Файл: Нестеров, Ю. Ф. Судовые холодильные установки учебник для институтов водного транспорта.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 17.10.2024

Просмотров: 88

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Ю. Ф. НЕСТЕРОВ

СУДОВЫЕ

ХОЛОДИЛЬНЫЕ

УСТАНОВКИ

Утверждено Управлением кадров и учебных заведений МРФ в качестве учебника для институтов водного транспорта

МОСКВА «ТРАНСПОРТ» 1974

УДК 621.565:629.122(075.8)

Н Е С Т Е Р О В Ю. Ф. Судовые холодильные установки. М., «Транспорт», 1974 г., с. 248.

Рассматриваются основы теории и расчета судовых

холодиль­

ных и кондиционирующих установок, их конструкции, автоматиза­

ция, испытания и эксплуатация. Наибольшее внимание

уделяется

паровым компрессорным холодильным машинам.

Предназначается в качестве учебника

для студентов судомеха­

нических факультетов институтов водного

транспорта. Может быть

использована инженерно-техническими

работниками речного флота,

а также студентами судостроительных

и

морских высших учебных

заведений.

Рис. 92, табл. 19, список лит. 38 назв.

Г*С. публичная

I

научна-'

*

библ£-:0 1*па ССd

ЭКЗЕМПЛЯР

:

ЧИТАЛЬНОГО ЗАЛА >

Щ- 2 > З б О

31807-360 Н 049(01)—74 360—74

© Издательство «Транспорт», 1974

ВВЕДЕНИЕ

Консервирующее действие холода — основная причина его ши­ рокого применения в народном хозяйстве. Холод замедляет раз­ витие микроорганизмов и распад составных частей продуктов (бел­ ков, жиров и углеводов).

Для правильной организации снабжения населения скоропор­ тящимися продуктами нужна непрерывная холодильная цепь от места их производства до места потребления. В состав этой цепи входят: производственные холодильники, водный, железнодорож­ ный и автомобильный холодильный транспорт, распределительные, и портовые холодильники, торговые и домашние холодильники и т. д. Водный холодильный транспорт — одно из звеньев непрерыв­

ной холодильной цепи.

холода — с помо­

Существуют различные способы получения

щью водного и углекислотного (сухого) льда,

ледосоляных охлаж­

дающих смесей, холодильных машин и др. На судах в настоящее

время применяют только машинное охлаждение.

Для охлаждения судовых помещений и рабочих веществ можно использовать:

фазовые превращения, сопровождающиеся поглощением тепла (кипение хладагента, плавление водного льда, сублимацию сухого льда, растворение соли);

адиабатное расширение сжатого воздуха с отдачей внешней ра­ боты;

дросселирование хладагента, сопровождающееся понижением температуры без совершения внешней работы;

термоэлектрический эффект (эффект Пельтье).

Наиболее часто используют теплоту парообразования легкокипящих веществ.

Холодильные машины и устройства, применяемые на судах, можно разделить на четыре типа: компрессорные, эжекторные, аб­ сорбционные и термоэлектрические.

По роду работающих в них веществ компрессорные холодиль­

ные машины делят на воздушные и паровые.

В качестве хладагента для

воздушных компрессорных машин

используют обычный воздух,

а для паровых — легкокипящие ве­

щества, обладающие низкой температурой кипения при атмосфер­ ном давлении (аммиак, фреоны — фторохлоропроизводные угле­ водородов — и др.).

Для производства холода в компрессорных машинах затрачи­ вают механическую энергию (на сжатие пара в компрессоре), а в

з

эжекторных и абсорбционных — тепловую. Поэтому холодильные машины двух последних типов называют теплоиспользующими. Термоэлектрические охлаждающие устройства работают за счет затраты электрической энергии.

Наибольшее распространение в холодильной технике получили паровые компрессорные машины, как самые экономичные.

Холодильные установки в настоящее время применяют почти на всех судах. Назначение их зависит от типа судна.

