Лекция №18 Корабельные холодильные машины.

1. Классификация, принцип действия и основные понятия из теории корабельных хм.

2. Парокомпрессионные холодильные машины.

3. Пароэжекторные холодильные машины. Текст лекционного занятия 3.8.

1.Классификация, принцип действия и основные понятия из теории корабельных хм.

1.1.Классификация холодильных машин.

Для получения холода в холодильной технике чаще всего применяют холодильные машины, действие которых основано на использовании физических процессов с затратами энергии и тепла.

К числу этих процессов относят фазовые превращения веществ (парообразование, сублимация, плавление, растворение), а также расширение сжатого газа (эффект Джоуля-Томпсона).

Среды, в которых происходят эти процессы называют хладагентами. Они и являются рабочей средой холодильных машин.

В холодильных машинах хладагент отнимает тепло от охлаждаемой среды (тепло всегда идёт от среды, имеющей более высокую температуру к среде с более низкой температурой), а затем передаёт его в окружающую среду.

Поэтому, для того, чтобы охладить хладагентом тот или иной объект до температуры, которая была бы ниже температуры окружающей среды, необходимо нагреть хладагент до температуры, превышающей температуру окружающей среды, то есть произвести некоторые затраты энергии. (Это следует из второго начала термодинамики).

В зависимости от источников этой энергии холодильные машины подразделяются на: --компрессорные;

- абсорбционные;

- эжекторные.

Компрессорные машины используют для переноса тепла механическую энергию, а абсорбционные и эжекторные – тепловую. (Поэтому абсорбционные и эжекторные машины иногда называют теплоиспользующими).

На кораблях наибольшее распространение получили компрессорные, пароэжекторные и абсорбционные холодильные машины.

Кроме холодильных машин для получения холода иногда используют специальные устройства (полупроводниковые термоэлементы и вихревые трубы), работа которых основана на термоэлектрическом и вихревом охлаждающих эффектах.

В пароэжекторных и абсорбционных холодильных машинах хладагентом служит вода, а для получения холода используется процесс её парообразования при пониженном давлении хладагента и, соответственно, при низкой температуре его кипения.

Например, если вода при атмосферном давлении кипит при 100 ^oC, то при давлении 610^-10 МПа температура её кипения составит всего 0 ^oC при наиболее высокой теплоте парообразования (2500 кДж/кг).

При использовании воды в качестве хладагента нельзя добиться охлаждения сред до отрицательных температур. Поэтому пароэжекторными и абсорбционными холодильными машинами обслуживаются, в основном, системы кондиционирования воздуха. В паровых компрессорных холодильных машинах в качестве хладагента чаще всего используют хладоны. Можно использовать и другие хладагенты (СО₂, аммиак) с низкой температурой кипения, что позволяет получать низкие температуры охлаждаемых сред.

1.2.Характеристика хладагентов.

Хладоны (хладоны) — это вещества с низкой температурой кипения и большой удельной холодопроизводительностью.

Они взрывобезопасны и пожаробезопасны, инертны к конструкционным металлам, обладают повышенной текучестью и высокой проникающей способностью.

Хладоны и смазочные масла взаимно растворимы. Вода в хладонах растворяется плохо, а при работе холодильной машины может замерзнуть и забить проходные отверстия в арматуре. Поэтому ее содержание в хладонах при заполнении машины регламентируется, а в составе машины имеются осушители, заполненные силикагелем.

По химическому составу хладоны — это фтористые, хлористые или бромистые производные метана (СН₄), этана (C₂H₆), пропана (С₃Н₃), бутана (С₄Н₁₀). Общая химическая формула хладонов С_mH_nF_pCl_qBr_r, где индексы m, п, р, q, r обозначают число атомов в молекуле, причем т m  1; р  1, а остальные индексы могут принимать значения 0,1,2....

Температура кипения и удельная теплота парообразования наиболее распространенных хладагентов приведены в таблице 18.1.

Воздух — инертный нетоксичный газ с низкой температурой кипения и малой объемной холодопроизводительностью.

Углекислота — инертный газ, который требует высоких давлений в цикле и поэтому используется редко.

Аммиак — бесцветный, резко и неприятно пахнущий газ, ядовит уже при небольших концентрациях, электропроводен.

При нагревании воспламеняется, при концентрации 1627 % образует взрывчатую смесь. Аммиак инертен к сталям, но взаимодействует с цветными металлами. Разрушает медь и ее сплавы, разъедает цинк. Хорошо растворим в воде, в масле растворяется ограниченно. Несмотря на токсичность, взрывопожароопасность, используют в береговых холодильных установках и установках охлаждения провизионных камер надводных кораблей.

Таблица 18. 1

Наименование хладагента	Температура кипения при атмосферном давлении, 0С	Удельная теплота парообразования при температуре кипения, кДж/кг
Аммиак	-33,40	1373
Ацетон	56,10	604,8
Вода	100	2 256
Воздух	-193	196,7
Двуокись углерода	-78,50	573,4
Хладон-11	-23,65	181,6
Хладон-12	-29,80	167,4
Хладон-22	-40,80	233,9

Вода — широко распространенная и нетоксичная жидкость, обладает высокой теплотой парообразования, высокой температурой кипения при атмосферном давлении, сравнительно высокой температурой затвердевания.

В связи с высокой температурой кипения при атмосферном давлении, вода может использоваться только в вакуумных холодильных установках, где парообразование происходит при низких давлениях, которые значительно меньше атмосферного давления.

Ввиду большого удельного объема паров воды (при её использовании в качестве хладагента), для обеспечения перемещения воды при работе холодильных машин необходимо использовать высокопроизводительные насосы.

В связи с высокой температурой затвердевания воды (0°С), холодильные машины, использующие воду, работают только при положительных температурах испарения.