Цикл Карно 3 страница

- R134a. Тетрафторэтан. Формула CFCFH. Бесцветный газ. ПДК в настоящее время не установлена. Трудногорюч. Класс опасности 4. Инертен к большинству металлов. Давление конденсации при +30оС равно 0.773 МПа; температура кипения при атмосферном давлении -26,5оС, теплота парообразования 216.5 кДж/кг.

- R404а. Не азеотропная смесь чистых хладагентов R125/143a/134a в пропорции 44/52/4 процентов по массовым долям, поэтому кипение в испарителе происходит при переменной температуре (изменение температуры по длине аппарата около 5оС). Температура кипения при атмосферном давлении -46.5оС, теплота парообразования близка к хладону R22. Высокое давление конденсации (порядка 2...2.8 МПа) повышает требования к качеству монтажных работ.

8.8. Хранение и перевозка холодильных агентов

8.8.1. Емкости для холодильных агентов

Если речь идет о небольших количествах холодильных агентов, то они поставляются в емкостях из алюминия. Такие емкости, имея прочность не ниже, стальных емкостей обладают существенным преимуществом: они вдвое легче, чем стальные.

С тех пор, как возникла необходимость регенерации для повторного использования сливаемых из установок использованных хладагентов, понятие “чистые хладагенты” относится, как к тем, что еще не были в эксплуатации, так и к тем, что уже использовались, но были регенерированы, в отличие от загрязненных хладагентов, извлеченных из установки. В связи с этим следует различать сосуды для чистых хладагентов и для загрязненных. Эти два типа сосудов внешне различают по окраске. Для сосудов, специально предназначенных для слива в них хладагентов, которые подлежат регенерации, предусмотрена зеленая флюоресцирующая окраска, тогда как чистые сосуды для неиспользовавшихся или регенерированных хладагентов окрашиваются в различные цвета в зависимости от марки хладагента, а именно:

- бледно-серый для R12;

- ярко-зеленый для R22;

- бледно-голубой для R134а;

- розовый для R142b и т.д.

Независимо от того, для каких хладагентов, чистых или загрязненных, предназначены емкости, они должны быть испытаны на прочность при давлении, как минимум в 1.5 раза превышающем давление насыщенных паров соответствующего хладагента при температуре 50°С, считающейся базовой температурой для Европейской территории (для тропических территорий исходят из другого коэффициента запаса прочности и температуры 65°С). Так, например минимальное давление испытания сосуда, предназначенного для хранения R22, составит 1.5´19.42=29.13Бар, где величина давления взята из таблицы насыщенных паров.

Баллон, испытанный при одном и том же давлении, может быть заполнен различными средами, однако при этом необходимо убедиться, что максимальное количество залитого в нем вещества меняется при переходе от одного хладагента к другому.

Заправка зависит одновременно от внутреннего объема баллона (называемого также заправка по воде) и плотности заливаемого сжиженного хладагента. Следовательно, для каждого продукта существует своя максимальная степень заполнения, которая зависит от характеристик холодильного агента и выражается в килограммах на литр заправки по воде.

Степень заполнения оговаривается международными или национальными требованиями и определяется в зависимости от занятого объема и давления, развивающегося при данной температуре.

8.9. Техника безопасности при эксплуатации холодильных машинс учетом свойств холодильных агентов

В зависимости от степени опасности и характера физиологического воздействия на людей, воспламеняемости и взрывоопасности смесей с воздухом холодильные агенты подразделяют на три группы:

1 — не воспламеняющиеся, нетоксичные холодильные агенты;

2 — токсичные и вызывающие коррозию холодильные агенты, нижний предел воспламенения которых (или нижняя граница взрыва) составляет более 3,5% по объему в смеси с воздухом;

3 —холодильные агенты, нижний предел воспламенения которых (нижняя граница взрыва) ниже 3,5% по объему в смеси с воздухом.

При использовании холодильных агентов разных групп в одной и той же системе охлаждения должны учитываться правила каждой группы.

Группа 1

К этой группе относятся не воспламеняющиеся холодильные агенты, имеющие такие свойства, которые при полной зарядке ими системы в количестве, достаточном для охлаждения объекта, весь хладагент (вся зарядка) может быть выброшен в окружающую среду, где находятся люди, и при этом не будут превышены пределы концентрации, указанные в таблице 8.2.