Рефрижераторные суда делят на транспортные и промысловые. На транспортных рефрижераторных судах холодильные установки предназначены для еохранения скоропортящихся грузов. В отличие от транспортных на промысловых судах холод используют не толь­ ко для хранения, но и для первоначальной обработки улова ры­ бы — ее охлаждения и замораживания в специальных рыбоморози­ льных аппаратах (потоком охлажденного воздуха). Для получения низких температур на рыбопромысловых судах устанавливают двухступенчатые паровые компрессорные машины. Холод приме­ няют также для приготовления искусственного льда в специальных ледогенераторах.

Для речного флота перспективны перевозки скоропортящихся грузов в холодильных контейнерах.

Холодильные машины устанавливают также на грузовых, пас­ сажирских и других судах. Здесь они охлаждают провизионные ка­ меры, предназначенные для хранения запаса продуктов экипажа и пассажиров.

В последние годы различные суда оборудуют установками для

кондиционирования воздуха,

создающими

искусственный

климат

в помещениях. Для хорошего

самочувствия

людей зимой

воздух

необходимо подогревать и увлажнять, а летом — охлаждать и осу­ шать. Поэтому кондиционирующие установки всегда обслужива­ ются холодильными машинами.

На некоторых 'судах холодильные машины применяют для про­ изводства как холода, так и тепла. Холодильную машину, исполь­ зуемую для отопления помещений, называют тепловым насосом.

Развитие холодильной и судовой техники значительно расшири­ ло область применения холода на водном транспорте. Холодильные машины используют для увеличения мощности ДВС (и газотур­ бинных установок) путем охлаждения наддувочного воздуха; для повышения экономичности судовых энергетических установок и по­ лучения дополнительной энергии в таких прямых циклах, в кото­ рых рабочим телом служит хладагент; для перевозки сжиженного газа на судне (пропана, бутана, метана, аммиака и др.); для оп­ реснения забортной воды методом вымораживания; для глубокой закалки металлов; для осуществления холодных посадок и т. д.

На современных рефрижераторных и других судах широко при­ меняют фреоновые машины, используют автоматику, внедряют кондиционирование воздуха, применяют интенсивные охлаждаю­ щие и замораживающие устройства, рефрижераторные трюмы приспособляют к перевозкам любых грузов.

Глава I. ОСНОВНЫЕ ТИПЫ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН

§ 1. ОБРАТНЫЙ ЦИКЛ КАРНО

Обратный обратимый цикл Карно является наивыгоднейшим циклом холодильных машин, а прямой цикл Карно — тепловых двигателей.

Холодильными называют машины, непрерывно переносящие тепло от охлаждаемого помещения с низкой температурой к более теплой окружающей среде (забортной воде или воздуху). Рабо­ чее вещество, отводящее тепло от охлаждаемого помещения и осуществляющее непрерывный замкнутый круговой процесс, назы­ вают хладагентом.

Согласно второму закону термодинамики невозможен самопро­ извольный переход тепла от холодной к более нагретой среде. Что­ бы такой переход оказался возможным, одновременно необходимо затрачивать энергию на работу холодильной машины.

Цикл Карно состоит из двух изотерм, по которым хладагент вступает в теплообмен попеременно то с охлаждаемой, то с внеш­ ней средой (в испарителе и конденсаторе), и двух адиабат, по ко­ торым он подвергается лишь механическому воздействию со сто­ роны окружающей среды (в компрессоре и расширительном цилин­ дре). Обратный цикл совершается против часовой стрелки (в отли­ чие от прямого цикла, являющегося образцовым для тепловых дви­ гателей) .

Теплообменные аппараты, через которые циркулирует хлад­ агент, работают при постоянном давлении. Однако цикл Карно требует, чтобы процессы подвода и отвода тепла были изотермичес­ кими. Изобарный процесс одновременно оказывается изотермиче­ ским лишь в области влажного насыщенного пара. Поэтому вооб­ ражаемая машина Карно должна работать на парах легкокипящих веществ.

