Холодопроизводительность цикла:

q

0=x(i

׳1-i

0)+q

п=(i

׳2-i

׳3)+M(i

׳1-i

׳2)

Количество тепла, отводимого в аммиачном холодильнике, составляет:

q

ам

=

[(i

׳2-i

׳3)+ M(i

׳1-i

׳2)

]-[(

i2-i3)

+M(

i

2-

i

1)

]+ x(i

1-i

׳1)

т. е. равно разности холодопроизводительностей данного цикла и цикла с двукратным дросселированием без предварительного охлаждения плюс тепло x

(

i

1-

i

׳1),

необходимое для охлаждения сжижаемой части воздуха от температуры засасываемого воздуха до температуры охлаждения в аммиачном холодильнике при 1 ат.

Здесь величины i1 и i3 соответствуют точкам 2 и 3 на рис. 3, а i

׳1,i

׳2 и i

׳3 – энтальпии воздуха при температуре после аммиачного холодильника и соответственно низком, среднем и высоком давлениях.

Холодильные циклы с расширением сжатого газа в детандере

Цикл высокого давления (цикл Гейландта)

Сжатый до давления ~200 ат воздух (рис. 5) разделяется на две части, из которых одна направляется в детандер II, а другая в теплообменник III и далее в дополнительный теплообменник IV.

Охлажденный в теплообменниках воздух дросселируется и часть его сжижается. Несжиженная часть проходит дополнительный теплообменник, после чего смешивается с воздухом, расширившимся и охладившимся в детандере. Эта смесь охлаждает сжатый воздух в теплообменнике III

.

Обозначенная через Mдолю воздуха, проходящего через детандер (величину М

принимают 0,5 – 0,6), согласно уравнению q

0

=(

i

1

-i

2

)+(

i

2

-i

׳3

)=

q

дрос

.+

l

дет

. имеем:

q

0

=x(i

1

-i

0

)+q

п

.=(i

1

-i

2

)+M(i

2

-i

8

)

Первый член (

i

1

-i

2

)

выражает

холодопроизводительность, получаемую в результате дросселирования, а член M

(

i

2

-i

8

)

– холодопроизводительность, соответствующую работе отданной, в детандере. Коэффициент полезного действия детандера в условиях данного цикла составляет ~0,7.

(Рис. 5)

Цикл среднего давления .

Сжатый до давления 25 – 40 ат воздух поступает в предварительный теплообменник II

, где охлаждается до температуры около -80˚ С (точка 3). Затем часть воздуха поступает в детандер III

, где, расширяясь до 1 ат, охлаждается до температуры порядка -140˚ С. Другая часть воздуха охлаждается в главном теплообменнике IV

и при этом конденсируется. Жидкий воздух для удаления его из системы дросселируется до атмосферного давления и поступает в сборник VI

.

Испаренная при этом часть воздуха вместе с воздухом, выходящим из детандера, проходит через главный и предварительный теплообменник.

Обозначая через M

долю воздуха, походящего через детандер (М

принимают ~0,8), находим холодопроизводительность цикла:

q

0

=x(i

1

-i

0

)+q

п

.=(i

1

-i

2

)+M(i

3

-i

8

)

Недостатком данного цикла является работа детандера при низких температурах, что приводит к снижению его к. п. д. до 0,6 – 0,65.

(Рис. 6)

Цикл низкого давления.

Недостатком цикла среднего давления, заключающийся в низком к. п. д. детандера при работе его в условиях низких температур, может быть устранен применением турбодетандера. П. Л. Капица разработал конструкцию турбодетандера, обладающего высоким к. п. д. при низких температурах, что позволило снизить давление сжатого воздуха и осуществить цикл низкого давления (Р

абс

.=5,5 –