Ph диаграмма холодильного цикла
Для построения обратных холодильных циклов и определения значений параметров хладагента в любой точке замкнутого контура холодильной машины используют различные диаграммы состояния: p-v, T-s, p-i.
Обычно построение и расчёт процессов цикла холодильной машины осуществляют с помощью lg p, i-диаграммы, показанной на рисунке 4.22 (детальную диаграмму состояний для фреона-12 смотреть в приложении Л). Рабочее поле (фон) диаграммы lg p-i содержит линии фиксированных дискретных значений термодинамических параметров: t=const (изотермы), p=const (изобары), v=const (изохоры), s =const (адиабаты), i=const (изоэнтальпы).
Определяющую роль на диаграмме играют две пограничные кривые: левая линия характеризует состояние насыщенной жидкости (на ней паросодержание c=0), а правая – состояние сухого насыщенного пара (c=1). Между пограничными кривыми сухости влажного пара находится область кипения (область влажного пара), заполненная также кривыми, обозначающими промежуточные значения сухости влажного пара(c=const).
Для рабочего холодильного цикла (контур 1–2–3–4 показан на рисунке 4.22 зелёным цветом), в отличие от теоретического (показан там же красным цветом), характерно, что компрессор всасывает из испарителя не сухой насыщенный пар с параметрами pо и tо, а перегретый (точка 1). Перегрев пара происходит в испарителе, трубопроводе или специальном теплообменнике. Пары хладагента адиабатически (по линии s=const) сжимаются до давления в конденсаторе pк (процесс 1–2) и при этом нагреваются за счёт механической энергии (работы) до температуры t2 (перегрев сжатия – точка 2).
Горячие пары хладагента по трубопроводу нагнетаются компрессором в конденсатор, где у них при постоянном давлении pк сначала снимается перегрев (процесс 2–2’), а затем начинается их конденсация при постоянных давлении pк и температуре tк. Завершается конденсация в точке 3’; при этом хладагент сбрасывает энергию в окружающую среду (атмосферному воздуху или охлаждающей воде).
Рисунок 4.22 – p, i -диаграмма теоретического и действительного цикла одноступенчатой паровой компрессионной холодильной машины
Жидкий хладагент переохлаждается в конденсаторе или специальном теплообменнике (процесс 3’–3) для гарантии полного отсутствия пузырьков пара перед регулирующим вентилем и увеличения полезной холодопроизводительности.
Далее жидкий хладагент поступает в терморегулирующий вентиль, где его давление снижается от высокого pк до низкого pо (изоэнтальпный процесс дросселирования 3–4); В конечной точке расширения устанавливается температура tо, а часть жидкости превращается в пар. Полученная парожидкостная смесь направляется в испаритель, где жидкий хладагент кипит при постоянных pо и tо (изобарный и одновременно изотермический процесс 4–1), отнимая теплоту от охлаждаемого объекта (воздуха грузового помещения или рассола). Образующиеся пары хладагента отсасываются компрессором, и цикл повторяется.
Создавая в испарителе низкое давление, компрессор, таким образом, поддерживает непрерывное кипение хладагента в испарителе за счёт отвода теплоты от холодоносителя. Чем ниже надо получить температуру в охлаждаемом объекте, тем ниже должно быть давление в испарителе.
Следует отметить, что в рабочем холодильном цикле в испарителе и конденсаторе давление несколько снижается вследствие потерь напора на трение хладагента о стенки труб, поэтому процесс сжатия паров в компрессоре требует большей затраты работы.
Исходными данными для построения на диаграмме состояний холодильного цикла одноступенчатой паровой компрессионной холодильной машины являются:
– температура кипения хладагента в испарителе – tо;
– температура конденсации хладагента в конденсаторе – tк;
– температура всасывания паров хладагента в компрессор – t1;
– температура переохлаждения хладагента перед ТРВ – t3.
Построение цикла начинают с нанесения изобар pо=const и pк =const, отвечающих изотермам tо и tк в области кипения. В местах пересечения изобар pо и pк с пограничными кривыми c=0 и c=1 получаем точки 1’, 2’, 3’ и 4’. Точка 1’ соответствует завершению процесса кипения хладагента в испарителе, точки 2’ и 3’– соответственно началу и завершению конденсации хладагента в конденсаторе, а точка 4’ – началу частичного кипения жидкого хладагента при дросселировании его в ТРВ.