Схема машины (с непосредственной системой охлаждения по­ мещения), позволяющей осуществлять необратимый цикл Карно, изображена на рис. 1. Обратный цикл Карно в диаграмме

sT показан на рис. 2. Левее нижней пограничной кривой, для

ко­

торой степень сухости х = 0 , лежит область жидкости, между

по­

граничными кривыми — область влажного насыщенного пара, пра­ вее и выше верхней пограничной кривой со степенью сухости х = \—

5

область перегретого пара; К — критическая точка. При адиа­ батном сжатии и расширении энтропия s не меняется. Поэтому эти процессы в диаграмме sT изображаются вертикальными ли­ ниями 1-2 и 3-4. В области влажного насыщенного пара изотермы и изобары совпадают.

 

Рис.

2.

Обратный

необратимый

 

цикл Карно в диаграмме sT:

 

 

 

1, 2, 3,

4 — точки,

определяющие

соот­

 

ветственно

состояние

хладагента

между

 

испарителем и компрессором, между комп­

 

рессором и конденсатором, между конден­

 

сатором и расширителем, между расши­

 

рителем

и

испарителем

(см.

рис. 1);

Рис. 1. Схема холодильной машины

1-

2

— адиабатное

сжатие

в

компрес

2-

3 — изобарно-изотермическая конд

Карно:

ция; 3-4

— адиабатное расширение в де­

1, 2, 3, 4 — характерные состояния хлад­

тандере;

4-1 — изобарно-изотермическое

агента (см. рис. 2)

кипение

в испарителе

 

 

 

Для производства холода в рассматриваемой машине исполь­

зуется процесс кипения. Холод вырабатывается в

испарителе

И,

расположенном в охлаждаемом помещении ОП. Через изоляцию в помещение непрерывно проникает тепло извне. Холодная жид­ кость в испарителе кипит при низкой температуре to- В идеальном обратимом цикле Карно температуры хладагента в процессах под­ вода и отвода тепла равны температурам охлаждаемого помеще­

ния и окружающей среды.

Однако

постоянная

температура

t0 должна быть более низкой,

чем

температура

в

охлажда­

емом помещении 0О. Перепад 0О—10 нужен для подвода

тепла к

хладагенту. Теплоту парообразования, необходимую для кипения, хладагент отнимает от воздуха охлаждаемого помещения ОП. Вследствие этого помещение охлаждается. Образующийся холод­ ный влажный пар состояния 1 (ом. рис. 1 и 2), имеющий ту же температуру to, непрерывно отсасывается из испарителя И ком­ прессором КМ (в результате чего жидкость кипит). Чтобы хлад­ агент смог отдать воспринятое тепло забортной воде, следует по­ высить его температуру до температуры t, более высокой, чем тем­ пература охлаждающей воды tB. Для этого в компрессоре пар ади-

6

абатно сжимают до соответствующего давления р и перехода в конце сжатия в состояние сухого насыщенного пара 2. Далее пар поступает в конденсатор КД, где от него охлаждающей водой от­ нимается теплота конденсации при постоянной температуре t, со­ ответствующей давлению р. Из конденсатора выходит жидкость со­

стояния 3

при давлении и температуре

конденсации р~Д>Ро и t>

> t0. Для

охлаждения

хладагента

и замыкания

цикла конденсат

адиабатно

расширяют

в цилиндре

РЦ,

где за

счет отдачи рабо­

ты внутренняя энергия хладагента понижается. В конце расшире­ ния, вследствие частичного испарения, образуется парожидкостная

смесь состояния 4 (с небольшим количеством пара

и первона­

чальными

низкими значениями давления и температуры кипения

Ро и t0).

Эта холодная смесь вновь возвращается в испаритель И.

Далее цикл повторяется в той же последовательности.

 

Как в испарителе, так и в конденсаторе хладагент находится в

состоянии насыщения. При этом каждой температуре

насыщения

to или t соответствует одно единственное значение давления насы­ щения ро или р, и наоборот.

