Рабочие вещества холодильных машин. Хладагенты высокого, среднего и низкого давления. Растворимость в хладагентах масел, взаимодействие их с водой и воздействие их на конструкционные материалы.

Охлаждение хладоносителем с открытыми охлаждающими приборами и открытым испарителем (конструктивная схема, принцип работы, недостатки).

В схеме с открытым испарителем хладоноситель, находящийся в его баке под атмосферным давлением, насосом забирается и подается в приборы охлаждения, отепляется и возвращается самотеком в испаритель. Подача хладоносителя в приборы охлаждения регулируется задвижками.

Недостатки:

1. Повышенный расход энергии на работу насоса.

2. Необходимость в баке дополнительной ёмкости (для слива рассола). Это повышает первоначальные затраты и требует дополнительной площади (для размещения).

3. Обязательное расположение испарителя ниже охлаждающих приборов.

4. Неравномерность сопротивлений подающих линий. Следовательно, отсюда появляется необходимость дополнительной регулировки расхода рассола на подающих линиях.

5. Повышенная коррозия (за счет насыщения рассола воздухом).

6. Необходимость постоянного восстановления концентрации рассола (за счет испарения части влаги в охлаждающих приборах происходит деконцентрация).

7. Необходимость отдельного помещения (от машинного отделения) для размещения испарителя, баков, вспомогательного оборудования – для устранения возможного загрязнения машинного отделения.

Охлаждение хладоносителем с охлаждающими приборами открытого типа и испарителем закрытого типа (конструктивная схема, принцип работы, недостатки).

Закрытый испаритель (рис. 9) можно установить на любом уровне по отношению к охлаждающим приборам, но при условии наличия сборного бака, расположенного ниже приборов, с объёмом достаточным для слива всего хладоносителя.

Подобная схема применяется в установках кондиционирования воздуха при использовании форсуночных кондиционеров. Для охлаждения воды использован кожухотрубный испаритель 1, в который отеплённая вода подаётся насосом 2 из отделения тёплой воды А сборного бака 3. В это отделение сливается вода из кондиционеров 5, расположенных выше бака 3. Холодная вода из испарителя 1 подаётся в отделение бака Б, оттуданасосами 4 подаётся потребителям. Применение отдельных насосов и трёхходовых вентилей 1^/ позволяет регулировать температуру подачи воды к каждому потребителю за счет подмешивания отепленной воды из поддона воздухоохладителя, подача которой регулируется датчиком температуры ДТ. Особенность такой схемы состоит в том, что при остановке насоса хладоноситель остаётся в поддонах воздухоохладителя.

Экзаменационный билет № 13

Охлаждение хладоносителем с охлаждающими приборами закрытого типа и испарителем открытого типа (конструктивная схема, принцип работы, достоинства и недостатки).

 

Косвенные методы регулирования заполнения испарителя.

 

 

Экзаменационный билет №14

Рабочие вещества холодильных машин. Хладагенты высокого, среднего и низкого давления. Растворимость в хладагентах масел, взаимодействие их с водой и воздействие их на конструкционные материалы.

Рабочие вещества могут представлять собой как индивидуальные (чистые) вещества, так и их смеси. В процессе работы рабочие вещества могут подвергаться фазовым превращениям. Некоторые низкотемпературные процессы могут проходить в двухфазных областях: твердое тело – жидкость, твердое тело - пар

В соответствие с перечисленными областями работы определяются требования к рабочим веществам низкотемпературных установок. В зависимости от температурного уровня работы низкотемпературных установок рабочие вещества подразделяются на холодильные агенты (распространен также термин «хладагенты»), криоагенты и абсорбенты.

Хладагенты это вещества и их смеси, имеющие при нормальном давлении 0,1МПа температуру кипения Тs = 350-120 К. При Тs = 350 250 К хладагенты используются в теплонаносных установках, системах кондиционирования и отопления; при Тs = 293 -120 К в холодильных установках и системах кондиционирования. Криоагенты – это вещества и их смеси, имеющие при нормальном давлении температуру кипения Тs < 120 К. Абсорбенты – это рабочие агенты абсорбционных низкотемпературных установок, например Н2О LiВr (бромистолитиевые установки), NH3 Н2О (аммиачные установки).