Использование системы непосредственного охлаждения в помещении, занятом людьми, представляет собой важную проблему безопасности. Непосредственные системы должны подчиняться требованиям в отношении разрешенного количества хладагентов, регламентируемых из-за их токсичности и опасности асфиксии. Токсичные продукты разложения могут при некоторых условиях получаться в результате контакта с пламенем или нагретыми поверхностями.

Основными продуктами разложения хладагентов группы 1, кроме углекислого газа, являются соляная и фтористоводородная кислоты. При всей их токсичности они автоматически надежно дают о себе знать благодаря чрезвычайно резкому, раздражающему запаху даже при слабой концентрации.

Практически допустимая концентрация определяется при помощи таблицы 8.2, относящейся к самому малому помещению, занятому людьми. При этом поступление воздуха в охлаждаемый объем принимается не менее 25% от полного объема поступления воздуха в данный объем. Это ограничивает концентрацию, которая могла бы получиться в результате утечки хладагента из системы.

Система, содержащая хладагент группы 1 в количестве, большем, чем это допускается по таблице 8.2, должна быть выполнена по схеме системы промежуточного типа, и все части, содержащие хладагент, за исключением трубопроводов, должны быть размещены в машинном отделении или вне здания. Необходимо следить за тем, чтобы не образовывались застойные зоны хладагента, более тяжелого, чем воздух. Во всех случаях необходимо заботиться о том, чтобы уменьшить утечки хладагента в окружающую среду.

Группа 2

К этой группе относят токсичные холодильные агенты. Несколько хладагентов этой группы являются также воспламеняемыми, но с нижней границей воспламеняемости, равной или выше 3,5% по объему, что требует надлежащих дополнительных ограничений.

Аммиак — единственный холодильный агент этой группы, который широко применяется в холодильной промышленности. У него есть преимущество. Он благодаря своему резкому запаху сигнализирует об утечке даже при концентрации гораздо более низкой, чем уровень концентрации, представляющий опасность. Аммиак воспламеняется лишь в очень ограниченном диапазоне концентраций. При повышении температуры воспламеняемость аммиака увеличивается.

Все другие холодильные агенты этой группы используют редко и рассматривают как вышедшие из употребления. Они представляют лишь теоретический интерес.

Группа 3

К этой группе относят взрывоопасные и легко воспламеняемые холодильные агенты с нижней границей воспламеняемости ниже 3,5% по объему. Эти холодильные агенты обычно слабо токсичны.

Практически допустимая концентрация паров холодильных агентов группы 1 при аварийных ситуациях указана в таблице 8.3.

Таблица 8.3

Допустимая концентрация паров холодильных агентов

Контрольные вопросы по теме:

1. Каковы основные свойства холодильных агентов?

2. Как взаимодействует холодильный агент и масло в холодильной машине?

3. В какой мере присутствие влаги в холодильной машине препятствует ее нормальной работе?

4. Какие используются способы борьбы с влагой в холодильной машине?

5. В чем состоит суть Монреальского протокола?

6. Каковы основные свойства наиболее часто используемых холодильных агентов?

7. Как обеспечивается хранение и перевозка холодильных агентов?

8. Каковы основные требования к технике безопасности при эксплуатации малых холодильных установок?

Глава 9

9.1. Хладоносители

Хладоносители- это рабочие вещества холодильных машин, служащие для передачи холода от хладагента к охлаждаемой среде и не участвующие в термодинамическом цикле его выработки. Использование хладоносителей всегда является невыгодным с точки зрения термодинамики получения холода, так как возрастает разность температур между хладагентом и охлаждаемой средой. Применение хладоносителей увеличивает капитальные затраты на холодильную установку, поэтому применение хладоносителей целесообразно только в ряде специальных случаев. К ним относятся достаточно крупные предприятия, использующие централизованные установки с большим количеством удалённых потребителей холода: пищевые комбинаты различного профиля, молокозаводы и заводы по производству пива, кондитерские фабрики и, в последнее время, супермаркеты преимущественно с аммиачной установкой централизованного холодоснабжения витрин и камер.

