Тоңазытқыш машинасы және жылу сорғысы дегеніміз не? Олардың арасындағы айырмашылығы мен ұқсастықтары қандай?
Қоршаған ортадан төмен денелердің температурасын төмендетуге арналған және температураны үздіксіз сақтап тұратын жылу машиналары тоңазытқыш қондырғылары деп аталады. Қоршаған ортаның жылуының температуралық деңгейін арттыруға арналған осы жылу машиналарды жылу тасымалдағыштар немесе жылу сорғылары деп атайды. Тоңазытқыш станциялары, тоңазытқыш машиналарында жүзеге асырылады және осы суықты тұтынушыларға жеткізу үшін арналған. Тоңазытқыш станциясына тоңазытқыш машинасы (генератор), және осы суық әртүрлі тұтынушыларға тасымалданатын және сол жерже салқындатқыш батареяларға берілетін құбырлар кіреді. Тоңазытқыш қондырғысы: жылуалмастырғыштан, буландырғыштан, конденсатордан, регенеративті жылуалмастырғыштардан, компрессордан, қосалқы құрал-жабдықтардан: бекіткіш арматура және т.б., алдын-ала сақтандырғыш арматура: әрқилы алдын-ала сақтандырғыш клапандардан тұрады.
Температурасы 120 К-ге дейінгі және 120 К-нен төмен суық қандай жерлерде қолданылады?
Тоңазытқыш қондырғыларында алынатын суық 120 К-ге дейін әртүрлі мақсаттарда қолданылады, оның ішінде:
1) ауыл шаруашылығында және азық-түлік өнеркәсіптерінде – тез бұзылатын шикізаттарды дайындау және қайта өңдеуде, өнімдерді өндіру мен сақтауда;
2) жалпы тамақтану өнеркәсіптерінің сауда желілерінде және тұрмыста – азық өнімдерін тасымалдау мен сақтау үшін;
3) өндірістерде және тұрмыста – өндірістік, қоғамдық және тұрғын үй бөлмелеріндегі ауаны баптау үшін, яғни адамдардың көңіл-күйіне жағымды әсер ететін және технологиялық процестердің талаптарын қамтамасыз ететін жағдайды сақтау үшін;
4) сумен қамтамасыз ету техникасында – теңіз суын және тұзды суды тұщыландыру үшін;
5) теміржол және автомобиль көліктерінде – тез бұзылатын тамақ өнімдерін тасымалдау кезінде;
6) теңз және өзен флоттарында – балықтарды және теңіз жәндіктерін сақтау мен қатыру үшін;
7) өнеркәсіптің медицина, биология және фармацевтика салаларында – биологиялық өнімдерді сақтау мен өндіру кезінде, сонымен бірге құрамында ұшатын заттары бар (пенициллин, стрептомицин, эфир, хлороформ және т.б.) дәрі-дәрмектерді дайындау кезінде;
8) жасанды талшықтар мен пластмассаларды өндіру кезінде – процестің берілген температураларын сақтап тұру үшін;
9) парфомериялық өнеркәсіптерде – түстер мен хош иісті заттектерді және т.б. сақтау үшін.
Ғылым мен өнеркәсіптің көптеген салаларында криогенді қондырғылармен қамтамасыз етілетін аса төменгі температуралар (120 К-нен төмен) қолданылады, оның ішінде:
1) металлургияда – болатты қорыту процесін қарқындату үшін, сонымен қоса, шойынды балқытуда, ферроқорытпада және түрлі-түсті металдарды оттегімен үрлеп байыту арқылы, ауаның төмен температуралы ректификациясы кезінде алынады. Металургияда сонымен бірге, техникалық оттегі пайдаланылады (газ тәрізді және сұйық) және ауаны ректификациялайтын басқа да өнімдер, соның ішінде аргон – инертті ортада қоспалар мен балқымаларды жою үшін;
2) машина жасауда – төмен температуралы ректификация арқылы металлдарды кесу мен дәнекерлеуге қажетті оттегі мен инертті газдарды алу үшін қолданылады.Болатты суықпен өңдеу оның қаттылығы мен төзімділігін арттырады.Төмен температуралы сонымен бірге тұтқыр материалдарды бөлшектеу кезінде қолданылады.Cонымен бірге тұтқыр материалдарды бөлшектеу кезінде қолданылады.
