ХМ представляет собой замкнутую систему аппаратов и устройств, осуществляющую холодильный цикл. Работа ХМ основана на двух законах термодинамики:
Закон сохранения энергии - устанавливает эквивалентность тепла и работы;
Устанавливает возможность передачи тепла от холодного тела к горячему, но с обязательной затратой энергии.
Для промышленного получения используются холодильные машины. Отводимое при охлаждении тепло, согласно второму закону термодинамики не может само переходить от одного тела к другому, поэтому приходится затрачивать энергию механическую или тепловую. Поэтому необходимо использовать третье тело, а именно хладогент, при затрате механической или тепловой энергии. Температура хладогента при отнятии тепла должны быть более низкой, чем охлаждаемое тело. А в момент отдачи тепла более высокой. Такой процесс возможен в случае, если в хладогнте происходят прямые превращения работы в тепло, а тепла в работу. Для непрерывного получения холода процессы теплообмена должны чередоваться, что вызывает необходимость совершения хладогентом замкнутого кругового процесса, называемого холодильным циклом.
Количество отведенного тепла, измеряемого в течении часа, называется холодопроизводительностью. Рассчитывается Qо = G*go.
go- удельная холодопроизводительность
Эффективность холодильной машины определяется холодильным коэффициентом Е = Qo/L.
Qо = количество отведенного тепла;
L - затраченная работа.
Е всегда больше единицы!!!
Холодильная машина представляет собой замкнутую систему аппаратов и устройств, осуществляющих холодильный цикл, круговой тепловой процесс.
Паровая компрессионная ХМ - основной генератор ИХ. Применяется в стационарных и транспортных холодильных установках. ХМ состоит из компрессора, конденсатора, терморегулирующего вентиля, и воздухоохладителя (испарителя). Все соединено, циркулирует хладогент. Компрессор предназначен для отсасывания паров хладогента из испарителя, и передачи сжатия из конденсатора. Хладообразный хладогент поступает в конденсатор, охлаждается воздухом или водой, охлаждается и превращается в жидкое состояние. Жидкий хладогент перезходит в терморегулирующий вентиль, предназначенный для понижения давления и температуры хладогента. Температура понижается и соответствует давлению. Затем он поступает в испаритель и кипит, при температуре -29,8. забирает тепло от окружающей среды, превращается в газ и всасывается компрессором. Циркулирует одно и тоже количество хладогента. Меняется только его состояние.
Холодильной установкой называется объединение холодильной машины с другими элементами. К ним относятся: маслоотделитель, ресивер, рассольные батареи, насосы и т.д.
Построение теоретического цикла сводится к определению параметров хладогента, т.е. вписыванию в тепловую диаграмму опорных характерных точек цикла и графическому изображению процессу протекающему в элемнтах холодильной машины. Для расчета циклов холдильной машины и определению параметров хладогента приемлема диаграмма логарифма f(i).
Энтальпия - общее количество энергии, т.е.тепла и механической работы, которое должно быть подведено к телу для того чтобы перевести его из начального состояния в заданое.
Компрессор всасывает пары хладагента, сжимает их до давления tк, идет конденсация, дросселирование.
Компрессор всасывает перегретый пар, но давление падает (1'). Адиабата сдвинется (2'). Конденсация идет с перегревом (3'), и дросселированние тоже сместится в точку 4'.
Целью теоретического расчета и цикла холодильной машины является определение потребной подачи мощности компрессора и тепловой нагрузки на конденсатор. Исходными данными для расчета служит холодопроизводительность машины и температуры кипения и конденсации, а также зависит от вида хладагента.
q0 = i1 - i4
l = i2 - i1
qk = i4 - i3
qk = q0 + l
Для построение энтальпийной диагрммы необходимы:
Темипература кипения;
Температура всасывания;
Температуру конденсации;
Холодопроизводительность.
Для получения низких температур в холодильных камерах и грузовых помещениях вагонов необходимо понизить температуру кипения. При высоких температурах наружного воздуха, понижение давления кипения и температуры приводит к возрастанию отношения Рк/Р0. Вследствие этого увеличивается коэффициент подачи λ. коэффициент подачи дает общую характеристику потерь в реальном компрессоре.
λ = Q0 / Qт
λ = G0 / Gт
На коэффициент подачи влияет и разность давлений в конденсаторе и испарителе. Поэтому возможности одноступенчатого сжатия по холодопроизводительности ограничиваются.
Для получения более низких температур и обеспечения устойчивой работы компрессора в жарких климатических условиях применяются двухступенчатые и многоступенчатые холодильные машины. Двухступенчатые холодильные машины изготавливаются с промежуточным сосудом или без него с перепускным клапоном Схема двухступенчатой машины с промежуточным сосудом.
Испаритель - цилиндр низкого давления - промежуточный сосуд - цилиндр высокого давления - конденсатор - терморегулирующий вентиль 1 - ТРВ-2 - (испаритель)
Эта схема может работать без промежуточного сосуда как одноступенчатая.
Испаритель охлаждает рассол.