На пересечении изотермы t1 с изобарой pо в области перегретого пара получаем точку 1 цикла, из которой проводим адиабату s1-2 до пересечения с изобарой pк. Таким образом получаем точку 2 цикла. Точку 3 получают на пересечении изотермы t3 с изобарой pк в области переохлаждённой жидкости, а точку 4 – на пересечении перпендикуляра, опущенного из точки 3, с изобарой pо.
Расчёт ходильного цикла
Целью расчёта цикла является определение величины подачи компрессора и тепловой нагрузки конденсатора при заранее известной потребной холодопроизводительности машины.
Сначала по диаграмме состояний (см. рис. 4.22) определяют удельное теплосодержание хладагента в точках 1, 2, 3 и 4 (i1, i2, i3, i4) и основные показатели цикла:
– удельную массовую холодопроизводительность qо, кДж/кг;
– удельную работу l, затрачиваемую компрессором на сжатие, кДж/кг;
– удельную нагрузку на конденсатор qк, кДж/кг;
– холодильный коэффициент x.
q0 = i1 – i4,
qк = i2 – i3= qо + l,
.
Затем определяют величину подачи компрессора Vп.к, м3/с, которая определяет конструктивную реализацию компрессора:
,
где Qо– заданная потребная холодопроизводительность машины, кВт; v1 – удельный объём паров хладагента при всасывании компрессором (определяется по диаграмме состояний), м3/кг.
Потребная мощность компрессора, кВт:
Nк= Q0 / x.
Тепловая нагрузка на конденсатор, т. е. количество теплоты, отводимое от хладагента в конденсаторе в единицу времени:
.
Приведённая схема расчёта справедлива для теоретических, рабочих, стандартных или моделированных циклов при соответствующих значениях tо, tк, t1, t2 и t3.
4.5 Основные элементы транспортных
холодильных установок
Компрессоры
Компрессор паровой компрессионной холодильной машины, получившей наибольшее распространение на хладотранспорте, представляет собой сложное устройство с движущимися частями. Он во многом определяет экономичность, надёжность и долговечность машины. Компрессор предназначен для создания низкого давления в испарителе (путём отсасывания паров, образующихся в результате кипения хладагента), и высокого давления в конденсаторе (необходимо для поддержания достаточно высокого уровня температуры сжижения паров хладагента при отводе теплоты в окружающую среду).
Паровые компрессионные холодильные машины комплектуются компрессорами разных типов:
– ротационными и винтовыми, где процесс сжатия паров хладагента происходит за счёт уменьшения замкнутого начального объёма рабочей полости;
– турбокомпрессорами. Здесь используют центробежный способ повышения давления, который заключается в преобразовании части кинетической энергии потока паров хладагента на профилированных лопатках вращающегося диска в потенциальную энергию в диффузоре;
– поршневыми, которые создают возвратно-поступательные движения поршня в цилиндре. Здесь с помощью системы клапанов происходит разрежение в одной части контура хладагента и давление в другой.
Более 90% всех паровых компрессионных холодильных машин оснащено поршневыми компрессорами, поэтому их работа изучается достаточно подробно.
Рассмотрим рабочий процесс поршневого компрессора. Движение поршня обеспечивается от внешнего привода (дизель, электродвигатель и др.) через маховик и кривошипно-шатунный механизм (рисунок 4.23, в).
В крышке цилиндра расположены всасывающий 1 и нагнетательный 2 клапаны. За один оборот маховика, т. е. за два хода поршня 4, в цилиндре 3 совершается полный цикл рабочего процесса (всасывание, сжатие, нагнетание и расширение).
Рисунок 4.23 – Теоретическая (а) и действительная (б) диаграммы
работы компрессора (в)
В идеальном(теоретическом) компрессоре поршень доходит до крышки цилиндра, т. е. не имеет зазора, называемого вредным пространством. Поэтому клапан 1 открывается сразу же с началом движения поршня 4 вправо вследствие создающегося под поршнем разрежения, и всасывание паров хладагента из испарителя в цилиндр 3 происходит при постоянном давлении pо на всём протяжении хода поршня (пол-оборота маховика, линия а–b на рисунке 4.23, а). Объём всасываемого пара равен объёму, описываемому поршнем Vh за один ход.
