Бу – сұйықтық қондырғылардың суық агенттері

1. Аммиак NH₃ поршеньдік сығымдағыштарда кеңінен қолданылады және абсорбциялық қондырғыларда булану температурасы t₀>70⁰C болғанда қолданылады. Оның қолданылу аймағы үштік нүкте температурасы t_ү.н=-77,2⁰С кезінде қолданылады. Аммиактың негізгі артықшылықтары: Оны қолдану аймақтарындағы булану температурасы кезіндегі меншікті көлемнің аз болуы бу түзілу жылуының үлкен болуы, оңай аққыштығы, өткір иісті болуы және майда еруі. Аммиак болатпен әсерлескенде коррозияланбайды, алайда су бояған кезде мырышты, мысты, қоланы және басқа да мыс қорытпаларын коррозияға ұшыратады. Аммиактың кемшілігі: улағыштығы, жарылу қауіптілігі, ауа концентрациясында жанғыштығы.

2. Екі оттекті көміртегі СО₂. Бұл салыстырмалы нейтральді. Мұның суық агент ретінде кемшілігі критикалық температураның төмен болуы t_кр=31,35⁰С . Критикалық қысымының жоғары болуы Р_кр=7,5МПа . Оттекті көміртегі әдетте құрғақ мұзды алу қондырғыларында қолданылады.

3. Фреон (хладоагент). Бұл көмірсутекке негізделген калоидті түрдегі қоспа. Бұлардың барлығы химиялық инертті жарылу қауіпсіздігі аз немесе жоқ. Фреонның қысқаша белгіленуі Ф-№ түрінде қолданылады. № фреонның номері. Ол 2 немесе 3 санмен берілуі мүмкін.

Ф₁₁, Ф₂₁,Ф_113, Ф₁₁₄ маркалы фреондардың қалыпты жоғары температуралы болады және көбінесе жылусорғылы қондырғыларда қолданылады. Сонымеғн бірге фриондардың меншікті көлемді суық өнімдлігі аз, сондықтан олар турбокомпрессорлық қондырғыларда қолданылады. Осы аталған маркалы фриондар аз улағыш болып келеді. Суық агенттер Ф₁₂, Ф₂₂ маркалы фреондар көбінесе қазіргі заманғы компрессорлық автоматты тоңазытқышқондырғыларда қолданылады. Олар поршеньдік компрессорлы қондырғыларда булану температурасы t≥-40⁰C кезінде және турбокомпрессорлық қондырғыларда t≥-60⁰C кезінде қолданылады. Осындай фриондар аз улағыш болып келеді және ылғал болмаған кезде металды каррозияға ұшыратпайды. Төмен температуралы агентке Ф₁₃,Ф₁₂ маркалы фреондар жатады. Олар ең бастысы каскадты тоңазытқыш қондырғыларының төменгң сатыларында және агенттің қоспасымен жұмыс істейтін рефрижеракторда қолданылады. Оларды қауіпсіз деуге болады. Қауіпсіздік дәрежелері бойынша сулы агенттерді 6 классқа бөлуге болады. Неғұрлым қауіпсіздік класы жоғары болған сайын, соғұрлым агенттің адам ағзасына физиологиялық әсері аз болады. Әсіресе улы агенттер қауіпсіздігі бойынша төменгі классқа жатады, яғни 1-классқа: күкіртті ангидрит SO₂ жатады. Осы агенттердің ауадағы таралатын концентрациясы 0,5 –тен 1%-ға дейін болса, 5минуттан кейін өнімге әкеледі. Сондықтан ол іс жүзінде қолданыстан шыққан. 2 классқа: аммиак NH₃ және бромды метил. Осы агенттердің ауада таралатын концентрациясы 0,5-тен 1% болса, бір сағаттан кейін өнімге әкеледі. 3 классқа Ф₁₀,Ф₂₀ метил формиат С₂Н₄О₂ . Осы агенттердің ауаға таралтаын каонцентрациясы 2-ден 2,5% болса, 1 сағаттан кейін өнімге әкеледі. 4 класс. Дихлоратимен, бромды венил С₃Н , Ф₃₀, Ф₁₆₀ маркалы. Осы агенттердің ауаға таралатын концентрациясы 2-2,5% болса, оның әсері адам ағзасына 2 сағат ішінде кері әсерін тигізеді. Аса қауіпсіз агенттерді 2 жоғары қауіпсіздік классқа юөлуге болады. 5 класс. СО₂ көміртегі, фриондар Ф₁₁₀, Ф₁₁₃, Ф₁₇₀, Ф₂₉₀, Ф₂₂ , этилен, бутан, С₄Н_10. Осы аталған агенттердің ауаға таралатын концентракциясы 20% болса, 2 сағат ішінде адам ағзасына әсер етеді. 6 класс. Ф₁₂, Ф₁₁₄ маркалы фриондар жатады. Ауаға таралатын концентрация 20% асса, адам ағзасына зиянды әсері болмайды. Калоидті қоспалар, яғни сутегі атомының көпшілігі фтор атомымен алмастырылатын болса, қауіпсіздік классының ең жоғары тобына жатқызуға болады. Мұндай агенттерге Ф_13, Ф₁₁₄, Ф₁₁₅ жатады. Кейбір суық агенттер ауада белгілі бір концентрация мөлшерінде оңай тұтанады және тез жарылғыш қаупі бар. Оларға аммиак, көмірсутекті қоспалар және т.б сутегі атомдарының қоспасы жатады.

