- •Конспект лекций
- •"Холодильное оборудование"
- •7.090221
- •Введение
- •Лекция 1. Области применения и физические принципы получения низких температур
- •1.1. Области применения искусственного холода
- •1.2. Физические принципы получения низких температур
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Литература: [1, с. 5...31; 2, 7] Лекция 2.Термодинамические основы искусственного охлаждения
- •2.1. Принцип работы холодильной машины
- •2.2. Рабочие вещества холодильных машин
- •2.2.1. Требования, предъявляемые к холодильным агентам
- •2.2.2. Классификация, свойства и области применения холодильных агентов
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Литература: [1, с. 32...45; 2, с. 6...35] Лекция 3. Циклы и схемы компрессорных холодильных машин
- •3.1. Циклы и схемы газовых холодильных машин
- •3.2. Циклы и схемы паровых компрессорных одноступенчатых холодильных машин
- •3.2.1. Цикл в области влажного пара с детандером
- •Замена детандера дроссельным вентилем
- •Сжатие в области перегретого пара
- •3.2.2. Принципиальная схема и цикл аммиачной холодильной машины с отделителем жидкости
- •3.2.3. Принципиальная схема и цикл фреоновой холодильной машины с регенеративным теплообменником
- •3.3. Циклы и схемы холодильных машин с многоступенчатым сжатием
- •3.3.1. Циклы и схемы двухступенчатых холодильных машин
- •Низкотемпературная холодильная машина на базе винтового компрессора
- •3.4. Принципиальная схема и цикл двухкаскадной холодильной машины
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Литература: [1, с. 52...96; 2, с. 35...50] Лекция 4.Компрессоры холодильных машин
- •4.1. Классификация и маркировка компрессоров
- •4.2. Объемные и энергетические потери в компрессоре
- •4.3. Холодопроизводительность компрессора
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Литература: [1, с. 97; 2, с. 90...162] Лекция 5.Теплообменные аппараты холодильных машин
- •5.1. Конденсаторы
- •5.1.1. Тепловой расчет и подбор конденсаторов
- •5.2. Испарители
- •5.2.1. Расчет и подбор испарителей
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Литература: [1, с. 281...343; 2, с. 166...207] Лекция 6.Вспомогательное оборудование холодильных машин
- •6.1. Аммиачные холодильные машины
- •6.2. Фреоновые холодильные машины
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Литература: [2, с. 221...236; 4, с. 130...137] Лекция 7. Кип и автоматика холодильных машин
- •7.1. Классификация и маркировка холодильных машин и агрегатов
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Литература: [1, c. 470...490; c. 256...271] Лекция 8.Теплоиспользующие холодильные машины
- •8.1. Пароэжекторные холодильные машины (пэхм)
- •8.2. Абсорбционные холодильные машины (ахм)
- •Вопросы для самоконтроля:
- •Литература: [1, с. 387...420, 2; с. 282...299] Лекция 9. Холодильники. Классификация, устройство и планировки
- •9.1. Устройство и планировки холодильников
- •9.2. Тепло- и гидроизоляция холодильников
- •Телоизоляционные материалы
- •Вопросы для самоконтроля
- •Литература: [2, с. 320-359; 3, с. 168-182, с. 207-214]. Лекция 10. Основы проектирования холодильников
- •10.1. Определение строительной площади холодильника и выбор его планировки
- •10.2. Расчет теплопритоков в камеры холодильника
- •Вопросы для самоконтроля
- •Литература: [2, с. 415-431; 3, с. 250-264]. Лекция 11. Системы охлаждения холодильников (сох)
- •11.1. Безнасосные системы с непосредственным кипением холодильного агента
- •11.2. Насосно-циркуляционные системы охлаждения
- •11.3. Системы с промежуточным хладоносителем (рассольные сох)
- •11.4. Камерные приборы охлаждения, их конструкции и методика подбора
- •Вопросы для самоконтроля
- •Литература: [2, с. 393-415; 3, с. 33-55]. Лекция 12. Оборудование для охлаждения пищевых продуктов
- •12.1. Камеры охлаждения
- •12.2. Оборудование для охлаждения рыбы и жидких пищевых продуктов
- •Вопросы для самоконтроля
- •Литература: [5, с. 83-85; 6, с. 19-60]. Лекция 13. Технологическое оборудование для замораживания в воздухе
- •13.1. Классификация и устройство камерных морозилок
- •13.2. Воздушные морозильные аппараты
- •13.2.1. Морозильные аппараты тележечного типа
- •13.2.2. Конвейерные морозильные аппараты
- •13.2.3. Флюидизационные морозильные аппараты
- •Вопросы для самоконтроля
- •Литература: [6, с. 92]
- •Лекция 14. Современные аппараты интенсивного замораживания
- •14.1. Аппараты бесконтактного замораживания Плиточные аппараты
- •Роторные аппараты
- •Морозильные аппараты барабанного типа
- •14.2. Аппараты контактного замораживания пищевых продуктов
- •Вопросы для самоконтроля
- •Двухступенчатые, r22
- •Компрессоры российского производства
- •Поршневые компрессоры фирмы «Йорк Рефрижерейшн»
- •Винтовые компрессоры фирмы «грассо Рефрижерейшн»
- •Технические параметры среднетемпературных агрегатов на базе полугерметичных поршневых компрессоров Bitzer (Данные для хлаДона r404а)
- •Приложение в Конденсаторы холодильных машин
- •1. Горизонтальные кожухотрубные
- •2. Вертикальные кожухотрубные
- •3. Испарительные
- •Приложение г Перечень тем самостоятельных работ студентов
- •Приложение д тесты
- •Литература
- •Содержание
2.2. Рабочие вещества холодильных машин
Под рабочим телом (холодильным агентом, либо просто хладоном) понимают вещество, с помощью которого в холодильной машине осуществляется цикл. От свойств холодильного агента зависят конструкция холодильной машины, расход энергии, ее эксплуатационные характеристики. Поэтому выбор холодильного агента является весьма ответственным моментом при создании холодильной машины. В отличие от большой энергетики, где доминирующее положение занимает водяной пар, в холодильной технике используется множество рабочих тел.