При обратном ходе поршня всасывающий клапан 1 сразу же самопроизвольно закрывается, и происходит адиабатическое сжатие замкнутого объёма паров в цилиндре до давления pк в конденсаторе (линия b–с). После этого нагнетательный клапан 2 самопроизвольно открывается, и через него при дальнейшем движении поршня влево сжатые пары выталкиваются (нагнетаются) в конденсатор при постоянном давлении pк (линия с–d).
Так как рассматриваемый идеальный цилиндр не имеет вредного пространства, то весь сжатый пар вытесняется в конденсатор. При начале повторного движения поршня вправо давление в цилиндре мгновенно снижается до pо, вследствие чего нагнетающий клапан 2 закрывается, а всасывающий клапан 1 открывается, и траектория изменения давления под поршнем при работе компрессора повторяется.
В реальномкомпрессоре между поршнем в его крайнем левом положении и крышкой цилиндра всегда имеется расстояние 1…3 мм, которое образует вредное пространство, чтобы исключить возможность удара поршня о крышку при температурном расширении кривошипно-шатунного механизма в процессе работы. Вредное пространство сильно изменяет рабочий процесс компрессора и приводит к значительным объёмным потерям (см. рис. 4.23, б). Во вредном пространстве при крайнем левом положении поршня всегда остаётся сжатый пар объёмом Vc с давлением pк. При движении поршня вправо пар расширяется при закрытых клапанах 1 и 2 до давления po (кривая d–a на рисунке 4.23, б). Только после этого клапан 1 сможет открыться для всасывания новой порции пара.
Индикаторная (опытная) диаграмма, показанная на рисунке 4.23, б), отличается от теоретической ещё и отклонениями давления от pо и pк. Возникающая разность (Dpо и Dpк) называется декомпрессией, соответственно, в испарителе и конденсаторе. Декомпрессия служит для создания дополнительный напора на преодоление сопротивления всасывающего и нагнетательного клапанов. Объёмы Vc1и Vc2вместе с Vc образуют неиспользованное пространство, что понижает эффективность работы компрессора.
Работа компрессора l, необходимая для повышения потенциала хладагента и сброса теплоты в окружающую среду, эквивалентна, как известно из термодинамики, площади цикла в координатах p–V. Очевидно, что её действительное значение больше теоретического. Интегральную оценку потерь в реальном компрессоре, связанных с наличием в нём вредного пространства, даёт коэффициентподачи l, который представляет собой отношение фактической подачи компрессора (фактически всасываемых компрессором паров) Vп.к к геометрическому объёму, описываемому поршнем Vh, т. е. к теоретическому объёму всасывания, доли единицы
l = Vп.к/Vh < 1.
Этот коэффициент зависит от величины вредного пространства, степени сжатия pк/pо, типа компрессора, величины изношенности деталей поршня, клапанов и др. Обычно коэффициент подачи компрессора определяют опытным путём или рассчитывают, доли единицы:
l = lп×lv;
где lп – коэффициент потерь от подогрева компрессора, доли единицы; lv – коэффициент объёмных потерь, доли единицы.
;
,
где То – абсолютная температура кипения хладагента, К; Тк – абсолютная температура конденсации хладагента; pо – давление кипения хладагента в испарителе, МПа; pк – давление конденсации хладагента в конденсаторе, МПа; Dpо – потеря напора при всасывании хладагента компрессором, МПа; Dpк – то же, при нагнетании хладагента в конденсатор, МПа; с – величина относительного вредного пространства, доли единицы.
Величины Dpо, Dpк, с – конструктивные характеристики конкретного компрессора.
Геометрический объём, описываемый поршнями компрессора, можно определить, м3/ч:
,
где D – диаметр цилиндра, м; h – ход поршня, м; n – частота вращения вала компрессора, об/мин; z – количество цилиндров.
Тогда при известных Vhиl можно рассчитать действительную подачу компрессора Vп.к, м3/c:
Vп.к= Vh ×l.