Использование хладоносителей позволяет локализовать утечки хладагента в пределах машинного отделения, уменьшить его количество в системе, что несколько упрощает вопросы регулирования температуры в охлаждаемых объектах.

9.1. Типы хладоносителей, возможность применения в холодильной машине

В качестве хладоносителей чаще всего используется вода (в диапазоне +2...+12оС) и водные растворы различных веществ (для достижения более низких температур). Из хладоносителей чаще применяют раствор соли хлористого кальция, раствор этиленгликоля и спиртовые растворы.

В соответствии с законом Рауля температура замерзания растворов зависит от концентрации растворённого вещества. Самая низкая температура замерзания раствора соответствует так называемой криогидратной точке, которая для раствора хлористого кальция равна -55оС (при массовой концентрации соли 29,9% ), для раствора этиленгликоля -73оС (при 67% ).

Выбранная концентрация раствора должна быть такой, чтобы температура его замерзания была на 5...7^оС ниже температуры кипения хладагента в испарителе холодильной машины.

Из отмеченных хладоносителей этиленгликоль является более дорогим веществом, чем хлористый кальций, однако его раствор обладает меньшей вязкостью и коррозионной активностью и поэтому повсеместно вытеснил раствор хлористого кальция в зарубежных установках с промежуточным хладоносителем.

Широко применяемые хладоносители - водные растворы хлористого кальция и хлористого натрия, вызывают коррозию металла и преждевременный выход оборудования из строя, а применение их в аппаратах, имеющих элементы из нержавеющих сталей, совершенно недопустимо в связи с активными электролитическими процессами, ведущими к разрушению этих сталей.

В таких схемах в качестве хладоносителя, в основном, применяют водные растворы этилен- или пропиленгликолей, спирта или глицерина, а также хлористого кальция или хлористого натрия. Однако, все эти вещества имеют существенные недостатки, а именно: гликоли токсичны, обладают наркотическим действием. При попадании в организм даже в малых количествах разрушают нервную систему, почки и печень (ГОСТ28084-89); пропиленгликоли имеют недостаточную температуру замерзания (не ниже минус 30°С), высокую вязкость при низких температурах и высокую стоимость. Метиловый спирт не может широко применяться по причинам возможного отравления людей, которые могут использовать его как эквивалент этилового спирта, а водные растворы глицерина имеют высокую вязкость, требующую повышенных энергозатрат при перемещении по трубопроводам и ограниченную температуру замерзания (при 50% концентрации не ниже минус 23°С).

Достоинством аммиака, используемого в аммиачных системах, является высокое значение удельной массовой и объемной холодопроизводительности при невысокой его стоимости. При низкой стоимости аммиака и озонобезопасности аммиачные системы могли бы применяться достаточно широко. Однако, из-за большой аммиакоемкости подобные системы не всегда могут быть рекомендованы к применению в холодильных установках. Экстренный выпуск аммиака из холодильной машины или разрыв теплообменных аппаратов может привести к загазованности местности или, при высокой концентрации аммиака в воздухе, к его взрыву.

Применение схем с хладоносителями позволяет в десятки раз уменьшить количество аммиака в системе. Применение современной пластинчатой теплообменной аппаратуры, изготовленной из нержавеющей стали, устраняет основной недостаток аммиачных холодильных установок – их аммиакоемкость.

Схема холодильной установки с рассольной системой охлаждения представлена на рис. 9.1.

Холодильный агент из компрессора 1 (рис. 9.1) поступает в конденсатор 2. Жидкий холодильный агент дросселируется в дросселирующем устройстве 7 и поступает в рассольный испаритель 3, где отнимает тепло от рассола (хладоносителя). Хладоноситель подается в рассольные камерные батареи насосом 11. Отепленный рассол возвращается в испаритель 3. Если в рассоле присутствует воздух, то он удаляется через расширительный бак 6. Кроме того, расширительный бак является регулятором заполнения системы рассолом и компенсатором теплового расширения рассола, поскольку плотность рассола является функцией его температуры.

9.2. Хладоносителинового типа

В настоящее время разработаны и промышленно освоены хладоносители - «Экосолы», являющиеся новым поколением хладоносителей. Основной компонент экосолов - этилкарбитол. Он мало летуч. Температура кипения 203°C.