2.2.1. Требования, предъявляемые к холодильным агентам
К холодильным агентам предъявляется большое количество различных требований, которые удобно классифицировать, как требования к термодинамическим, физико-химическим, экологическим и экономическим свойствам.
Термодинамические свойства холодильного агента характеризуются нормальной температурой кипения ts, критической температуройtкр, критическим давлениемРкр, молекулярной массой и др.
Желательно, чтобы нормальная температура кипения холодильного агента была как можно ниже, а критическая – выше.
Большое значение имеют значения давлений, которые при номинальном режиме работы холодильной машины устанавливаются в испарителе (Р0) и конденсаторе (Рк). Хорошо, когда давление в испарителе несколько выше атмосферного давления. С одной стороны, низкое давление не требует большой толщины стенок труб и корпуса испарителя, а с другой – в аппарате поддерживается избыточное давление, что позволяет избежать подсосов воздуха. ДавлениеРкне должно быть слишком большим, т.к. в противном случае приходится конденсатор выполнять из труб повышенной прочности, что приводит к большей металлоемкости аппарата. В конденсаторах фреоновых машин давлениеРкобычно лежит в пределах 0,7...1,2 МПа, а у аммиачных – 1,3...1,8 МПа.
Важно, чтобы разность Рк–Р0была не очень большой, т.к. она предопределяет, например, механическую прочность деталей компрессора, а, следовательно его металлоемкость.
Соотношение давлений Рк/Р0(степень сжатия в компрессоре) прямо пропорционально работе сжатия в компрессоре, при этом, с ростом степени сжатия падают и значения важных эксплуатационных характеристик компрессора.
К теплофизическим свойствам холодильных агентов относят динамическую вязкость (), теплопроводность (), плотность (), удельную теплоту парообразования (r) и др. Все они влияют на интенсивность теплообмена при кипении и конденсации холодильных агентов. Большим значениям,,rи малой вязкостисоответствуют и большие значения коэффициента теплоотдачи. Вязкость и плотность холодильного агента определяют значения гидравлического сопротивления в трубопроводах холодильной машины.
К физико-химическим свойствам относят растворимость холодильного агента в смазочных маслах и воде, отношение его к основным конструкционным материалам, взрывоопасность, воспламеняемость и др.
По характеру взаимодействия с маслом все холодильные агенты можно разделить на две группы. К первой группе относят агенты с ограниченной растворимостью в смазочном масле, ко второй – с неограниченной растворимостью. Большинство фреонов хорошо растворяются в маслах, поэтому в циркуляционном контуре таких машин циркулирует масло-фреоновая смесь, что ухудшает теплообмен в аппаратах холодильных машин. Аммиак, напротив, практически не растворяет масла, поэтому в схемы аммиачных холодильных машин включают маслоотделитель, который легко отделяет примеси смазочного масла от холодильного агента. Плохо растворяют масла также хладоны R13,R14,R22 иR134а.
Растворимость воды в холодильных агентах имеет важное значение для нормальной работы холодильной машины. Аммиак, например, неограниченно растворяет воду. Присутствие в нем небольшого количества воды заметно не нарушает работу холодильной машины Большинство фреонов, наоборот, плохо растворяют воду (R12 способен растворить только 0,006 % воды по отношению к собственной массе). Избыточная влага при циркуляции в элементах холодильной машине, попадая в зону низких температур, превращается в лед и может временно вывести машину из строя. Поэтому в фреоновых холодильных машинах предусматривают специальные осушительные устройства, которые улавливают примеси воды, имеющиеся в холодильном агенте.
Взаимодействие холодильных агентов с металлами также различно. Аммиак, например, инертен по отношению к сталям и чугунам, но в присутствии влаги вызывает коррозию некоторых цветных металлов. Фреоны инертны ко всем металлам, за исключением сплавов, содержащих более 2 % магния. Однако они очень текучи и их трудно удержать в стальных конструкциях. Поэтому аппараты фреоновых холодильных машин выполняют из труб на медной основе. Аппараты аммиачных холодильных машин выполняют из стальных труб.
Важно, чтобы холодильные агенты были невзрывоопасными и не образовывали в смеси с воздухом горючих составов, так как от этих свойств во многом зависит пожаробезопасность предприятия. Жестко регламентируются токсичность холодильных агентов и их воздействие на озоновый слой Земли и процессы глобального потепления. Желательно, чтобы холодильный агент не был ядовитым, не способствовал глобальному потеплению и не разрушал слой озона в верхней части атмосферы. Большинство хладонов не являются ядовитыми по отношению к человеку, однако, те из них, в которых содержится хлор и бром, оказались активными разрушителями озонового слоя (например, R11,R12,R113). Поэтому в настоящее время практически завершена долгосрочная программа замены этих хладонов на экологически более чистые. Аммиак, наоборот, озонобезопасный холодильный агент, однако чрезвычайно ядовит (воздействует на верхние дыхательные пути человека, поражает глаза). Допустимая концентрация его в воздухе исчезающе мала – не более 0,02 г/м3.
Подводя итоги разговору о требованиях, предъявляемых к холодильным агентам, нельзя не отметить и экономическую сторону проблемы: желательно, чтобы они имели невысокую цену и выпускались промышленностью в больших количествах.