К другим основным параметрам компрессора относятся холодопроизводительность Qo, и потребляемая мощность Nд. Под холодопроизводительностью компрессора понимается холодопроизводительность установки, в составе которой работает этот компрессор, кВт:
,
где qv – теоретическая объёмная холодопроизводительность 1 кг хладагента, м3/ч; v1 – удельный объём хладагента при всасывании компрессором (см. прил. Л).
Поскольку коэффициент подачи компрессора l и другие величины при изменениях режима работы не остаются постоянными, то и холодопроизводительность будет зависеть от режима (в особенности от температур tо, tк, t1 и t2).
Понижение температуры кипения tо и, следовательно, давления в испарителе po связано с заметным уменьшением холодопроизводительности компрессора вследствие убывания qo и увеличения удельного объёма засасываемого пара v1. Кроме того, с понижением давления кипения увеличивается отношение рк/ро (степень сжатия) и соответственно уменьшается коэффициент подачи компрессора l. В целом при понижении to на 1 °С холодопроизводительность одноступенчатых холодильных машин резко уменьшается – на 4…6 %.
С повышением температуры конденсации на 1 °С холодопроизводительность одноступенчатой установки также снижается (на 1,0…1,5 %), так как уменьшаются qo и l вследствие увеличения давления конденсации. Следовательно, превышение параметров холодильной машины за пределы паспортных (номинальных) значений верхнего и нижнего давлений (а значит, и температур фазовых переходов) чревато заметным понижением её холодопроизводительности.
Мощность, потребляемую компрессором в сложившихся условиях, находят как теоретическую по холодопроизводительности машины
Nт = Qo/x,
учитывая при этом её увеличение в связи с дополнительными потерями: энергетическими, гидравлическими, механическими (на трение в сопрягающихся элементах).
Читайте также:
Рекомендуемые страницы:
Вам нужно быстро и легко написать вашу работу? Тогда вам сюда…
©2015-2021 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-04-15
Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных
Поиск по сайту:
Мы поможем в написании ваших работ!
Мы поможем в написании ваших работ!
Мы поможем в написании ваших работ!
Источник
Диаграммы p-h, log(p)–h, T-s, h-s используются для построения циклов холодильных машин, в зависимости от используемого хладагента, а также для определения свойств вещества в заданной точке цикла
Диаграммы p-h, log(p)–h отличаются масштабом оси давления: в одном случае – это p, в другом – lg p.
Диаграмма log(p)–h
На рисунке 1 показано схематическое изображение диаграммы log(p)–h. В центре диаграммы расположена в виде перевернутой буквы U линия насыщенной жидкости, верхняя точка которой является критической. Эта линия разделяет диаграмму на 3 диапазона. В диапазоне (1) хладагент находится в жидкой фазе, в диапазоне (2) в парожидкостной (двухфазное состояние), в диапазоне (3) в фазе перегретого пара.
По такому же принципу построены T-s и h-s диаграммы – линия насыщенной жидкости делит диаграмму на 3 диапазона.
Рисунок 1 – Схематическое изображение диаграммы log(p)–h
По оси абсцисс диаграммы откладывается удельная энтальпия h, кДж/кг
По оси ординат, которая представляет собой логарифмическую шкалу, нанесено значение давления p, Бар
Красными линиями (T=const) показаны изотермы – линии постоянной температуры Т, т.е. вдоль изотермы температура вещества остается постоянной. Единицы измерения температуры на диаграмме °С. Примечательно, что изотермы внутри диапазона (2) парожидкостной смеси – прямые, а за линией насыщения они принимают траекторию кривых.
Синими линиями (s=const) показаны изоэнтропы – линии постоянной энтропии s, т.е. вдоль изоэнтропы энтропия вещества остается постоянной. Единицы измерения энтропии на диаграмме Дж/(кг•K).
Зелеными линиями (v=const) показаны изохоры – постоянного удельного объема v, т.е. вдоль изохоры удельный объем вещества остается постоянным. Единицы измерения удельного объема на диаграмме м³/кг.
Также на диаграмме тонкими линиями черного цвета (x=const) внутри диапазона (2) проходят линии постоянной сухости x, показывающие процентное содержание пара в смеси. Линия x = 0,1 соответствует состоянию газа с 10% содержанием пара и 90-% содержанием жидкости. Кривые x = 0 и x = 1 являются пограничными линиями. Линия х = 0 – это линия жидкого хладагента, а линия х = 1 – это линия пара.
