Файл: Трушин, В. Н. Механическое оборудование и установки курс лекций.pdf

200

б) использование расширения газа с получением внешней ра­ боты;

в) использование процесса дросселирования, сопровождающе­ гося уменьшением внутренней энергии рабочего тела;

г) использование термоэлектрического эффекта.

Ф а з о в ы е п р е в р а щ е н и я . Известно, что тем­ пература кипения различных веществ связана с давлением. При достижении определенной температуры при данном давлении начи­ нается процесс кипения, который происходит при постоянной тем­ пературе, несмотря на непрерывный подвод тепла, соответствую­ щего скрытой теплоте парообразования. В холодильной технике для целей охлаждения тел используют, как правило, легкокипящиѳ вещества, которые при атмосферном давлении кипят при тем­ пературах ниже или близких к нулю градусов Цельсия. Такие ве­ щества носят название холодильных агентов.

Тепло на испарение хладагента в холодильной машине подво­ дится от охлаждаемого объекта, температура которого выше тем­ пературы кипения, что и обеспечивает или снижение, или поддер­ жание необходимой температуры охлаждения. Образовавшиеся пары хладагента отсасываются и сжимаются, температура их кипения повышается, что позволяет в дальнейшем осуществить охлаждение и конденсацию этих паров с помощью окружающей среды даже в случае достаточно высокой ее температуры.

Процессы сублимации и плавления в непрерывно действующих холодильных машинах применения не нашли. Тела с низкими темпе­ ратурами плавления и сублимации используются в холодильной технике в качестве охладителей. Примером тела, имеющего низкую

дой, имеющей относительно высокую температуру, сжатый газ рас­ ширяется в цилиндре или турбине и совершает внешнюю..работу. Эта работа совершается за счет внутренней энергии газа, вслед­ ствие чего его температура падает. После этого газ может быть использован для понижения температуры охлаждаемого тела. Затем он вновь сжимается, охлаждается и цикл повторяется.

201

Д р о с с е л и р о в а н и е . Дросселирование rasa от начального до некоторого меньшего давления сопровождается сни­ жением его температуры. Следовательно, после дросселирования газ может быть использован в качестве хладагента. Затем ис­ пользованный для охлаждения газ сжимается, давление его и тем­

Результатом работы холодильной машины является процесс пе­ рехода тепла от холодного тела к более нагретому. Последнее, как известно, не может осуществляться без затраты энергии. В холодильных машинах эта затрата энергии связана со сжатием па­ ра или газа.

Особое место занимает термоэлектрический способ, в котором роль рабочего тела выполняют электроны, обеспечивающие при своем движении охлаждение на одном из концов спая, состоящего из двух разнородных полупроводников.

§ II.3. КЛАССИФИКАЦИЯ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН И УСТАНОВОК

Диапазон температур, достигаемых холодильными машинами, очень широк. Вследствие этого условно различают области уме­ ренного и глубокого охлаждения. К области умеренного охлажде­ ния относят получение температур до -І20°С, к облаоти глубо­ кого - ниже -І20°С. Глубокий холод используется главным обра­ зом для сжижения воздуха и других газов и представляет собой самостоятельную отрасль хладотѳхники. Данный курс охватывает только методы получения умеренного холода.

бу сжатия хладагента, находящегося в парообразном (газообраз­ ном) состоянии; виду и числу холодильных агентов; конструкции компрессора и числу ступеней сжатия.

По способу получения холода холодильные машины можно раз­ делить на паровые, в которых используются процессы фаговых превращений хладагента; воздушные (газовые), использующие эф­ фект снижения температуры газа при его расширении, и термо­

202

электрические, осуществляющие непосредственное охлаждение объ­ екта (без холодильного агента).

По способу сжатия холодильного агента паровые и воэдушныѳ холодильные машины разделяются на три основных типа:

а) компрессионные, в которых сжатие пара или газа осущест­ вляется в компрессоре;

б) абсорбционные, в которых процесс сжатия осуществляется термохимическим путем. В абсорбционных машинах пары хладагента поглощаются жидкостью абсорбция) или концентрируются на по­ верхности пористого вещества (адсорбция);

в) пароэжекторныѳ, в которых для сжатия используется энер­ гия струи жидкости или пара.

По холодильному агенту паровые холодильные машины разде­ ляются на аммиачные и фреоновые.

Фреоновые машины рассчитаны на работу при температуре ки­

денсации и кипения не более 12 атм.

В зависимости от числа ступеней сжатия компрессионные хо­ лодильные машины разделяются на одноступенчатые и многоступен­ чатые. В одноступенчатых машинах пары низкого давления сжи­ маются компрессором сразу до давления конденсации. При пони­ жении температура кипения отношение давлений увеличивается, при этом резко возрастают потери производительности компрес­ сора и температура сжатого пара. Поэтому во фреоновых и амми­ ачных машинах, где требуется температура кипения ниже -30° применяют двухступенчатое сжатие, а при температурах кипения -70° и ниже - трехступенчатое.

В зависимости от числа холодильных агентов машины могут быть простые и каскадные. В простых машинах применяется один вид холодильного агента. При получении низких температур в многоступенчатых холодильных машинах целесообразно использо­ вание холодильных агентов с различными физическими свойствами в различных ступенях сжатия. Пашины с двумя или несколькими холодильными агентами, циркулирующими каждый по своему замкну­ тому контуру, называются каскадными. При этом кипение холо­ дильного агента в верхней ветви каскада используется для охлаждения и конденсации ларов хладагента нижней ветви каскада.

