Книга Вальт ЖД Хладотранспорт

Из других фреонов в стационарных холодильных установках наибольшее распространение получили Ф 11, Ф 13, Ф 142, а также смеси фреонов для низкотемпературных холодильных машин.

В последнее время сложилось мнение, что фреоны оказывают отрицательное воздействие на экологию окружающей среды, в частности, видится их причастность в образовании «озоновых дыр» в атмосфере нашей планеты. Поэтому сегодня ведутся поиски других хладагентов.

Хранят и транспортируют холодильные агенты в основном в стальных герметических закрывающихся баллонах ёмкостью от 5 до 100 кг, снабжённых вентилями и предохранительными колпаками. Баллоны подвергаются пробному гидравлическому давлению, например, для аммиака

– 60 ат., для углекислоты – 190 ат., хладона-12 – 12 ат., при давлении внутри баллона с хладоном – 6 ат. Продолжительность испытаний 5-7 минут. Кроме самого баллона, испытанию подвергается вентиль и сальник. На баллонах ставится клеймо, содержащее порядковый номер, вес тары в кг, год изготовления, рабочее давление в атмосферах, а также химическая формула хладагента. Баллоны для аммиака окрашивают в жёлтый цвет с чёрной надписью «аммиак», углекислотные баллоны - в чёрный цвет с белой надписью «углекислота», фреоновые в серебристый цвет с чёрной надписью «хладон -12», «фреон22».

Баллоны с холодильными агентами хранятся в помещениях, изолированных от охлаждаемых камер, жилых помещений, желательно в подземных подвалах. Наличие баллонов с хладагентами не должно превышать трёхмесячную потребность. Перевозят баллоны с холодильными агентами по железной дороге, как в неупакованном, так и в упакованном

71

виде. Перевозка аммиака в жидком виде разрешена лишь в специализированных аммиачных цистернах.

Холодоносителями (или теплоносителями) называют вещества, предназначенные для отвода тепла от охлаждаемого объекта и передачи его хладагенту в испарителе холодильной машины. Они должны обладать низкой температурой замерзания, высокой теплоемкостью, малой вязкостью, а также быть безвредными и нейтральными к конструкционным материалам. К холодоносителям относят водные растворы солей (рассолы), воду, этиленгликоль. Применение холодоносителей рекомендуется при значительном удалении холодильных установок от места потребления холода, чтобы избавиться от перерасхода хладагента, а следовательно, и от утечки и падения давления в системах, а также в случаях, когда желательно, чтобы в охлаждаемых помещениях не было труб и батарей, заполненных токсичным и взрывоопасным холодильным агентом.

Рассольная система охлаждения на транспорте применяется в 23-х и в 21-вагонных рефрижераторных поездах и 12-вагонных секциях. Водный раствор хлористого кальция охлаждается в испарителях холодильных машин, находящихся в вагоне - машинном отделении, и подается насосами по магистральным рассолопроводам и межвагонным соединениям в рассольные батареи грузовых вагонов для охлаждения воздуха и груза. Основной недостаток такой системы – интенсивная коррозия труб и повышенный расход энергии. Для увеличения срока службы труб к рассолу добавляют ингибиторы, ослабляющие разъедающее действие рассола на металл.

72

Более экономична и долговечна непосредственная система охлаждения, когда испаритель (воздухоохладитель) находится непосредственно в грузовом помещении вагона или камеры. Такая система применяется в 5-тивагонных секциях и АРВ.

2.5. Расчёт теоретического рабочего цикла холодильной машины

Теоретический цикл одноступенчатой паровой машины в координатах T - S и P - i (рис. 2.11) характеризуется:

-всасыванием из испарителя в компрессор сухого насыщенного пара (его параметры определяются точкой 1);

-адиабатическим сжатием в компрессоре (процесс 1-2, параметры холодильного агента, нагнетаемого в конденсатор, характеризуются точкой 2);

-охлаждением (2 - а – изобара с конденсацией пара в конденсаторе, а - 3 – изобара и изотерма на выходе из конденсатора, параметры хладагента соответствуют точке 3 при температуре Тк и давлении Рк);

-дросселированием его в регулирующем вентиле (3 - 4 – изоэнтальпия, параметры на выходе из регулирующего вентиля соответствуют точке 4);

-кипением в испарителе (4-1 – изобара и изотерма при температуре Т0 и

давлении Р0).

На диаграмме T-S все величины (работа, количество теплоты) выражаются площадями, что для расчётов неудобно, так как их нужно замерять планиметром. Для упрощения расчётов целесообразней использовать теоретический цикл в координатах P-i, так как эти величины определяются проекцией процессов на ось теплосодержания i.

73

Цель расчёта теоретического цикла состоит в определении основных параметров элементов холодильной машины (компрессора, конденсатора, испарителя) с последующим подбором элементов.

Исходными данными для расчёта холодильной машины являются:

-холодопроизводительность машины Q0, которая устанавливается на основе расчётов теплопритоков в охлаждаемое помещение (склад, вагон);

-температура кипения холодильного агента t0 – принимается в зависимости от режима хранения продукта (она должна быть несколько ниже, чем температура, при которой должен храниться продукт);

-температура конденсации tк – принимается в зависимости от района размещения проектируемого объекта по климатической карте для наиболее жаркого времени (она должна быть несколько выше температуры окружающей среды);

-холодильный агент, используемый в проектируемой машине.