Экосолыне имеют указанных выше отрицательных воздействий на различные металлы, не токсичны, не взрывоопасны, плохо горючи. Основные компоненты экосолов применяются в парфюмерии при изготовлении кремов, лосьонов и мазей. При этом теплофизические свойства существенно превышают свойства всех известных хладоносителей. Изготавливаются различные модификации экосолов: «Экосол-65», «Экосол-40», «Экосол-20» и «Экосол-10» (цифра обозначает температуру замерзания), которые выбираются из условий эксплуатации и поставляются в готовом к употреблению виде.

Минимальная температура замерзания «Экосола-65» минус 65°С, что позволяет использовать его практически во всех испарительных системах, как средне-, так и низко температурных. Вязкость экосолов при низких температурах не превышает вязкость многих известных хладоносителей, а теплоемкость значительно выше.

Вязкость самого концентрированного «Экосола-65» в диапазоне температур от -10^оС до -20^оС значительно ниже водного раствора этиленгликоля и хлористого кальция.

Объемное содержание воды в экосолах: «Экосол-65» - 35,5% , «Экосол -40» - 37,0%, «Экосол 30» - 41,2%. Вода из экосолов испаряется при температуре 106°С.

Чрезвычайно важным свойством экосолов является уменьшение объема при понижении температуры, что исключает возможность разрыва трубопроводов и аппаратов при понижении температуры ниже точки замерзания.

Экосолыхимически не активны. Однако, стоимость экосолов соизмерима со стоимостью этиленгликоля.

Сравнительные теплофизические свойства хладоносителей при 20^оС приведены в таблице 9.1.

Таблице 9.1.

Сравнительные теплофизические свойства хладоносителей

Контрольные вопросы:

51. Что собой представляют хладоносители?

52. Является ли энергетически выгодным применение хладоносителей?

53. Какие типы хладоносителей используются для охлаждения воздуха в холодильных камерах?

54. Представить схему холодильной машины с промежуточным теплоносителем.

Глава 10

10. Компрессоры холодильных машин

10.1. Классификация компрессоров

Компрессор холодильной машины обеспечивает сжатие паров холодильного агента, что является физически неотъемлемой частью процесса последующей конденсации холодильного агента в конденсаторе, создает в испарителе низкое давление и связанную с этим низкую температуру кипения, обеспечивает перемещение холодильного агента по всем элементам холодильной машины.

Компрессоры отличаются принципом действия, холодопроизводительностью, конструктивными признаками.

По принципу действия компрессоры разделяют на поршневые, ротационные, спиральные, винтовые, центробежные.

По холодопроизводительности компрессоры подразделяют на компрессоры малой холодопроизводительности (до 12 кВт), средней холодопроизводительности (от 12 до 90 кВт), большой холодопроизводительности (свы­ше 90 кВт). Холодопроизводительность компрессоров устанавливают при номинальном температурном режиме работы.

По конструкции компрессоры подразделяют на одноступенчатые или многосту­пенчатые (двух- и трехступенчатые).

По степени герметичности компрессоры делятся на открытые или сальниковые (электродвигатель соединя­ется с валом компрессора муфтой или клиноременной пере­дачей), бессальниковые или разъемные, которые в ряде случаев не совсем корректно называются полугерметичными, герметичные. В герметичных компрессорах компрессор и электродвигатель размещаются в общем, герметичном сварном неразъемном корпусе.

В современном торговом холодильном оборудовании в основном применя­ются холодильные машины, оснащенные поршневыми, ротацион­ными и спиральными компрессорами.

10.2. Поршневые компрессоры

Поршневые компрессорыявляются наиболее распространенным типом компрессоров. Ими комплектуются холодильные машины, обеспечивающие холодом торговое холодильное оборудование и холодильные камеры.

Многообразие типов поршневых компрессоров обусловило необходимость их индексации.

Для обозначения компрессоров принята буквенно-цифровая индексация. Первая буква в названии компрессора определяет хладагент, для которого предназначен компрессор (Ф – хладон, фреон, А - аммиак); вторая буква – расположение цилиндров (В – вертикальное, У – V-образное, УУ – W-образное или веерообразное). Цифра, стоящая за буквами в обозначении компрессора, отражает холодопроизводительность, выраженную в тысячах килокалорий в час (1ккал/ч.=1,163 Вт).