Диаграмма T-s
Рисунок 2 – Схематическое изображение диаграммы T-s
По оси абсцисс диаграммы откладывается энтропия s, Дж/(кг•K)
По оси ординат нанесено значение давления температуры T, °С
Красными линиями (p=const) показаны изобары – линии постоянного давления p, т.е. вдоль изобары давление вещества остается постоянным. Единицы измерения давления на диаграмме бар. Примечательно, что изобары внутри диапазона (2) парожидкостной смеси – прямые, а за линией насыщения они принимают траекторию кривых.
Синими линиями (h=const) показаны изоэнтальпы – линии постоянной энтальпии h, т.е. вдоль изоэнтальпы энтальпия вещества остается постоянной. Единицы измерения энтальпии на диаграмме кДж/кг.
Также как и на диаграмме log(p)–h, на диаграммах T-s и h-s зелеными линиями (v=const), показаны изохоры, а тонкими линиями черного цвета (x=const) – линии постоянной сухости (описание см. выше – описание диаграммы log(p)–h).
Диаграмма h-s
Рисунок 3 – Схематическое изображение диаграммы h-s
По оси абсцисс диаграммы откладывается энтропия s, Дж/(кг•K)
По оси ординат диаграммы откладывается удельная энтальпия h, кДж/кг
Синими линиями (p=const) показаны изобары.
Красными линиями (T=const) показаны изотермы.
Таблица 1
Наименование параметра диаграммы | Наименование направления или пример графического изображения | ||
Диаграмма log(p)–h | Диаграмма T-s | Диаграмма h-s | |
h=const | Ось абсцисс | ——h=450— | Ось ординат |
p=const | Ось ординат | ——80—— | ——p=5,0— |
T=const | ——100—— | Ось ординат | ——100—— |
s=const | ——s=1,85— | Ось абсцисс | |
v=const | ———v=0,015—— | ||
x=const | ———x=0,10—— | ||
Источник
Искусственное охлаждение в паровых холодильных машинах основано на процессе кипения холодильных агентов при низких температурах, в результате чего они переходят из жидкого состояния в пар, поглощая определенное количество теплоты. Чтобы процесс искусственного охлаждения был замкнутым и повторяющимся, пар холодильного агента сжимается, а затем конденсируется путем охлаждения. Таким образом, в холодильной машине происходят два процесса фазового перехода хладагента: из жидкости в пар — кипение и из пара в жидкость — конденсация. Эти процессы и составляют суть работы паровой компрессионной машины.
Изучение отдельных процессов, входящих в цикл паровой компрессионной машины, а также связи между ними, их взаимного влияния друг на друга может быть упрощено при использовании термодинамических диаграмм холодильных агентов. Умение пользоваться диаграммами необходимо также для контроля и анализа параметров действующих холодильных установок;
Рисунок 7.1 – Диаграммаi – lgP для аммиака.
Рисунок 7.2 – Диаграмма i – lgP для фреона-22.
настройки приборов автоматического контроля и регулирования; расчета и подбора холодильного оборудования при реконструкции и расширении действующих установок.
Для каждого холодильного агента существуют свои диаграммы, но принцип их построения и пользования ими одинаков. На рисунках 7.1 и 7.2 приведены диаграммы для аммиака и хладона R-22. Наиболее часто применяемыми являются диаграмма энтальпия-давление (l — lgP диаграмма) и диаграмма энтропия-температура (S — T диаграмма), из которых диаграмма энтальпия-давление наиболее удобна, и именно она будет рассматриваться в дальнейшем.
На рисунке 7.3а показано, что диаграмма разделена на три зоны, отделенные друг от друга кривыми насыщенной жидкости и насыщенного пара.
Зона переохлажденной жидкости означает, что в любой точке этой зоны хладагент находится в жидком состоянии при температуре ниже температуры насыщения при соответствующем давлении.
Зона влажного пара соответствует процессам перехода из жидкости в пар или из пара в жидкость. В любом случае хладагент представлен в виде парожидкостной смеси, называемой влажным паром. Таким образом, влажный пар — это смесь насыщенной жидкости и насыщенного пара, которая находится либо в состоянии кипения, либо в состоянии конденсации. Температура смеси насыщенных пара и жидкости одинакова и называется температурой насыщения при определенном давлении насыщения.
