Типы холодильных машин и их особенности

Хладоносители.

Хладоносителями называют вещества, которые отводят теплоту от охлаждаемых объектов и передают её хладагенту.

Должны иметь: низкую t_замерз, высокую теплоемкость и теплопроводность, быть безопасными и химически нейтральными по отношению к металлам, и прокладочным материалам, быть безвредными для человека и недорогими.

Самый дешёвый, доступный и безвредный хладоноситель – вода, но из за высокой температуры замерзания её применение ограничено. Используется в основном в установках кондиционирования воздуха.

Рис.11 Зависимость t замерзания растворов

солей NaCl и CaCl от концентрации

В холодильных установках на рыбопромысловых судах в качестве хладоносителей применяют воду и водные растворы солей СаC₂ и NaCl₂ называемые рассолами; водный раствор NaCl применяется в установках с t^оС не ниже -10^оС.

Физические свойства рассолов зависят от концентрации соли в растворе (рис. 11). Концентрация рассола – это отношение массы безводной соли к массе рассола.

ξ = (масса безводной соли / на массу рассола)100%.

С увеличением концентрации рассола его температура замерзания снижается. Раствор, соответствующий криогидратной точке К называется эвтектичиским.

Триогедратная точка К показывает самую низкую t_з раствора и соответствующую ей концентрацию. С увеличением концентрации за пределы К – температура замерзания раствора повышается. В точке К раствор замерзает весь и имеет вид однородной массы – эвтектики. Во избежание замерзания хладоносителя в испарителе, температура его замерзания должна быть ниже рабочей температуры кипения хладагента на 5-10 С.

Поддержание концентрации выше требуемой увеличивает плотность и вязкость рассола, снижает его теплоёмкость, что приводит к излишнему расходу электроэнергии на перекачку рассола.

Выпавшие кристаллы соли, при увеличении концентрации выше криогидратной, откладываются на теплообменных поверхностях и уменьшают коэффициент теплопередачи, и повреждают их. Для снижения коррозийного воздействия рассола на металл поверхности окрашивают суриком; вводят вещества называемые ингибиторами или пассиваторами замедляющими коррозию; уменьшают возможность проникновения кислорода, воздуха в рассольную систему холодильной установки. Характеристикой кислотности растворов служит водородный показатель PH.

Нейтральные растворы PH=7, кислотные PH<7, щелочные PH>7

Лекция №6

Холодильные машины по принципу работы делятся на 3 типа:

1) компрессионные (воздушные и паровые);

2) абсорбционные;

3) эжекторные. теплоиспользующие

Компрессионные (компрессорные) машины работают за счет затраты механической энергии, абсорбционные и эжекторные – за счет затрат тепловой энергии. Поэтому абсорбционные и эжекторные холодильные машины называют теплоиспользующие.

Компрессионные воздушные машины.

В воздушных машинах применен компрессор для сжатия воздуха. Для снижения температуры воздуха используют его адиабатное расширение с совершением полезной работы в расширительной машине детандере.

Рис.12 Воздушная компрессорная холодильная машина

Описание схемы: воздух из охлаждаемого помещения ОП, где поддерживается температура Т₁ засасывается компрессором К и сжимается от давления Р₀ до давления Р (1-2). При этом его температура возрастает до Т₂, благодаря чему воздух может быть охлажден в промежуточном охладителе ПО забортной водой ЗВ (2-3). Сжатый охлажденный воздух с температурой Т₃ поступает в детандер (расширитель-турбину) Д, где он расширяясь до давления Р₀(3-4), охлаждается и попадает в помещение с температурой Т₄<T₁. Подогреваясь в помещении при постоянном давлении Р₀ от Т₄ до Т₁ (4-1) воздух охлаждает его.

В нашем теоретическом цикле осуществляются адиабатические процессы сжатия и расширения воздуха и изобарические процессы его охлаждения и нагревания.

Так как на выходе из детандера воздух имеет более низкую температуру Т₄, а следовательно и меньший удельный объём, чем на входе в компрессор Т₁, размеры детандера меньше размеров компрессора l_д<l_к.

Удельная работа, затрачиваемая двигателем М на осуществление циркуляции воздуха: l=l_к-l_д=S _a-1-2-b - S _b-3-4-a=S _1-2-3-4

Применение детандера позволяет не только получать полезную работу l_д и уменьшать работу цикла, но и значительно увеличивать охлаждающий эффект.

Удельная холодопроизводительность воздуха q₀=i₁-i₄[кДж/кг], где і₁,і₄ – энтальпия в состояниях, характеризуемых точку 1 и 4 диаграммы.

q₀=i₁-i₄=S _c-4-1-d (13)

Теоретический холодильный коэффициент обратимого цикла воздушной холодильной машины:

(14)

при Р/Р₀=3;4;6 ε_т=4,56; 2,05; 1,5

На диаграмме TS показан и обратный цикл Карно 1-2’-3-4’ для интервала температур Т₁-Т₃ в охлаждаемом помещении и охлаждающей воды. Из диаграммы видно, что холодопроизводительность больше, а затраченная работа меньше у цикла Карно.

Холодильный коэффициент цикла Карно при Р/Р₀=4, Т₁=-5⁰С; Т₂=120⁰С; Т₃=20⁰С; Т₄=-75⁰С; ε_к=10,7, степень термодинамического совершенства:

очень низкий. (15)

Воздушные холодильные машины используются для кондиционирования воздуха на судах. Преимущество: отсутствие специального хладагента (Т₄ может достичь -110⁰С). ε_д (действительный холодильный коэффициент) воздушных холодильных машин <1 и превосходит значения ε_д парокомпрессионных ХМ (двухступенчатых) лишь при t⁰ ниже –(70-80)⁰С.

В связи с тем, что теплоемкость воздуха мала (С_р=1кДж/кг К), необходимы большие расходы воздуха для обеспечения большей q₀. Воздушная машина становится компактнее при использовании быстроходных турбокомпрессора и турбодетандера. В отличие от паровых холодильных машин, воздушная ХМ может работать по разомкнутому циклу.

Лекция №7

Дата добавления: 2014-11-28