 

По абсолютному давлению конденсации Р_к (при температуре конденсации t_к = 30^оС) хладагенты условно делят на следующие три группы:

1) хладагенты низкого давления при Р_к < 3 бар, используемые в высокотемпературных холодильных установках при температурах кипения t_о = 5…-15^оС;

2) хладагенты среднего давления при 3 бар < Р_к < 20 бар, используемые в среднетемпературных холодильных установках при температурах кипения t_о = -20…-70^оС;

3) хладагенты высокого давления при Р_к > 20 бар, используемые в низкотемпературных холодильных установках при температурах кипения t_о = -75…-140^оС.

 

При выборе типа хладагента необходимо учитывать и следующие условия:

v растворимость масел в хладагентах;

v взаимодействие хладагентов с водой;

v воздействие хладагентов на конструкционные материалы;

v безопасность эксплуатации;

Ниже рассмотрено влияние каждого из перечисленных условий.

Растворимость масел в хладагентах

Смазочные масла применяют в компрессорах холодильных машин для создания масляной пленки между трущимися деталями, уменьшающей трение и износ. Кроме того масла также охлаждают детали и уплотняют зазоры.

Аммиак незначительно растворяет масло, что позволяет достаточно эффективно отделять масло от аммиака и выводить его из системы холодильной машины.

Большая растворимость масел во фреонах приводит к интенсивному пенообразованию в испарителях, хотя и к лучшим условиям смазки трущихся поверхностей в компрессорах, но вместе с тем приводит к повышенной вязкости хладагентов и ухудшению теплообмена.

Растворимость масла в сжиженном диоксиде углерода максимальная при температуре 10^оС и практически снижается до нуля при температуре около -30^оС. При понижении температуры плотность сжиженного диоксида углерода повышается, в то время как плотность масла падает, и оно всплывает на поверхность жидкого СО₂.

Взаимодействие хладагентов с водой

Наличие воды в хладагентах повышает его температуры и давления кипения, что приводит к уменьшению холодопроизводительности холодильной установки.

Вода неограниченно растворяется в аммиаке (допустимая растворимость воды в аммиаке при t ≈ 16^оС от 0,01 до 0,1% по массе).

Во фреонах вода практически не растворяется. Поэтому в этих системах особо строгие требования предъявляются к осушке перед зарядкой хладагентом, так как свободная вода может замерзнуть в дроссельном органе.

Особенно тщательной осушке подлежат системы фреоновых холодильных машин с герметичными компрессорами, имеющими встроенные электродвигатели, поскольку присутствие воды может привести к короткому замыканию и сгоранию обмотки его статора. Для обеспечения безопасного содержания воды (для R22 не более 0,0025% по массе) в системе холодильных машин устанавливают фильтры-осушители.

Растворимость воды в диоксиде углерода зависит от температуры. Так, например, среднее содержание влаги при температуре 15^оС составляет 0,09% масс, а при температуре -29^оС – 0,0195% масс.

Воздействие хладагентов на конструкционные материалы

Аммиак в присутствии воды и кислорода разрушает цветные металлы.

Фреоны инертны к металлам. Механизм действия диоксида углерода на металлы пока еще не установлен. Некоторые исследователи считают, что в его присутствии коррозия железа и меди несколько уменьшается. По мнению других он увеличивает коррозию большинства металлов вследствие образования углекислоты в тонких пленках влаги.

 

Безопасность эксплуатации

Наибольшую токсичную опасность и взрывоопасность представляет аммиак. При его содержании в воздухе более 0,5% по объему происходит отравление, а при концентрации в воздухе от 16 до 28% − взрыв. Токсическая опасность хладагентов оценивается предельно допустимой концентрацией хладагента в воздухе (ПДК). В таблице 5.3 приведены значения ПДК для некоторых хладагентов.