3) Химия өнеркәсіптерінде газ қоспасын бөлу кезінде оның ішінде ауаны яғни оттегі мен азотты алу үшін қолданылады.Сонымен бірге температуралар буды конденсациялау үшін газдарды кептіру үшін,күрделі ерітінділерді бөлу үшін,тұздарды кристалдау үшін химиялық реакциялардың жылдамдық бағытын реттеу үшін және төмен температуралы қайнайтын сұйықтарды сақтау үшін қолданылады.
4) Газды өнеркәсіптерде газдық қоспаларды бөліп алу үшін соның ішінде гелийді алу үшін,салқындатқыш және сиретілген және басқа да газдарды алу үшін,сақтау және тасымалдау үшін қолданылады.
5) Авиация мен ғарыш саласында отынды алу үшін (мыс,сұйық сутегін) және қышқылдарды (сұйық оттегін) соныменқоса өте жоғары биіктікте және ғарышта жұмыс істейтін адамдарға оттегімен қамтамасыз ету үшін қолданылады.
6) Энергетика саласында әртүрлі құрылғыларды жасау үшін (жинақтағыштар, генератор, электр қозғалқыштарын, электр беру желілерін) креорезистивтік, яғни, төмендетілген электр кедергісін алу кезінде алу кезінде қолданылады.
7) Медицина саласында әртүрлі ауруларды хирургиялық жолмен емдеу кезінде төмен температуралы биологиялық тканьдерді диструбциялау үшін қолданылады.
8) Ғылыми зерттеу мекемелерінде,зертханаларында зерттелетін дененің төмен температурасын сақтау үшін терең вакуумды жасау үшін тіпті ғарыштыққа дейінгі элементар бөлшектерді үдету сияқты физикалық зерттеулерді қондырғылар мен өлшеу құралдарын дайындауда қолданылады.
Жылуды тасымалдауға арналған қондырғылар қандай белгілері бойынша жіктеледі?
Жылуды тасымалдауға арналған қондырғылар келесі ерекшеліктері арқылы жіктеледі: жұмыс істеу принципі бойынша, тасымалдау сипаттамасына байланысты, процестің уақыт бойынша өту сипаттамасы бойынша. Жұмыс істеу принципі бойынша жылуды тасымалдауға арналған қондырғыларды екі түрге бөлуге болады: термомеханикалық жүйелер, онда жұмыс істеу принципі қандай да бір жұмыс денесінің қысымдарының жоғарылау және төмендеу процестерін пайдалануға негізделеді, және электромагниттік жүйелер, мұнда жұмыс істеу принципі тұрақты немесе айнымалы электрлік немесе магниттік өрістерді пайдалануға негізделген.
Қысымды арттыру әдісі бойынша термомеханикалық жүйелерді қалай ажыратуға болады.
Жұмыс істеу принципі бойынша жылуды тасымалдауға арналған қондырғыларды екі түрге бөлуге болады: термомеханикалық жүйелер, онда жұмыс істеу принципі қандай да бір жұмыс денесінің қысымдарының жоғарылау және төмендеу процестерін пайдалануға негізделеді, және электромагниттік жүйелер, мұнда жұмыс істеу принципі тұрақты немесе айнымалы электрлік немесе магниттік өрістерді пайдалануға негізделген
Бұл түрдегі қондырғылар аса көп таралған, жұмыс денесінің қысымының арту әдісіне байланысты үш топқа бөлінеді: компрессорлық, сорбциялық және ағыншалы.
Компрессорлы қондырғылардың түрлері қандай?
Компрессорлық қондырғылардың жұмыс істеу принципі жұмыс агентіне механикалық немесе термохимиялық әсер ету арқылы қысымды арттыруға негізделген. Компрессорлық қондырғылар булы-сұйықты, газды-сұйықты және газдық болып бөлінеді. Булы және газды сұйықтық қондырғыларда агенттің агрегаттық күйі жұмыс барысында өзгереді (сығылған агент конденсацияланады және ұлғайтылған агент буланады). Бірінші жағдайда сығылу бу аймағында критикалық тепмературадан төмен болғанда, екінші жағдайда критикалық температурадан айтарлықтай асқан кезде болады. Газды қондырғыларда агенттің агрегаттық күйі жұмыс барысында өзгермейді, өйткені жұмыс денесінің температурасы барлық жерде t>tк болады. 3.4 суретте TS диаграммасындағы заттардың мүмкін агрегаттық күйі көрсетілген.
