Студопедия
Случайная страница | ТОМ-1 | ТОМ-2 | ТОМ-3
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатика
ИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханика
ОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторика
СоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансы
ХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника

Хладагент R600a (C4H10).

Читайте также:
  1. Заправка системы хладагентом
  2. Классификация холодильных установок, хладагенты и требования к ним.
  3. Области применения хладагентов.

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).

Таблица 1

Характеристика ХА при температуре кипения t0 = -15 0C и температуре конденсации tк = 30 0С при всасывании сухих насыщенных паров

ХА pк, МПа p0, МПа Весовая холодопроизводительность, кДж/кг Объемная холодопроизводительность, кДж/м3 Отн. размеры комп-в
Аммиак 1,17 0,24      
Углекислота 7,18 2,28 125,6   0,28
Фреон-22 1,2 0,30     1,06
Фреон-12 0,74 0,18     1,69
Фреон-142 0,39 0,08     3,33

 

1.3.2. ХОЛОДОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ МАШИНЫ

Как известно, холодопроизводительность машины Q0, кДж/ч – количество тепла, которое ХМ отнимает от охлаждаемой среды в течение часа. Весовая холодопроизводительность q0, кДж/кг – холодопроизводительность 1 кг циркулирующего ХА. Объемная холодопроизводительность qv, кДж/м3 – холодопроизводительность 1 м3 паров ХА, засасываемых компрессором

где v1 – удельный объем пара, засасываемого компрессором, м3/кг.

где G – количество ХА, проходящего по испарителю в час, кг/ч.

где V – объем ХА, поступающего в компрессор в течение часа, м3/ч.

Рис. 19. T-s-диаграмма ПКХМ

Как известно, для поршневых компрессоров:

где λ – коэффициент подачи компрессора,

Vh – объем, описанный поршнем (поршнями), м3/ч.

где z – число цилиндров.

Тогда:

(А)

Для одного и того же компрессора величина Vh неизменна (при n=const). Следовательно, Q0 зависит от qv и λ. qv зависит от температурного режима цикла. С понижением температуры кипения t0 величина уменьшается, так как с понижением температуры (и давления) кипения v1 резко увеличивается, в то время как q0 почти не изменяется. При постоянной температуре кипения qv может изменяться в зависимости от температуры перед РВ tп. С понижением tп объемная холодопроизводительность qv увеличивается, так как увеличивается q0.

Таким образом, при разных t0 и tп ХМ с одним и тем же компрессором дает разную холодопроизводительность Q0. С повышением температуры кипения и понижением температуры перед РВ холодопроизводительность машины увеличивается и наоборот. На величину действительной холодопроизводительности влияет также температура конденсации tк, так как при этом изменяется отношение pк/p0, а следовательно, и λ. Наиболее резкое влияние на величину холодопроизводительности оказывает температура кипения ХА. Повышение t0 на 1 0С в аммиачных машинах приводит к увеличению Q0 примерно на 6%, во фреоновых – на 4%. График зависимости холодопроизводительности Q0 от температуры кипения t0 называется характеристикой ХМ (компрессора).

Рис. 20. Характеристики ХМ

 

Для сравнения ХМ их холодопроизводительности необходимо определять при одинаковых условиях работы, которые характеризуются четырьмя температурами: t0 – температура кипения, tк – температура конденсации, tвс – температура всасывания, tп – температура перед регулирующим вентилем.

Таблица 2

Сравнительные температурные режимы для ХМ

Режим Температура, 0С
t0 tвс tк tп
Стандартный для аммиачной машины -15 -10 +30 +25
Стандартный для фреоновых машин -15 +15 +30 +25
Плюсовой фреоновый для условий кондиционирования воздуха +5 +15 +40 +30
Низкотемпературный для фреона -35 +15 +30 +25
Низкотемпературный для аммиака -40 -30 +30 +25

Ранее для одноступенчатых машин в качестве сравнительных условий были приняты «нормальные»: t0 = -10 0С, tк = +25 0С, tп = +15 0С, всасывание сухого насыщенного пара.

Таким образом, в литературе встречаются термины для холодопроизводительности – стандартная, нормальная, для условий кондиционирования.

В каталогах и справочниках обычно дается холодопроизводительность ХМ в сравнительных условиях работы. Практически ХМ работают при режимах, которые определяются эксплуатационными условиями. Эти рабочие условия, как правило, отличаются от сравнительных. Температура кипения t0 поддерживается такой, которая требуется для охлаждения объекта, а температура конденсации tк определяется температурой охлаждающей воды или воздуха. Холодопроизводительность Q0 в рабочих условиях соответственно отличается от указанных в каталогах и справочниках. Зависимость между рабочей и стандартной холодопроизводительностью можно получить из уравнений:

(Б)

Уравнением (Б) слудет пользоваться только тогда, когда для машин отсутствуют характеристики. Для машин, серийно выпускаемых, холодопроизводительность определяют по характеристикам Q0-t0, опубликованным в каталогах и специальной литературе.