По заданным температурам t0 и tk, используя диаграмму lgP - i, определяют соответствующие им давления, кипения P0 и конденсации Pk. Затем по температурам и давлениям строят цикл на диаграмме lgP-i (см. рис. 2.11), то есть находят параметры хладагента в характерных точках: 1, 2, 3 и 4. Далее производят расчёт в следующей последовательности.

Определяется удельная холодопроизводительность 1 килограмма хладагента q0 (в КДж/кг), то есть сколько энергии отнимает от охлаждаемого тела 1 килограмм хладагента в испарителе за один цикл:

q0 =i1 −i4 .

74

Теоретическая работа, затрачиваемая в компрессоре на сжатие 1 кг хладагента за один цикл (в кДж/кг):

l = i2 −i1.

Тепло, отданное 1 кг хладагента окружающей среде за один цикл в конденсаторе (в кДж/кг):

qк =i2 −i3.

Количество холодильного агента Gx (в кг/час), циркулирующего в системе:

Gx = 3.6 Q0 , q0

где 3,6 – коэффициент перевода Вт в кДж/час. Потребляемая теоретическая мощность компрессора (Вт):

NТ = G3x.6l .

Тепловая нагрузка на конденсатор (Вт):

Q k = G3 .x q6 k .

75

Тепловая нагрузка на испаритель (Вт):

Q 0 = G3 .x q6 0 .

Вся холодопроизводительность компрессора реализуется через испаритель.

Зная тепловые нагрузки на испаритель, конденсатор и по расчету теплопритоков, возможно рассчитать соответствующие площади.

Это уравнение теплотехники имеет вид:

Q = F tK .

Таким образом производится принципиальный расчёт основных элементов холодильной машины.

2.6. Компрессоры

Компрессором называется машина для сжатия газов со степенью повышения давления более 1,1. Если степень повышения меньше 1,1, то этот компрессор называется вентилятором. В паровой компрессионной машине компрессор является наиболее сложным элементом, с помощью которого отсасывается пар холодильного агента из испарителя, производиться сжатие его и нагнетание в конденсатор. Отсасывая пар холодильного агента из испарителя, он поддерживает требуемое давление в испарителе и тем самым требуемую температуру кипения холодильного агента. При сжатии увеличивается внутренняя энергия холодильного агента,

76

повышается его температура. Это обеспечивает передачу энергии в конденсаторе в окружающую среду.

По способу выполнения процесса сжатия компрессоры делятся на две группы:

-кинетического сжатия (инерционные), в которых сжатие происходит при принудительном движении газа;

-объемного сжатия, в которых сжатие газа происходит за счет сокращения объема, где находится газ.

Принципиальная схема компрессоров первой группы приведена на рис. 2.14.

К объемным компрессорам относятся ротационные, винтовые, спиральные, поршневые. Схемы ротационных, винтовых и спиральных компрессоров приведены на рис. 2.12, 2.13.

Указанные выше компрессоры имеют ряд достоинств и используются в некоторых типах холодильных машин. Более широко в холодильных машинах используются поршневые компрессоры, которые классифицируются по многим признакам. По этим признакам маркируют компрессоры: по холодильному агенту – аммиачные - А, фреоновые - Ф, углекислотные - У; по числу ступеней сжатия – одно- и двухступенчатые - Д; по характеру охлаждения - водяные, воздушные и парами холодильного агента; по числу цилиндров – одно-, двух- и многоцилиндровые; по расположению цилиндров – горизонтальные – Г, вертикальные – В, У- образные – У, УУ-образные – УУ, оппозитные – О (см. рис. 2.15); по характеру движения паров – прямоточные и непрямоточные; по области применения – стационарные и транспортные.

77

На железнодорожном транспорте широко распространены бескрейцкопфные компрессоры. Рассмотрим конструкционное устройство и принцип действия компрессора (рис.2.16). В вертикальном прямоточном компрессоре за один оборот коленчатого вала 12, в каждом цилиндре совершается полный цикл: всасывание, сжатие, нагнетание и расширение. Всасывание паров холодильного агента сначала происходит в нижнюю всасывающую полость цилиндра 9, откуда при движении поршня 8 вниз через щели всасывающих клапанов 7, размещённых в верхней части, пары попадают в нагнетательную полость 6. Далее под давлением поршня через нагнетательный клапан 4, размещённый в ложной крышке 5, они проходят в верхнюю часть цилиндра 3 и поступают в нагнетательное окно. Следовательно, в полости цилиндра пары холодильного агента перемещаются прямоточно, что характеризует прямоточность компрессора. В результате уменьшается теплообмен между стенками цилиндра и парами, увеличивается коэффициент подачи компрессора. Между основной крышкой 2 и ложной 5 находятся буферные пружины 1, прижимающие ложную крышку к рабочей части цилиндра; если в него попадает жидкость, ложная крышка поднимается и сжимает пружины. Достоинство такого компрессора – почти полное отсутствие аварий из-за гидравлического удара или попадания чего-либо в цилиндр.

78