203

В зависимости от конструкции компрессора различают холо­ дильные машины с турбокомпрессорами, с ротационными компрессо­ рами и с поршневыми компрессорами. Наиболее широкое применение в холодильных машинах нашли поршневые компрессоры.

Х о л о д и л ь н ы е у с т а н о в к и классифици­ руются по холодопроизводитѳльности, системе охлаждения объек­ тов, степени автоматизации и по степени безопасности.

По холодопроизводитѳльности (по количеству тепла, отбира­ емому холодильным агентом от охлаждаемого тела в единицу вре­

По системе охлаждения установки могут быть с непосредст­ венным охлаждением и с промежуточным теплоносителем. Промежу­ точный теплоноситель отбирает теплоту от охлаждаемого объекта и передает ее хладагенту,не меняя своего агрегатного состояния.

По степени автоматизации различают установки: - полностью автоматизированные;

-частично автоматизированные;

-неавтоматизированные-.

Вполностью автоматизированных установках системой авто­ матического управления обеспечивается регулирование всех про­ цессов и защита от опасных режимов. При работе с такими уста­ новками требуется лишь проведение профилактических регламент­ ных работ, объем и периодичность которых определяется холодо­

производительно стью установки и надежностью ее работы.

В полуавтоматизированных установках автоматизируются про­ цессы остановки и защиты от опасных режимов, а пуск произво­ дится вручную. Система автоматики выдает только сигнал о по­ вышении температуры и необходимости пуска.

По степени опасности аммиачные установки в зависимости от количества содержащегося в них аммиака делятся на три группы:

1)группа А - свыше 300 кгс;

2)группа Б - от 60 до 300 кгс;

3)группа В - от 20 до 60 кгс.

Наиболее опасными при эксплуатации являются установки группы А.

Фреоновые установки безопаснее аммиачных. Их подразделяют

в зависимости от часового объема, описанного поршнями компрес­ соров, на четыре группы:

204

А - болеѳ 150 н3/час;

Б- от 25 до 150 м3/час;

В- от I до 25 м3/час;

Г- менее I и3/час.

Всоответствии с этой классификацией к группе Г относятся холодильники типа домашних, составляющие наименее опасную группу.

§II.4. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН Компрессионные паровые холодильные машины

Паровая компрессионная холодильная машина, простейшая схе­ ма которой представлена на рис.II.I, состоит из конденсатора I, компрессора 2, испарителя 3 и регулирующего вентиля 5, которые с помощью трубопроводов образуют замкнутую герметическую си­ стему, заполненную холодильным агентом.

Виспарителе 3, хладагент переходит из жидкого состояния

впарообразное (кипит), отбирая при этом тепло от охлаждаемого тела, равное Q0 .

Количество тепла Q0 , отбираемое холодильным агентом от охлаждаемого объекта в единицу времени (ккал/час), носит на­ звание хододопроизводительности машины.

Компрессор 2 отсасывает пары хладагента из испарителя 3, постоянно поддерживая в нем пониженное давление, обеспечиваю­ щее низкую температуру кипения. При сжатии компрессором пары

Рис.II.I. Схема паровой компрессионной холодильной машины:

I - конденсатор; 2 - компрессор; 3 - испаритель; 4 - охлаж­ даемый объект; 5 - регулирующий вентиль

доводятся до определенного давления. Температура паров в про­ цессе сжатия повышается, что равносильно подводу тепла к хлад­

агенту в количестве QL , эквивалентном затраченной компрессо­ ром работе.

205

Конденсатор обеспечивает охлаждение поступающих из ком­ прессора сжатых паров до температуры конденсации и отбор скры­ той теплоты парообразования, что необходимо для превращения насыщенных паров в жидкость. Отбор тепла производится с помо­ щью охладителей (воды или воздуха), циркулирующих черев кон­ денсатор и имеющих температуру ниже температуры конденсации хладагента.

Все тепло, которое холодильный агент отбирает от охлажда­ емого объекта при кипении в испарителе, а также тепло, сообща­ емое парам хладагента при сжатии их в компрессоре, передается в конденсаторе охладителю, т.е.

8 « = Q 0+ Ql . (II,I)

Здесь QK - количество теплоты, отдаваемое хладагентом в кон­ денсаторе (ккал/час).

Уравнение (ІІ.І) представляет собой тепловой баланс холо­ дильной машины.

Регулирующий вентиль 5 дросселирует жидкий холодильный агент от давления в конденсаторе до давления в испарителе. Кроме того, с помощью регулирующего вентиля обеспечивается по­ дача в испаритель требуемого количества хладагента.

Охлаждение объектов может производиться непосредственно кипящим в испарителе хладагентом (см.рис.ІІ.І) или с помощью

Рис.II.2. Схема установки с промежуточным теплоносителем:

промежуточного теплоносителя (рис.II.2). Установка с промежу­ точным теплоносителем кроме элементов холодильной машины,рас­ смотренных выше, включает в себя: емкость 4, заполненную рас­ солом; змеевик 5, помещенный в камере охлаждаемого объекта б, и насос 7, обеспечивающий циркуляцию рассола через емкость 4

измеевик 5. При работе установки теплоноситель охлаждается

виспарителе, отдавая тепло хладагенту, и по трубам направ­