Для бессальниковых компрессоров в обозначение вводят буквы БС (например, ФВБС6) или ПБ (например, ПБ7).

Герметичные компрессоры в буквенной части названия имеют буквы Г (например, ФГС, ФГэС, ФГрС).

10.2.1. Непрямоточные сальниковые компрессоры открытого типа

В холодильных машинах с поршневыми компрессорами наибольшее применение, в силу их конструктивной простоты, находят непрямоточные компрессоры. В цилиндрах этих компрессоров холодильный агент изменяет движение в соответствии с изменением направления движения поршня (рис. 10.1)

Методологически устройство и принцип работы компрессоров открытого типа удобно рассматривать на примере снятого с производства, но еще используемого в предприятиях общественного питания и торговли компрессора типа 2ФВ-4/4,5. Рекомендации по замене компрессора отражены в приложении, табл. 10.1. Этот компрессор устанавливают в холодильных машинах с агрегатами типа ФАК (фреоновый компрессорно-конденсаторный агрегат).

Компрессоры "открытого типа" получили данное название в силу того, что в их конструкции коленчатый вал выходит за пределы герметичного картера. В ряде случаев, это представление дополняется представлением о разъемности компрессора.

Движущиеся части компрессора нуждаются в смазке. Поэтому картер компрессора заполнен маслом. При вращении коленчатого вала он, посредством противовесов и нижней части головок шатунов, соприкасается с поверхностью масла. Образуются капли масла малого размера ("масляный туман"), которые обеспечивают смазку всех движущихся элементов компрессора.

Следует отметить, что противовесы на валу компрессора являются необходимым элементом, обеспечивающим компенсацию инерции поршня, шатуна и поршневого пальца при их линейном перемещении по высоте цилиндра с переменной скоростью.

Поскольку противовесы, в отличие от поршней, совершают вращательное движение, то полной компенсации инерции движущейся массы поршень - шатун не достигается. Это приводит к необходимости снабжать поршневые компрессоры дополнительными амортизаторами, которые, применительно к герметичным компрессорам, могут располагаться вне и внутри герметичного корпуса.

Наличие в холодильном агенте масла определяет необходимость перед сжатием паров в цилиндре компрессора отделять их от масла. В противном случае масло в виде отдельных капель может попасть в цилиндр компрессора и привести к возникновению явления, которое называют "гидравлический удар". В силу того, что масло, как и любая жидкость, практически несжимаемо, оно ведет себя при сжатии как твердое тело. При поступлении большого количества масла в цилиндр компрессора, это может привести к поломке наименее прочной части компрессора, а именно, стальной самопружинящей пластины всасывающего клапана 7 (рис.10.2), расположенного на клапанной доске (плоской стальной пластине).

Холодильный агент с растворенным в нем маслом поступает в компрессор через всасывающий вентиль 12, фильтр 13 и далее смесь холодильного агента и масла разделяется. Капли масла как более тяжелые, чем пары холодильного агента, выделяются из смеси и по вертикальному каналу опускаются вниз. Нижняя часть канала перекрыта пластинкой с отверстием малого диаметра.

Наличие в пластине отверстия малого диаметра обеспечивает возврат из испарителя масла в картер компрессора. При интенсивном поступлении масла из испарителя, в вертикальном канале образуется столбик масла, который выполняет функцию "гидравлического затвора".

Для пользователей холодильной техники, эксплуатационно-значимой частью компрессора является сальниковое уплотнение, обеспечивающее герметичность картера компрессора и холодильной машины в целом. Разновидность сальникового уплотнения представлена на рис. 10.3.

Стальное кольцо 3 закрепляется в передней крышке 1 компрессора. Внутренняя торцевая поверхность стального кольца 3 отполирована. К ней под действием усилия сжатия пружины 8 прижато также отполированное металлизированное графитовое кольцо 5. Таким образом, создается трущаяся пара, - стальное кольцо 3 и металлизированное графитовое кольцо 5. Такая пара работает нормально лишь при надлежащей обработке поверхности колец и при их эффективной смазке.

