812

дуется применять минеральные и синтетические масла с достаточно низкой температурой застывания и высокой химической стабильностью. Под химической стабильностью принято понимать склонность масел к взаимодействию с хладагентом на основе галогенопроизводных углеводородов жирного ряда при повышенных температурах и давлении.

Важнейшими эксплуатационными характеристиками холодильных масел являются:

–их способность к взаимному растворению с хладонами;

–температура, при которой из растворов выпадаю хлопья парафина.

Необходимо также контролировать агрессивность смесей хладагента с маслом по отношению к металлам и другим материалам, применяемым в холодильных машинах.

Для компрессоров холодильных машин применяют масла серии ХА и ХФ в соответствии с ГОСТ 554686:

ХА-30 – смесь дистиллятного и остаточного нефтяных масел;

ХФ12-16 – нефтяное масло с антиокислительной присадкой;

ХФ22-24 – нефтяное загущенное масло; ХФ22С-16 – синтетическое масло с антиокислительной

присадкой.

Для холодильных машин, работающих в диапазоне температур – 50...+ 150 0С, можно применять синтетическое масло ВНИИНП ХС-40, а также нефтяное масло ХМ-35.

ВПриложении см. табл. 8 приведены характеристики масел для компрессоров холодильных машин.

8.3 Хладоносители

Хладоносителями называют вещества, с помощью которых теплота от охлаждаемых объектов передается хладагенту. При этом хладоносители не изменяют своего агрегатного состояния. В холодильной технике хладоносители используют в тех случаях, когда по различным причинам применять систему непосредственного охлаждения камер нецелесообразно. Такими причинами, как правило, являются: значитель-

101

ная удаленность холодильных камер от машинного отделения, низкая температура кипения хладона в испарителе (воздухоохладителе), охлаждение одним холодильным агрегатом нескольких камер с большим различием температур в камерах и т.п.

Основные требования, предъявляемые к хладоносите-

лям:

–низкая температура замерзания, она должна быть ниже температуры в испарителе на 5-8 градусов;

–большая теплоемкость и теплопроводность;

–малая вязкость и плотность;

–химическая нейтральность к конструкционным матери-

алам;

–химическая стойкость и безвредность;

–невысокая стоимость и доступность;

Самый доступный хладоноситель – вода. Но так как температура замерзания высока (0 0С), то используется вода только в системах кондиционирования воздуха и технологических процессах при положительных температурах. При отрицательных температурах широко используются водные растворы солей NaCl, CaCl2 и MgCl2 – рассолы.

Теплофизические свойства рассолов, в том числе и температура замерзания, зависят от концентрации соли в растворе. Под концентрацией понимают число массовых частей соли, приходящихся на 100 массовых частей воды, С увеличением концентрации до определенного предела температура замерзания рассола понижается. на рис. 8.4 показана зависимость температуры замерзания растворов NaCl и CaCl2 от концентрации. Наиболее низкая температура замерзания рассола — 21,2° С при концентрации 23,1 кг соли на 100 кг раствора или 30,1 кг соли на 100 кг воды, а рассола СаС12 – 55° С при концентрации 29,9 кг соли на 100 кг раствора. или 42,7 соли на 100 кг воды.

102

Недостатком рассолов является их коррозионное воздействие на металлы, которое резко усиливается в открытых системах из-за контакта воздуха (кислорода) с рассолом. Для уменьшения коррозии к рассолам добавляют вещества, которые

Это хромат натрия с едким натром. Для получения температур ниже – 55°С использовать рассолы нельзя. В этом случае в качестве промежуточных хладоносителей используют водный раствор этиленгликоля (антифриз), фреон R30, спирты. Теплофизические свойства некоторых хладоносителей представлены в табл.

9 и 10 Приложения Чистый этиленгликоль С2Н4(ОН)2 имеет температуру за-

мерзания всего –17,5°С. Поэтому применяют водные растворы этиленгликоля, температуры замерзания которых зависят от массовой доли этиленгликоля. Растворы этиленгликоля применяют в диапазоне температур кипения от – 40 до –60°С. Этиленгликоль оказывает значительное коррозионное воздействие на металлы, поэтому для уменьшения такого отрицательного воздействия в раствор добавляют вещества, называемые пассиваторами.

Благодаря низкой температуре замерзания (–96°С) и малой вязкости широкое применение в качестве хладоносителя получил R 30. Его применяют в диапазоне температур от –40 до – 90°С. Спирты имеют более низкие температуры замерзания: этиловый спирт (tзам = – 117°С), пропиловый спирт (tзам= – 127°С). Метиловый спирт (tзам = – 97,8°С) ядовит и применять его в качестве хладоносителя не рекомендуется. Учитывая некоторые отрицательные качества рассолов, ученые постоянно ведут поиски новых видов теплоносителей.

103

Одним из таких теплоносителей является дихлорметан, имеющий малую вязкость по сравнению с вязкостью рассола СаСl2. Дихлорметан (СН2Сl2) при высоких температурах (20—30°С) очень летуч. Однако его широкое применение в холодильной технике сдерживается высокой стоимостью. В нем, как и в спиртах, содержатся летучие примеси, вредные для человека. Поэтому R30 и спирты применяют в закрытых герметичных системах, а помещения интенсивно проветривают. Теплофизические свойства хладоносителей представлены табл. 9 и 10 Приложения.

Вопросы для самоконтроля

1.Изложите требования к рабочему телу холодильной машины.