Фазовый переход от жидкости к пару на диаграмме проходит слева направо, а из пара в жидкость – справа налево. Содержание (долю) пара в парожидкостной смеси отражают линии постоянного паросодержания х. Они показывают массовую долю пара в парожидкостной смеси в долях единицы (рис. 3-б). На линии насыщенной жидкости паросодержаниех = 0, на линии насыщенного парах = 1, в области влажного пара 1>x>0.
Зона перегретого пара отражает состояние пара, температура которого выше температуры насыщения при соответствующем Р.
На пограничных кривых,насыщенных жидкости или пара хладагент имеет параметры насыщения, но при этом представляет собой уже однородную фазу, т. е. либо жидкость, либо пар.
При эксплуатации очень важно отличать по показаниям контрольно-измерительных приборов переохлажденную жидкость от насыщенной, а перегретый пар — от влажного или насыщенного пара, так как от этого зависят эффективность и безопасность работы установки. При одном и том же P насыщенная жидкость, влажный пар и насыщенный пар имеют одинаковую t, переохлажденная жидкость — более низкую, а перегретый пар — более высокую t. Таким образом, показания манометров при всех перечисленных состояниях будут одинаковые, а термометров — разные [1-3, 9-13, 18, 24, 25].
Диаграмма энтальпия-давление отражает шесть параметров холодильного агента, которые изображены в виде различных линий (рис. 7.3 б). Цифровые значения основных параметров даны в удельных величинах, т. е. отнесенные к 1 кг хладагента, и проставлены на поле диаграммы над соответствующими кривыми.
Линии постоянных паросодержаний проходят только в области влажного пара. Паросодержание обозначается символом х.
Рисунок 7.3 – Изображение в диаграмме i-lgP параметров холодильных агентов: а – три зоны фазового перехода, линии насыщения; б – кривые основных параметров.
Линии постоянных давлений изобары проходят через все зоны горизонтально. Логарифмический масштаб в изображении изобар применен из-за неравномерности шкалы давлений в области вакуума и избыточного давления. Величина абсолютного давления в Па•105 или в МПа, проставленная на вертикальной шкале слева диаграммы, обозначается символом Р.
Линии постоянных температур — изотермы — в области переохлаждения проходят почти вертикально, в области влажного пара — горизонтально. Здесь изотермы совпадают с изобарами, так как фазовое состояние хладагент меняет при постоянных значениях t и Р. В зоне перегретого пара изотермы идут наклонно вниз. Значения t в °С расположены рядом с кривыми постоянной температуры в зонах переохлаждения и перегрева, а также на кривых насыщенной жидкости и пара.
Линии постоянных удельных энтальпий (постоянных теплосодержаний) проходят вертикально. Удельной энтальпией называют полную энергию 1 кг рабочего тела, равную сумме удельной внутренней энергии и потенциальной энергии давления. Важно отметить, что в термодинамическом процессе при постоянном Р изменение удельной энтальпии равно удельному количеству подведенной теплоты. Это положение является основой тепловых расчетов холодильного оборудования. Значения удельной энтальпии в кДж/кг проставлены на горизонтальной шкале внизу и вверху диаграммы и обозначены символом i.
Линии постоянных удельных объемов — изохоры — обозначены прерывистыми кривыми, проходящими в областях влажного и перегретого пара. В области жидкости изохоры не нанесены из-за слишком малого объема жидкости по сравнению с объемом пара, что трудно показать в масштабе диаграммы. Поэтому удельный объем жидкого хладагента по диаграмме не определяется. Его можно определить по таблице насыщенных паров хладагента. Значения удельных объемов в м3/кг проставлены в зонах влажного и перегретого пара над соответствующими кривыми и обозначены символом v.
Линии постоянных удельных энтропии – адиабаты – проходят через поле диаграммы по диагонали. Энтропия — функция состояния термодинамической системы, характеризующая направление протекания процесса теплообмена между системой и внешней средой. Значение энтропии в кДж/(кг·К) приведены над соответствующими кривыми и обозначены символом S.