Криоагенттер

Жылубергіштіктің температурасы t-70-80К-нен жоғары кезінде ауа, метан, аргон, азот, сонымен қоса неон, гелий, сутегі қолданылады. Соңғы уақытта құрамында аргон және көмірсутекті газ қоспаларын қолдану кеңінен қолданылуда. t-80-27К дейінгі жұмыс агенттенрі ретінде сутегі, неон, гелийді қолдануға болады. Сутегі 14К дейінгі температураны алуға мүмкіндік береді. Ол ауамен әсерлсескенде жарылғыш қаупі бар, сондықтан қондырғыны мұқият герметизациялау қажет. Неон – сутегіге қарағанда инертті газ. Ол аса тығыз – және бу түзілгіштігі жоғары болып келеді.

2.4 Бу-сұйықтық жылу тасымалдағыштарындағы регенеративті жылуалмасу

Регенеративті жылуалмастырғыштарда (регенераторларда) аппараттың қыздыру беті кезегімен бірде суық (қыздырылатын), бірде ыстық (қыздырушы) жылу тасымалдағышпен (мартен және шыны балқыту пештерінің регенераторлары, домна пештері мен қазандардың регенеративтік ауа қыздырғыштары) жанасады. Ыстық жылу тасымалдағышпен жанасуы кезінде регенератордың қабырғалары қызады, ал суығымен жанасқанда салқындай отырып, оны қыздырады. Регенераторларда қыздыру үшін, әдетте, сыртқа шығарылатын газ тәрізді жану өнімдерінің жылуы пайдаланылады.

Кейбір жағдайларда бу-сұйықтық компрессорлы жылу тасымалдау құралдары, конденсатордан дроссельді вентильге бағытталатын сұйық агент ағыны мен буландырғыштар компрессорға қарай қозғалатын бу ағыны арасындағы регенеративті жылуалмастырғыштан тұрады.

Көбінесе мұндай әдіспен Ф-12 фреонымен жұмыс жасайтын тоңазытқыш қондырғылары орындалады. Осындай қондырғының сұлбасы және Т, s-диаграммасында жұмыс істеу принципі 14-суретте көрсетілген.

Сурет 14. Регенеративті жылуалмастырғышы бар бу-сұйықтық жылу тасымалдаудың принциптік сұлбасы (а) және T, s – диаграммасы (б)

Мұндағы:

компрессор;

конденсатор;

регенеративті жылуалмастырғыш;

дроссельді вентиль;

сұйықты бөлуші;

буландырғыш.

Ішкі меншікті сығылу жұмысы l_i=(i₂ – i₁) 273861ка2 ауданымен анықталады.

Жұмыс агентінің бірлік шығынының суықөнімділігі q₀=(i₆ – i₅) 65cb6 ауданымен анықталады.

Жұмыс агентінің бірлік шығынына кететін конденсатордағы меншікті жылу шығарылуы q_к=(i₂ – i₃) 3еа273 ауданымен анықталады.

Регенеративті жылуалмастырғыштың меншікті жылулық жүктемесі q_р.т.=(i₃–i₄)=(i₁–i₆) 16bk1 ауданына тең болатын 4de34 ауданымен анықталады.

IV дроссельді вентиль алдындағы сұйық суық агенттің температурасының Т₃-тен Т₄-ке дейін төмендеуінің нәтижесінде регенеративті жылуалмастырғышсыз қондырғының мәндерімен салыстырғанда, меншікті суықөнімділік i₃ – i₄ –ке артады. Сонымен бірге компрессордың да меншікті ішкі жұмысы да жоғарылайды, себебі компрессор алдындағы будың энтальпиясы і₆-дан і₁-ге дейін көтерілсе, сәйкесінше будың компрессор алдындағы v₀ меншікті көлемі де артады.

Қарастырылып отырған сүлбенің артықшылығы жұмыс агентінің майда ерігіштігі азаюы және компрессор алдындағы бу температурасының жоғарылауына байланысты компрессорға беру коэффициентінің артуы болып табылады.