2.Состав фреонов и их условное обозначение.

3.Как по марке фреона определить его химический состав?

4.Расскажите об особенностях фазовых переходов рабочих тел холодильных машин.

5.Поясните, как определяются параметры хладагента по диаграмма состояния?

6.Какие требования предъявляются к хладоносителям?

7.Какие хладоносители на основе этиленгликолевого спирта Вам известны?

104

Глава 9. Циклы холодильных машин

Внастоящее время низкие температуры в основном создаются искусственным путем с затратой энергии. Машина, осуществляющая искусственное охлаждение с помощью подводимой энергии, называется холодильной машиной.

Вхолодильных машинах осуществляется переход теплоты от тел, менее нагретых, к телам, более нагретым в результате осуществления обратного цикла. Холодильные машины характеризуются следующими показателями: холо-

дильный эффект, холодильная мощность, холодильный коэффициент.

Холодильный эффект – это количество теплоты (q2), отводимое от охлаждаемого объекта одним килограммом хладагента.

Количество теплоты, отводимое от охлаждаемого объекта в единицу времени, называют холодильной мощностью.

Обозначают холодильную мощность Nx, выражают в ваттах (Вт).

Для определения Nx используют выражение:

где q2 – холодильный эффект;

̇– секундный массовый расход хладагента. Холодильный коэффициент устанавливает энергетиче-

скую эффективность холодильных установок и численно равен отношению количества теплоты, отведенного от охлаждаемого тела, к количеству затраченной на охлаждение энергии.

Обозначают холодильный коэффициент , из определе-

ния

0

9.1. Цикл воздушной холодильной машины

Использование в качестве хладагента воздуха при всех его термодинамических несовершенствах (отсутствие энергоёмких фазовых переходов, невысокая теплоемкость и др.)

105

привлекает доступностью, безопасностью (в том числе и экологической), возможностью непосредственной подачи в охлаждаемое помещение (т.е. реализации открытого цикла).

В воздушных холодильных машинах (ВХМ) в следствие невысокой теплоемкости рабочего тела необходимо иметь значительные его массовые расходы. Отсюда в схемах ВХМ предпочтение отдается динамическим компрессорам. Для снижения температуры рабочего тела проще всего использовать эффект дросселирования, однако более высокое значение холодильного коэффициента обеспечивает применение турбодетандеров.

На рис.9.1 представлена принципиальная схема ВХМ с

вышала температуру охлаждающего теплоносителя на 20 – 30 градусов. После теплообменника воздух с Т3 < Т2 направляется в турбодетандер, где при расширении существенно снижается его температура. Для ВХМ практический диапазон температуры Т4 от 0 до – 120 0С.

На рис. 9.2 представлен цикл ВХМ с турбодетандером в T-s координатах, где

106

1-2 – адиабата сжатия воздуха в компрессоре; 2-3 – изобара охлаждения в рекуператоре; 3-4 – адиабата расширения в турбодетандере;

4-1 – изобара подвода теплоты к рабочему телу в охлаждаемом объекте.

Холодильный коэффициент для такого типа ВХМ вычисляется по выражению (9.3)

На рис. 9.3 представлен цикл ВХМ в T-s координатах с дросселем, где

1-2 – адиабата сжатия воздуха в компрессоре; 2-3 – изобара охлаждения в рекуператоре;

3-4 –изоэнтальпа снижения температуры в дросселе; 4-1 – изобара подвода теплоты к рабочему телу в охла-

ждаемом объекте.

Холодильный коэффициент для такого типа ВХМ вычисляется по выражению

9.2. Цикл паровой компрессорной холодильной машины

Рабочим телом паровых компрессорных холодильных машин являются пары различных веществ: аммиака, угле-

107

кислоты, сернистого ангидрида, фреонов. Удельная холодильная мощность таких веществ высокая, что позволяет выполнять холодильные машины компактными и удобными в эксплуатации. Особенностью циклов данных холодильных машин является то, что подвод тепла к холодильному агенту протекает в процессе его кипения, а отвод – в основном в процессе конденсации. На рис. 9.4 приведена принципиальная схема паровой компрессорной холодильной машины (ПКХМ). Здесь сухой насыщенный пар хладагента с давлением p1, температурой T1, степенью сухости х = 1 всасывается компрессором К и адиабатно сжимается.

Рис. 9.4

На сжатие затрачивается работа l0.

Из компрессора перегретый пар с давлением p2 и температурой T2 поступает в теплообменник Т (конденсатор), в котором теплота q1 самопроизвольно передается какому-либо теплоносителю. Процесс отвода тепла идет при постоянном давлении p3=p2, при этом температура уменьшается до температуры насыщения T3 = Tн, и пар полностью конденсируется, х = 0.

Из конденсатора хладагент подается в дроссельное устройство Д. В дросселе давление хладагента снижается до величины p4., что приводит к снижению его температуры фазового перехода. Степень дросселирования устанавливается

108

токовой, чтобы Т4 была меньше температуры охлаждаемого тела. Уже в дроссельном устройстве хладагент начинает закипать.

Далее парожидкостная смесь (влажный хладагент) поступает в испаритель И. В испарителе к хладагенту при неизменном его давлении подводится тепло от охлаждаемого тела. Температура хладагента не изменяется (происходит фазовый переход - выкипает жидкая фаза во влажном паре) до состояния, когда степень сухости пара достигнет величины

Для простоты вычисления холодильного коэффициента на практике используют pi-диаграммы хладагентов.

109