Каждой точке на поле диаграммы соответствует состояние хладагента со строго определенными параметрами. Если две точки соединить линией, то она укажет на характер процесса, протекающего между двумя состояниями. В некоторых диаграммах холодильных агентов средняя часть диаграммы в области влажного пара может быть опущена, так как параметры хладагентов в этой зоне не представляют интереса для анализа и расчетов холодильных установок.
Основные холодильные агенты
Одним из первых рабочих тел в ХМ была вода (R718), область применения которой в настоящее время ограничивается пароструйными агрегатами. Затем стали применять аммиак (R717) (1874), сернистый ангидрид (R764) (1874) – SO2, углекислоту (R744) (1881) – СО2, хлористый метил (1878) – СН3Сl, с 30-х годов XX века – фреоны – фтористые и хлористые производные углеводородов. При этом исходные углеводороды – метан СН4 (R50) и этан С2Н6 (R170). В настоящее время применяют фреоны R11 (CFCl3), R12 (CF2Cl2), R13 (CF3Cl), R22 (CHF2Cl), R113 (C2F3Cl3), R142 (C2H3F2Cl), R134 (C2H2F4). Сокращенные обозначения: для ряда метана первая цифра -1, для этанового – 11, а затем цифра, выражающая число атомов фтора, а при наличии незамещенных атомов водорода для метанового ряда к первой цифре, а для этанового ряда ко второй цифре прибавляют число атомов водорода.
Для анализа экологической целесообразности применения хладагентов используют следующие параметры: Потенциал разрушения озона ODP (Ozon Depletion Potential). Определяется наличием атомов хлора в молекуле хладагента и принят за единицу для R11 и R12.
Для хладагентов группы хлорфторуглеродов (ХФУ) ODP ≥ 1, для гидрохлорфторуглеродов (ГХФУ) ODP < 1; а для гидрофторуглеродов ODP = 0.
Потенциал глобального потепления GWP (Global warming potential). Принят за единицу для диоксида углерода СО2 с временным горизонтом 100 лет.
Хладагент R717 (аммиак). Бесцветный газ с резким запахом, обладает хорошими термодинамическими свойствами: tкип = -33,4 0С, tкр = 132,4 0С, pкр = 11,29 МПа. Давление в конденсаторе 0,8-1,3 МПа, температура 30 0С, tплавл = -77,7 0С. Относительно большая объемная холодопроизводительность, поэтому компрессор компактный. Почти нерастворим в масле, хорошо поглощается водой, с черным металлами (чугун, сталь) в реакции не вступает, но разъедает в присутствии влаги цинк, медь и ее сплавы (за исключением фосфористой бронзы). При утечках NH3 легко обнаружить по запаху. Вреден для организма, раздражает слизистые оболочки глаз и дыхательных путей. При содержании более 1% по объему воздуха приводит к отравлению. Предельно допустимая норма в производственном помещении 0,02 мг/л. Аммиак горюч (в воздухе плохо, а в кислороде хорошо). При наличии открытого огня и содержании в воздухе 13,1 – 26,8% (объемно) – возможен взрыв. Газообразный аммиак легче воздуха, жидкий – электропроводник. Аммиак – доступный, дешевый ХА, применяется в средних и крупных поршневых машинах. Требует строгого соблюдения правил техники безопасности. В мелких машинах не применяется вследствие его ядовитости и взрывоопасности.
Хладагент R12 (CCl2F2). Дифторхлорметан относится к группе ХФУ (хлорфторуглеродов CFC). Характеризуется высоким потенциалом разрушения озона (ODP = 1) и большим потенциалом глобального потепления (GWP = 8500). Бесцветный газ со специфическим запахом, в 4,18 раза тяжелее воздуха. При объемной доле в воздухе 30 % наступает удушье из-за недостатка кислорода. Предельно допускаемая концентрация (ПДК) R12, в частности при длительности воздействия 2 ч, соответствует объемной доле его 38,5…30,4 %. Невзрывоопасен, но при t > 330 °C разлагается с образованием хлорида водорода, фтористого водорода и следов отравляющего газа – фосгена. Неограниченно растворяется в масле, не проводит электрический ток и слабо растворяется в воде. Объемная доля влаги в R12 для бытовых холодильников не должна превышать 0,0004 %. Обезвоженный R12 нейтрален ко всем металлам. Характеризуется повышенной текучестью, что способствует проникновению его через мельчайшие неплотности и даже через поры обычного чугуна. В то же время благодаря повышенной текучести R12 холодильные масла проникают во все трущиеся детали, снижая их износ. Поскольку R12 хороший растворитель многих органических веществ, при изготовлении прокладок применяют специальную резину – севанит или паронит. В холодильной технике R12 широко применялся для получения средних температур.