Введение двухступенчатого сжатия дает возможность уменьшить степень сжатия в каждом компрессоре, а следовательно увеличить коэффициент подачи компрессоров в конденсатор.
Холодильный агент - рабочее тело холодильной машины, совершающее в ней обратный круговой процесс. Он должен удовлетворять следующим требованиям:
Термодинамическим:
Низкая температура кипения
Умеренное давление в конденсаторе
Высокую объемную холодопроизводительность
Высокие значения коэффициентов теплоотдачи и теплопроводности
Теплофизические
Молекулярная масса
Плотность
Вязкость
Газовая постоянная
Физико-химические
Взаимодействия с водой
Взаимодействия со смазочными маслами
Взаимодействия конструкционными материалами
Аммиак - NH3 - один из лучших холодильных агентов. Температура кипения его -75 С. Замерзает при -77 С. Обладает большой объемной холодопроизводительностью, легко обнаружить утечку, плохо растворяется в смазке, хорошо в воде, очень дешевый и доступный хладагент, на черные металлы и алюминий не действует. Обладает резким запахом. Основной его недостаток - ядовит и токсичен. ПДК = 20 мг/м3. при содержании его 1% возможно отравление, а при содержании 16-29%, может произойти взрыв. Жидкий аммиак проводит электричество. Из-за своей токсичности он применяется в средних и мощных холодильных установках.
Фреоны - исходными углеродами для получения основных фреонов служит метан CH4 и этан CH3. Свойства фреонов зависят от соотношения в них атомов втора, хлора и водорода.
Фреон 12 - "Хладон". Он не горючий, не взрывоопасный, бесцветный газ со слабым сладковатым запахом. Он безвреден лишь при содержании в воздухе менее 30%. Температура кипения -29,8 С. Температура замерзания -155 С. При отсутствии влаги нейтрален к металлам. Но растворяет обычную резину. Хорошо растворяется в масле. При температуре свыше 400 градусов разлагается на фосген и фтористый водород. Газообразный фреон тяжелее воздуха в 4 раза.
Холодильные установки рефрижераторов и отдельные их узлы должны удовлетворять требованиям:
Обеспечивать заданную скорость охлаждения плодоовощей, погруженных без предварительной подготовки;
Поддерживать в грузовом помещении необходимый температурный режим в любых климатических зонах.
Обладать высокой автоматизацией и надежностью в эксплуатации.
Иметь малые габариты и массу.
Выдерживать высокие нагрузки и вибрацию. Особенно сохранять работоспособность при соударении.
Быть долговечными, высокоэкономичными в эксплуатации.
Компрессор - один из основных элементов холодильной машины. Он отсасывает пары хладагента из испарителя, сжимает их и нагнетает в конденсатор. К основным типам относятся:
Поршневые (распространены);
Центробежные или турбокомпрессоры;
Ротационные;
Здесь механическая энергия превращается в потенциальную энергию сжатого пара. Поршневые компрессоры класифицируются:
По области применения: Стационарные; Транспортные.
По хладагенту: Аммиачные;Фрионовые;Углекислотные.
По числу степеней сжатий: Одноступенчатые;Двухступенчатые;Многоступенчатые.
По числу цилиндров:Одноцилиндровые;Многоцилиндровые.
По характеру движения хладагента:Прямоточные;Непрямоточные.
По частоте вращения вала:Тихоходные (до 500 об/мин);Быстроходные (более 500 об/мин).
По холодопроизводительности:Мелкие (до 3,5 кВт);Малые (до 23 кВт);Средние (до 115 кВт);Крупные (более 115 кВт).
В рефрижераторных поездах и 12-вагонных секциях установлены аммиачиные прямоточные компрессоры.
По заданной холодопроизводительности можно определить объем описываемый поршнями:
Vп = 3,6 *Qо / (gv * λ)
Qо - холодопроизводительность;
gv - объемная удельная холодопроизводительность;
λ - коэффициент подачи, дает общую оценку потерь в реальном компрессоре. В зависимости от вредного пространства, температуры всасываемого хладагента, скорости движения и др.
gv = gо / v1
При построении теоретической диаграммы принимают, что при движении поршня слева направо открывается клапан, пар хладагента поступает в цилиндр. Практически этого не бывает. Потому что существует вредное пространство, которое приводит к большим потерям и это видно на действительной индикаторной диаграмме;
Теоретическая холодопроизводительность равна:
Qо = Vп * gv * λ / 3,6
G = Qо/ gо
Для аммиачных компрессоров они равны -15, 30, -10, 25 С соответственно. Для фрионовых -15, 30, 15, 25 С.
Холодопроизводительность рассчитанная при этих температурах называется стандартной холодопроизводительностью. Однако в процессе эксплуатации холодильная машина работает в условиях изменяющихся наружных температур и при этом изменяет температура кипения, конденсации и холодопроизводительность машины. Эта холодопроизводительность называется рабочей холодопроизводительностью:
Qс = Vп * gvc * λc / 3,6
Рабочая холодопроизводительность:
Qр = Vп * gvр * λр / 3,6
Qр = Qс * (gvр * λр) / (gvс * λс)