Бу-сұйықтық компрессорлы қондырғыларының жылу регенерациялануы шектеулі қолданыста болады. Бұл регенерацияның енгізілуі р_к/р_и қысымдарының қатынастарын өзгертпейді деп түсіндіріледі, өйткені олар Т_к және Т_и арқылы анықталады.

2.5 Көпсатылы компрессорлы жылу тасымалдағыштар

Бірсатылы поршеньді компрессорлы қондырғылар әдетте Р_к/Р₀ қатынасы ≤7÷12 аралық шамадағы қысым артуының дәрежесі үлкен болған кезде көп сатылы компрессорлы қондырғы. Р_к/Р₀ қатынасы =7÷100 болған кезде 2 сатылы қондырғылар, ал Р_к/Р₀ >100 болғанда 3 сатылы қондырғы қолданылады. Қысым артуының дәрежесі үлкен болған кездегі көп сатылы поршеньдік компрессорлы қондырғыларды қолдану қажеттілігі бірнеше себептермен түсіндіріледі. 1) Р_к/Р₀ қысым артуы дәрежесі ұлғаюымен бір сатылы қондырғыларда λ беру коэффициенті және η_і поршеньді клмпрессордың индикатьорының мәні. Көп сатылы сығылуда әрбір сатыда қысымның арту дәрежесі азаяды және λ мен η_і ұлғаяды. 2) Қысым артуының дәл ұлғаюымен сығылатын агенттің соңғы температурасы өседі, оснымен бірге сығылудың меншікті жұмысы да өседі. Көп сатылы сығылу кезінде сатылар арасында аралық салқындатуды және сонымен бірге оның меншікті көлемі де азаяды. Осылайша келесі сатыдағы сығылу жұмысы азайып отырады. 3) Көп сатылы қондырғыларда бір сатымен салыстырғанда суиды немесе жылиды, әр түрлі температура параметрлер қолдану кезінде жылуды тасымалдағышта энергия шығыны айтарлықтай төмендейді. Осы жағдайда көп сатылы қондырғыларда жылуды тасымалдауға кететін энергия шығыны температураның аз интервалында төмендейді, яғни аса төмен температура кезінде жылыны алу. Ал бір сатылы қондырғыларда барлық суық минималды температура кезінде өсірілуі тиіс немесе барлық жылу максималды температура кезінде алуы. Көп сатылы жылутасымалдағыштардың принципиалды сұлбасы және оның жұмыс істеу процесінің TS диаграммасы келесі суретте көрсетілген. Берілген тоңазытқыш қондырғы екі сатыдан тұрады .

1. Өте төмен

2. Аса жоғары, q₀ – жылу аса төмен температура кезінде IX-шы төменгі сатылы буландырғышқа жіберіледі. Одан жұмыс агенті бір түйінде төменгі сатылы компрессорға келіп түседі. Яғни онда II жоғары сатыдағы буландырғыштағы қысымға тең болатын р₀^, -тен р₀^,, -қа дейін сығылады. Төменгі сатылы компрессордан бу аралық ыдыс сұйықты бөлуші IV-қа келіп түседі. Сұйық хладогент екінші сатылы сұйық бөлушісінен II буландырғышқа бу сұйық бөлгішіне қарай бағытталады және III –компрессормен сорылады. TS диаграммасында бұл процесс 6-7 деп көрсетілген, яғни, р₁^,-ден р₂-ға дейін сығылады. 7-түйінді бу IV бу конденсаторына бағытталады. Яғни онда қ.о-ның жылуы есебінен конденсрленеді. Сұйық хладогент конденсатордан V дроссельге бағытталады. TS диаграммасында 8-5 процесстері арқылы және екінші сатылы сұйық бөлгішіне қарай бағытталады. Ол жерде 3 ағынмен шығады. Сұйық хладогенттің бірінші ағыны жоғары сатылы II буландырғышқа бағытталады. 2-ағын VII –дроссельді вентиль бірінші сатылы дроссельдеу бойынша бағытталады.

3-ағын екінші сатылы III –компрессорына бағытталады. Мұнда аралық салқындатқыш ретінде екінші сатылы сұйық бөлгіш алынады.Бірсатылы поршенді компрессорлы қондырғылар әдетте р_к/р₀ ≤ 7 ÷ 12 қысым артуының дәрежесі кезінде қолданылады.

Сурет 15. Екі сатылы булы сұйықты қондырғының принциапиальдік сұлбасы (а) және оның T, s – диаграммасындағы жұмысы (б)

Қысым артуының дәрежесі үлкен болған кезде көпсатылы қондырғылар қолданылады.

р_к/р₀ = 7 ÷ 100 болған кезде әдетте екі сатылы қондырғылар, ал р_к/р₀ > 100 – кезінде үш сатылы қондырғылар қолданылады.