Площади диаграммы sT характеризуют количества тепла. Ко­ личество тепла, отнимаемое 1 кг кипящего хладагента в испарите­ ле, называют удельной массовой холодопроизводительностью или холодильным действием qo■На диаграмме sT это количество тепла определяется площадью прямоугольника, лежащей под линией кипения 4-1 (см. рис. 2):

q0= пл. 4-1-s2-Si ккал/кг (кДж/кг).

Количество тепла, отнимаемое машиной от охлаждаемого по­ мещения в течение 1 ч, называют часовой холодопроизводитель­ ностью Qo ккал/ч (кВт).

Количество тепла q, отдаваемое 1 кг конденсирующегося хлад­ агента забортной воде, в диаграмме sT измеряется площадью, ле­

жащей под

линией конденсации 2-3: q= nn. 2-<5-sr s2 ккал/кг

(кДж/кг).

 

Работа в тепловых единицах А1К, затрачиваемая на сжатие 1 кг

хладагента

в компрессоре, соответствует площади криволинейной

трапеции 1-2-3-а (А — тепловой эквивалент работы). Работа, А1Р, возвращаемая расширительным цилиндром, определяется площа­ дью криволинейного треугольника 3-4-а. Работа А1, затрачи­ ваемая на совершение цикла в двигателе Д, равна разности работ компрессора А1Ки расширителя А1Р:

At = A lK— Alp = пл. 1-2-3-4 ккал/кг.

Поэтому шатунные механизмы компрессора и расширителя (де­ тандера) имеют общий коленчатый вал.

Из компрессора выходит сухой насыщенный пар состояния 2. В расширитель же поступает жидкость, состояние которой ха­ рактеризует точка 3. Удельный объем жидкости во много раз мень­ ше, чем пара. Поэтому размеры детандера значительно мень­ ше размеров компрессора. В связи с указанным работа А1Р, возвра­

7

щаемая расширителем, значительно меньше работы А1К, затрачи­ ваемой в компрессоре.

Из диаграммы sT видно, что

q = q0 + Al.

Данное уравнение называется тепловым балансом холодиль­ ной машины. Оно справедливо и для действительных компрессор­ ных машин. Из теплового баланса следует, что количество тепла q, отдаваемое окружающей среде, всегда больше количества тепла q0, отнимаемого от охлаждаемого помещения. Забортной воде пе­

редается еще тепло А1, эквивалентное работе,

затрачиваемой на

осуществление цикла. Из теплового баланса

работа цикла

А 1 ~

= q—90-

 

тео­

Эффективность работы компрессорных машин оценивают

ретическим холодильным коэффициентам &t, представляющим

со­

бой отношение количества выработанного холода к затраченной работе:

Для цикла Карно легко получить зависимость холодильного коэффициента от абсолютных температур подвода и отвода тепла

То я Т:

8К = д о _

ПЛ, 4 - I - S 2 - S 1

_

T o ( S 2 — S i )

_

Al ~

пл. 1-2-3-4

~

(Т — Тo)(s2 — Si)

~

 

Т0

 

1

 

То

Полученное выражение позволяет проанализировать влияние температур /0 и i на экономичность работы машины. Качествен­ ное влияние этих температур будет справедливым и для действи­ тельных машин. Из последней формулы следует, что холодильный коэффициент увеличивается при повышении температуры кипения to и понижении температуры конденсации t.

Холодильный коэффициент имеет то же значение для холоди­ льных машин, что и термический к. п. д. для тепловых двигателей. Однако в отличие от термического к. п. д., который всегда меньше единицы, холодильный коэффициент может принимать любые зна­

чения: e t^ l . Обычно ег> 1.

 

Температура кипения to зависит от температуры

охлаждаемо­

го помещения 0о, а температура конденсации t — от

температуры

забортной воды tB. Вследствие изменения температуры воды од­ на и та же холодильная машина работает с неодинаковой эконо­ мичностью в разные времена года и в различных районах плава­ ния.

Из сказанного вытекает основное правило холодильной техни­ ки: никогда не следует занижать температуру в охлаждаемом по-

Смотрите также файлы