1.3.3. МНОГОСТУПЕНЧАТЫЕ И КАСКАДНЫЕ ХМ

Когда в охлаждаемом помещении необходимо значительно понизить температуру (например, в камерах замораживания продуктов получить –(25..35) 0С), в испарителе ХМ поддерживают низкую температуру кипения при соответствующем низком давлении. В таких случаях значительно возрастает степень повышения давления и применение одноступенчатого компрессора становится экономически невыгодным. Поэтому применяют 2-х-ступенчатые ХМ (при ε>7). При этом предусматривают межступенчатое охлаждение паров ХА водой или жидким ХА. Водой пар охлаждается относительно мало, пар не доходит до насыщения, такое охлаждение называется неполным промежуточным охлаждением. Полное промежуточное охлаждение до состояния насыщения осуществляется жидким ХА.

При температурах -60 0С и ниже 2-х-ступенчатые ХМ оказываются также неэкономичными, т.к. степени сжатия в ступенях становятся большими, а рабочие коэффициенты (в первую очередь – коэффициент подачи) - низкими. Поэтому переходят к 3х ступенчатому сжатию или каскадным ХМ. Так, например, для производства сухого льда (СО2) применяется 3х ступенчатая ХМ.

 

1.3.3.1. ЦИКЛ ДВУХСТУПЕНЧАТОЙ ХМ С ОДНОСТУПЕНЧАТЫМ ДРОССЕЛИРОВАНИЕМ

Наиболее простой является двухступенчатая ХМ с водяным промежуточным охлаждением и одноступенчатым дросселированием.

Пар из испарителя И в состоянии 1 засасывается компрессором низкого давления КМ1 при давлении P0 и адиабатически сжимается до промежуточного давления Pпр. Затем пар охлаждается в промежуточном водяном холодильнике ПХ при постоянном давлении Pпр до состояния 3 (процесс 2-3). Такое промежуточное охлаждение является неполным, т.к. пар остается перегретым (т.3) и не достигает состояния насыщения (т.3). Далее пар адиабатически сжимается во второй ступени компрессора КМ2 (процесс 3-4). Сжатый пар конденсируется в КД (процесс 4-5) и в состоянии 5 поступает к регулирующему вентилю РВ, где дросселируется до P0 (процесс 5-6). Хладагент в состоянии 6 поступает в испаритель И и даёт холодильный эффект. В сравнении с одноступенчатым сжатием (процесс 1-2) наблюдается экономия в затрате работы (площадь 2243).

 

 

 

Рис. 21. Схема и цикл двухступенчатой ХМ с одноступенчатым дросселированием

 

В ХМ, работающих на таких схемах, через каждую ступень компрессора проходит одно и то же количество пара

Минимальная работа сжатия и max холодильный коэффициент получается при одинаковых степенях сжатия.

Работа сжатия в первой ступени:

Работа сжатия во второй ступени:

Холодильный коэффициент:

Машины, работающие по такой схеме, просты в монтаже и требуют меньших капитальных затрат. Однако, повышение температуры при всасывании и нагнетании во второй ступени неблагоприятно сказываются на работе аммиачных машин (ухудшаются условия смазки, возникают значительные температурные деформации). Схема сжатия с двумя степенями и неполным промежуточным охлаждением используется для фреоновских ХМ, где всасывание перегретых паров в каждую ступень компрессора является испарительным (перегрев всасывания пара заметно увеличивает коэффициент подачи фреоновских компрессоров).


ЦИКЛ ДВУХСТУПЕНЧАТОЙ ХМ С ДВУХСТУПЕНЧАТЫМ ДРОССЕЛИРОВАНИЕМ С ПОЛНЫМ ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ


ХМ, работающая по такой схеме, может обеспечить одну или две разных температуры кипения хладагента: можно охлаждать два помещения, поддерживая в них разные температуры.

Рис. 22. Схема двухступенчатой ХМ с двухступенчатым дросселированием с полным промежуточным охлаждением

 

Особенность схемы – неодинаковое количество пара, поступающего в отдельные ступени сжатия.