В практике эксплуатации холодильных машин эти условия зачастую нарушаются. В ряде случаев оба эти кольца устанавливаются без надлежащей обработки в расчете на последующую притирку трущихся элементов.

При нарушении требований к выполнению монтажных работ, обеспечивающих возврат масла из испарителя в компрессор, например, если уклон всасывающего трубопровода будет в сторону, противоположную компрессору, вероятность нарушения работы сальника существенно возрастает. При отсутствии смазки трущейся пары сальника (неподвижное стальное кольцо - графитовое кольцо) повреждаются соприкасающиеся поверхности, возможна утечка холодильного агента из холодильной машины.

Сальниковое уплотнение является наиболее уязвимой частью компрессоров открытого типа, требующее постоянного контроля со стороны механиков, обслуживающих холодильное оборудование.

10.2.2. Компрессоры разъемные поршневые бессальниковые

Отказаться от конструкции сальника можно, заключив компрессор и электродвигатель в герметичный корпус. Этот корпус может быть выполнен в разъемном (рис. 10.4.) и герметичном исполнении (рис. 10.5).

Оба технических решения (рис. 10.4, 10.5) обладает эксплуатационными достоинствами и недостатками.

Эксплуатационным достоинством разъемного исполнения конструкции компрессора, является простота ремонта и возможность замены любого его конструктивного элемента.

Недостаток конструкции состоит в принятом способе охлаждения статора (обмотки электродвигателя). Статор охлаждается парами холодильного агента, поступающими из испарителя, имеющими температуру 10…-15^оС. Поскольку температура паров холодильного агента, поступающего из испарителя в компрессор, существенно ниже температуры воздуха помещения, в котором размещается компрессор, то обмотка электродвигателя охлаждается достаточно эффективно. Это позволяет при малых габаритных размерах электродвигателя и при большом токе, проходящем через обмотку, обеспечивать большой крутящий момент на валу электродвигателя и соответственно компрессора.

Вместе с тем, при отсутствии холодильного агента в холодильной машине, например, при его утечке их холодильной машины, обмотка электродвигателя разогревается до температуры выше 100^оС, что может привести к ее сгоранию.

Таким образом, условия эксплуатации компрессоров (рис. 10.4, 10.5) требует создания герметичности не только самих компрессоров, но и всех элементов холодильной машины. Это касается в первую очередь сальниковых уплотнений вентилей на компрессоре и терморегулирующем вентиле (ТРВ). Предпочтительно соединения трубопроводов должны выполняться посредством сварки (пайки) взамен ниппельной конструкции, в основе которой лежит крепление трубопроводов посредством накидных гаек.

10.2.3. Компрессоры поршневые герметичные

Герметичные компрессоры отличаются конструктивными особенностями. Название компрессоров заключено в условном обозначении: ФГ – компрессор герметичный, ФГ_э – компрессор герметичный с экранированным ротором, ФГ_р – компрессор герметичный ротационный.

По температурному режиму герметичные компрессоры подразделяют на среднетемпературные (С), низкотемпературные (Н), высокотемпературные (В).

Герметичные компрессоры отличаются температурным режимом и частотой (скоростью) вращения вала электродвигателя (25с^-1, 50с^-1).

Подаваемое напряжение на обмотку электродвигателя составляет 220 или 380 вольт. В последнем случае используются электродвигатели трехфазные, асинхронные с постоянной частотой вращения ротора.

Конструктивной особенностью герметичных компрессоров, в частности компрессоров типа ФГ-0,7 (рис. 10.5), является расположение вала компрессора. Вертикальное расположение вала компрессора обусловила ряд технических, а, следовательно, и эксплуатационных особенностей конструкции. Масло в компрессоре находится в нижней части корпуса компрессора.

Смазка компрессора комбинированная. Масло разбрызгивается нижним противовесом и другими движущимися частями компрессора, расположенными на корпусе ниже уровня масла. При вращении вала компрессора масло разбрызгивается. С тем, чтобы оно не попало в цилиндр компрессора, установлены всасывающие трубки 4 (рис. 10.5), обеспечивающие поступление холодильного агента из верхней части корпуса. Трубки расположены по отношению к всасывающему вентилю таким образом, что бы в них не попало не только масло, но и капли жидкого холодильного агента в случае, когда компрессор работает так называемым "влажным ходом".