Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Одеська національна академія харчових технологій

Інститут холоду , кріотехнологій та екоенергетики Кафедра компресорів та пневмоагрегатів ДИПЛОМНА РОБОТА МАГІСТРА на тему: ДОСЛІДЖЕННЯ ЕКСПЛУАТАЦІЙНИХ ХАРАКТЕРИСТИК КОМПРЕСОРІВ ТЕПЛОВИХ НАСОСІВ .

Студента 5 курсу факультету низькотемпературної техніки і технології Бендера Віктора Федоровича Керівник: професор, доктор технічних наук Мілованов В.І.

Консультанти розділів______________________________

___________________________________________________

Нормоконтроль ___________________________________________________

Роботу заслухано на засіданні кафедри (на якій виконано проект) та рекомендовано до захисту в ДЕК, протокол № __ від __ ______ 2012 р.

Зав. кафедри компресорів та пневмоагрегатів

Мілованов В.І.

Рецензент ___________________________________________________

(ПІБ, підпис, дата)

Перспективы применения природного хладагента со2 в холодильной технике

Киотский протокол к “ Рамочной конвенции ООН об изменении климата” о регулировании эмиссии парниковых газов (веществ, имеющих высокий потенциал глобального потепления – GWP), другие международные и национальные документы послужили мощным толчком к интенсивному поиску альтернативных озонобезопасных хладагентов (обладающих низким озоноразрушащим потенциалом- ODP), предназначенных для замены в первую очередь хладагента R-12, а впоследствии R-22 и R-134a.

Проведенный обзор литературы показал, что еще не найден хладагент, полностью удовлетворяющий всем требованиям экологии и одновременно отвечающий требованиям, предъявляемым к хладагенту по энергетическим и теплофизическим свойствам, необходимым для использования в холодильной технике. Одним из перспективных направлений поиска явилось использование альтернативных, так называемых “природных” хладагентов, прежде всего двуокиси углерода.

Двуокись углерода (СО₂) с точки зрения экологичности и безопасности является почти идеальным хладагентом. Она не ядовита, не горит, не разрушает озоновый слой, химически неактивна и крайне дешева. Следовательно, отсутствует проблема восстановления и утилизации. Недостатком является высокое давление, что ставит особые требования перед техническими компонентами системы, такими как компрессор и теплообменники. Однако, в этом случае можно создавать более компактные установки с меньшими компрессорами и меньшим сечением труб. В будущем СО₂ сможет заменить хладагенты, оказывающие негативное влияние на климат – как в области холодильной техники, так и в тепловых насосах.

 

Поскольку СО₂ имеет характеристики, отличающиеся от обычно используемых на сегодняшний день хладагентов, очень важно приспособить системы на этот хладагент, а также учитывать отличия при проведении теоретических сравнений. CO₂ обретает свойства жидкости при достижении сравнительно высокого уровня давлений при довольно низких температурах испарения и конденсации. Эти давления в некоторых случаях значительно превышают традиционные рабочие значения. Такие рабочие условия в реальных установках встречаются весьма не часто. Несмотря на низкую плотность паров CO₂ при сравнении с галогенсодержащими хладагентами такие термо-физические свойства выражаются в более высокой механической нагрузке на привод компрессора, а, следовательно, в необходимости определённого роста требуемого приводного момента. Более того, при проектировании оборудования следует рассматривать даже ещё более экстремальные условия нагрузки.

С учётом особых свойств CO₂, указанных выше, становится ясно, что стандартные компрессоры могут использоваться только в очень ограниченной области применения. Современные СО₂-компрессоры проектируются с пятикратным запасом прочности по внутреннему давлению, и это должно подтверждаться при проведении регулярных проверок. Даже с учётом наличия внутреннего предохранительного клапана давления, внешних предохранительных клапанов, а также с учётом индивидуальных испытаний согласно соответствующим предписаниям ЕС обычные границы применения (HP -высокое давление 28 бар/ LP -низкое давление 19 бар) могут быть приподняты ещё выше. При необходимости, рекомендуется применять прокладки с металлическим усилением. Применение чугуна со сферической графитной структурой вместо серого чугуна для литья корпусных деталей позволяет повысить их механическую прочность при той же толщине стенок. Самый простой путь приспособления компрессора для работы на CO₂ - это комбинирование в одном типовом корпусе определённой серии компрессоров малой объёмной производительности с большой мощностью двигателя. Для поршневого компрессора это означает использование малого диаметра поршней, что приведёт в результате к снижению нагрузки на подшипники и уменьшению изгибающего усилия на коленчатый вал. Это также относится и к подшипникам пальцев шатунов, которые также воспринимают значительные нагрузки. В малых поршневых компрессорах пальцы, как правило, скользят непосредственно в соединяемых деталях, но с учётом специфических нагрузок при работе на CO₂ необходимо на пальцы установить дополнительные подшипники скольжения.

В различных отраслях холодильной технике СО₂ показывает более высокую энергетическую эффективность по сравнению с другими альтернативами. В среднем рабочее давление в системах на СО₂ выше, чем при многих других альтернативах. Тем не менее, это приводит к увеличению степени сжатия в 5-10 раз, в результате чего уменьшаются проходные сечения в системе. Однако, могут использоваться трубки меньшего диаметра и компоненты меньших размеров. Часто это приводит к уменьшению веса системы, уменьшению объема, а также к уменьшению затрат на оборудование.

Таким образом, в настоящее время актуальное значение приобретает проблема оценке перспектив применения диоксида углерода в качестве хладагента в холодильной технике.