 

Рис. 23. Цикл двухступенчатой ХМ с двухступенчатым дросселированием с полным промежуточным охлаждением

 

В конденсатор КД из второй ступени КМ2 поступает G кг хладагента, где конденсируется и переохлаждается до состояния 5, а затем дросселируется в РВ1 (процесс 5-6), понижается давление и температура. Влажный пар со степень сухости х в состоянии 6 поступает в промежуточный сосуд ПС, где насыщенный сухой пар (состояние 3) отделяется от капельной жидкости (состояние 7). При этом вместо G кг влажного пара образуется G·х кг сухого пара и G·(1-х) кг жидкости. Далее часть жидкости G2 в состоянии 7 направляется в промежуточный испаритель И1, где она кипит при давлении Pпр и температуре tпр (процесс 7-3), охлаждая заданный объект. Другая часть жидкости G1 вторично дросселируется в РВ2 (процесс 7-8) и поступает в испаритель низкого давления И2. В испарителе И2 хладагент кипит при P0 и t0 (процесс 8-1), отнимая тепло от охлаждаемого помещения. Полученный пар в состоянии 1 засасывается компрессором первой ступени КМ1 и адиабатно сжимается до Pпр (процесс 1-2), после чего поступает в промежуточный водяной холодильник ВХ, где охлаждается до состояния 3. Для обеспечения полного промежуточного охлаждения (т.е. для охлаждения до состояния сухого насыщенного пара, сост. 3), пар направляется в ПС, где за счет испарения части жидкости G (процесс 3-3) от пара отнимается тепло G1·(i3-i3). При этом

Количество пара, отсасываемое компрессором КМ2 из ПС, составит:

В КМ2 пар сжимается адиабатически (процесс 3-4) и снова нагнетается в КД, где конденсируется (процесс 4-5).

При двух ступенях получается экономия в работе по сравнению с одноступенчатым сжатием (процесс 1-9) равная площади 2943 на TS-диаграмме.

Холодильный коэффициент:

В цикле с двухступенчатым дросселированием значение ε выше, чем в цикле с одноступенчатым дросселированием. Пар, образующийся при дросселировании от Pk до Pпр, сжимается только компрессором второй ступени, а при одноступенчатом дросселировании (процесс 5-10 на lgP-i- диаграмме). Этот пар сначала транзитом проходит через испаритель, затем сжимается компрессором первой ступени и только после этого поступает во вторую ступень. Это снижает холодильную производительность компрессора первой ступени увеличивает затрату мощности на сжатие в нём пара. Цикл с двухступенчатым сжатием является более экономичным, чем цикл с одноступенчатым сжатием и двухступенчатым сжатием с одноступенчатым дросселированием.

 

1.3.3.2. ЦИКЛЫ КАСКАДНЫХ ХМ

Для получения очень низких температур (tº ниже -70ºС) кроме многоступенчатых ХМ применяются каскадные ХМ. Они состоят из двух или трёх одно- или двухступенчатых машин. Принцип каскадной ХМ, состоящей из двух одноступенчатых машин:

 

 

Рис. 24. Каскадная ХМ

 

В испарителе И1 нижнего каскада кипит ХА1, охлаждая помещение. Пар в состоянии 1 засасывается компрессором КМ1 и сжимается адиабатически (процесс 1-2) и в состоянии 2 направляется в холодильник Х1 и охлаждается водой до состояния 3', затем пар охлаждается в конденсируется в испарителе-конденсаторе И-КД за счет теплообмена с кипящим ХА2 верхнего каскада. Благодаря этому температура конденсации нижнего каскада tk1 значительно ниже температуры охлаждающей воды. Жидкость в состоянии 4 дросселируется в РВ1 и в состоянии 5 снова поступает в И1.

 

Рис. 25. Цикл каскадной ХМ

 

В верхнем каскаде также осуществляется цикл одноступенчатой ХМ (10-20-30-40-50), но в другом, более высоком интервале температур с ХА2. В испарителе-конденсаторе И-КД кипит ХА2, отнимая тепло от ХА1. Для этого температура кипения верхнего каскада t02 поддерживается на несколько градусов меньше температуры конденсации нижнего каскада tk1.

Применение каскадных ХМ целесообразно при использовании разных хладагентов в отдельных каскадах: в нижнем каскаде используют ХА с низкими температурами замерзания и не требующие большого разрежения, а в верхнем – ХА, обычно применяемые в одноступенчатых ХМ. Так, например, для каскадных ХМ применяются фреоны R13 (нижний каскад) и R22 (верхний каскад).

Контрольные вопросы к разделу 1:

 

  1. Какой цикл является термодинамически наиболее совершенным?
  2. Каким показателем оценивают эффективность холодильного цикла?
  3. Чем ограничено применение воздушных поршневых машин?
  4. В чем преимущество цикла ПКХМ перед циклом ВКХМ?
  5. Чем цикл реальной ПКХМ отличается от обратного цикла Карно?

 


Дата добавления: 2015-12-07; просмотров: 137 | Нарушение авторских прав



mybiblioteka.su - 2015-2024 год. (0.015 сек.)