточный аппарат, содержащий две насадки по высоте с оросительными устройствами над ними и сборник масла в нижней части. 1 ил.

ХОЛОДИЛЬНАЯ УСТАНОВКА, содержащая компрессоры нескольких ступеней сжатия, маслоотделитель, конденсатор, линейный и циркуляционные ресиверы высокой и низкой ступеней, насосы подачи хладагента в приборы охлаждения и трубопровод возврата парожидкостной смеси, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит контур утилизации тепловой энергии, включающий насос и теплообменники масла, промежуточный аппарат, содержащий две насадки по высоте с оросительными устройствами над ними и сборник масла в нижней части, и гидроциклон для отделения масла, причем контур подключен к промежуточному аппарату, а гидроциклон установлен после циркуляционного ресивера высокой ступени и соединен трубопроводом подачи жидкого хладагента через регулирующий вентиль с циркуляционным ресивером низкой ступени и трубопроводом подачи смеси через регулятор расхода - с оросительным устройством верхней насадки, при этом контур утилизации подключен к промежуточному аппарату через всасывающий трубопровод насоса.