Хладагент R22 (CHClF2). Дифторхлорметан относится к группе ГХФУ (гидрохлорфторуглеродов HCFC). Имеет низкий потенциал разрушения озона (ODP = 0,05), невысокий потенциал парникового эффекта (GWP = 1700), т.е. экологические свойства R22 значительно лучше, чем у R12. Это бесцветный газ со слабым запахом хлороформа, более ядовит, чем R12, невзрывоопасен и негорюч. По сравнению с R12 хладагент R22 хуже растворяется в масле, но легко проникает через неплотности и нейтрален к металлам. Для R22 холодильной промышленностью выпускаются холодильные масла хорошего качества. При температуре выше 330 °С в присутствии металлов R22 разлагается, образуя те же вещества, что и R12. Хладагент R22 слабо растворяется в воде, объемная доля влаги в нём не должна превышать 0,0025 %. Коэффициент теплоотдачи при кипении и конденсации на 25…30 % выше, чем у R12, однако R22 имеет более высокие давление конденсации и температуру нагнетания (в холодильных машинах). ПДК R22 в воздухе – 3000 мг/м3 при длительности действия 1 ч. Этот хладагент широко применяют для получения низких температур в холодильных компрессионных установках, в системах кондиционирования и тепловых насосах. В холодильных установках, работающих на R22, необходимо использовать минеральные или алкилбензольные масла. Нельзя смешивать R22 с R12 – образуется азеотропная смесь.
Хладагент R134a (CF3CFH2). Молекула тетрафторэтана R134а имеет меньшие размеры, чем молекула R12, что повышает опасность утечек. Относится к группе ГФУ (HFC). Потенциал разрушения озона ODP = 0, потенциал глобального потепления GWP = 1300. Физические свойства R134a приведены в табл. 9, а характеристики на линии насыщения – в приложении 8. Хладагент R134a нетоксичен и не воспламеняется во всем диапазоне температур эксплуатации. Однако при попадании воздуха в систему и сжатии могут образовываться горючие смеси. Не следует смешивать R134a и R12, так как образуется азеотропная смесь высокого давления с массовыми долями компонентов 50 и 50 %. Давление насыщенного пара R134a несколько выше, чем у R12 (соответственно 1,16 и 1,08 МПа при 45 °С). Пар R134a разлагается под влиянием пламени с образованием отравляющих и раздражающих соединений, таких, как фтороводород. Имеет эксплуатационные характеристики, близкие к R12. Для R134a характерны небольшая температура нагнетания (в среднем на 8…10 °С ниже, чем для R12) и невысокие значения давления насыщенных паров.
Хладагент R600a (C4H10). Изобутан представляет собой природный газ, не разрушающий озоновый слой (ODP = 0) и не способствующий появлению парникового эффекта (GWP = 0,001). Масса хладагента, циркулирующего в холодильном агрегате при использовании изобутана, значительно сокращается (примерно на 30 %). Удельная масса изобутана в 2 раза больше удельной массы воздуха – газообразный R600a стелется по земле. Изобутан хорошо растворяется в минеральном масле, имеет более высокий, чем R12, холодильный коэффициент, что уменьшает энергопотребление. Изобутан горюч, легко воспламеняется и взрывоопасен, но только при соединении с воздухом при объемной доле хладагента 1,3…8,5 %. Нижняя граница взрывоопасности (1,3 %) соответствует 31 г R600a на 1 м3 воздуха; нижняя граница (8,5 %) – 205 г R600a на 1 м3 воздуха. Температура возгорания равна 460 °С. Холодильные агрегаты, работающие на R600a характеризуются меньшим уровнем шума из-за низкого давления в рабочем контуре, но требуют более производительные компрессоры (объемная холодопроизводительность R600a примерно в 2 раза меньше, чем у R12)[1-3, 9-13, 18, 24, 25].
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
©2015- 2021 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.
Источник