Рис 2.4. Возможные агрегатные состояния вещества на Т,s- диаграмме
3.5-суретте TS диаграммаларда компрессорлық циклдың бу сұйықтық,газды сұйықтық және газды аймақтарының суреті көрсетілген.
Компрессорлық қондырғыларда электрлік немесе механикалық энергия пайдаланылады. Кейбір жағдайда, мысалы, термомеханикалық компрессорларда сығылу температурасы қ.о температурасы үлкен болғанда
tc>tқ.о, жылу ағынын пайдалану арқылы жүзеге асырылады.
Рис.3.5. Области парожидкостного (а), газожидкостного (б), газового (в) на компрессионных циклах.
Сорбциялы қондырғылардың жұмыс істеу принципі қандай?
Сорбциялық қондырғылардың жұмыс істеу принципі – жұмыс агентінің термохимиялық реакция сіңіру кезінде жұмыс денесінің қысымын арттыруға негізделеді. Бұл қондырғыларда будың қасиетінің температуралардың адиабатты ұлғаю кезінде немесе сәйкесінше жылуды изотермиялық жағдайда сіңіруге және шығару (десорбция) процесс арқылы. Механикалық немесе термомеханикалық сығымдағыштармен (компрессорлармен) жасалатын сору және айдау процессі жүргізіледі. Сығымдаудың мұндай әдісін термохимиялық деп атайды. Сорбциялық қондырғылар абсорбциялық және адсорбциялық деп бөлінеді. Абсорбциялық қондырғыларда сіңіру, сұйық және бу фазаларының шекараларында массаның ішінде орындалады. Адсорбциялық қондырғыларда сіңіру процессі қатты денелердің адсорбценттерінің сыртқы бетінде таралумен жүзеге асырылады. Сорбциялық қондырғыларда жылуды тасымалдау процессі температурасы қ.о-ң температурасынан үлкен болғандағы t>tк.о , жылу ағынының ішкі энергиясы пайдаланылады. Осындай қондырғылардағы жұмыс агентінің агрегаттық күйі былай өзгереді. Мұнда олар булы сұйықты немесе газды сұйықты болып келеді. Соңғы уақытта газбен жұмыс істейтін, мысалы, сутектік абсорбциялық қондырғылар пайда бола бастады
Ағыншалы қондырғылардың қызметі қандай?
Ағыншалы қондырғылар жұмыс агентінің қысымын арттыруға арналған газдың немесе будың ағынының кинетикалық энергиясын қолдануға негізделеді. Будың немесе газдың ағыншасы соплодан үлкен жылдамдықпен шығып, нәтижесінде сору одан кейін жұмыс денесінің сығылуы жүретін эжектрлеуші құбылыс пайда болады. Ағыншалы қондырғылар жабық термодинамикалық жүйелер болып табылады, яғни олардың жұмыс денесі ашық және тұйық термодинамикалық циклде жүзеге асырылады.
Жылуды тасымалдаушылардың жұмыстық денелері қандай талаптарға сай келуі қажет?
Жылутасымалдау процесстерін жүзеге асыру үшін әрқилы түрдегі жұмыс денелерін термодинамикалық және физикалық қасиеттерді қолданады. Олар қондырғылардың түрлеріне олардың сұлбаларына жоғары және төменгі температураларының деңгейлеріне байланысты қолданылады. Жұмыс денелері жеке заттар немесе заттардың қоспалары болып табылады. Жылуды тасымаладау процесстерінің жұмысы кезінде кейбір жұмыстық заттар фазалық түрленуге ұшырайды. Алдыңғы өткен тарауда айтылғандай қондырғылар әр түрлі аймақтарда жұмыс істейді. Яғни, бу мен сұйық аймағанда (булы сұйықты қондырғыларда), газды сұйық аймағында (газды сұйықты қондырғыларда), газды аймағында (газды қондырғалар).
Кейбір жағдайларда газды алу кезінде процесстер 2 фазалық аймақта жүреді. Қатты дене – сұйық және қатты дене – бу жұмыс істеу аймағына байланысты жұмыс денелерге сәйкесінше, мынадай талаптар қойылады.
Термодинамикалық жылу тасымалдағыштардың жұмыс денелері ретінде қандай заттар топтары қолданылады?
Термодинамикалық жылуды тасымалдауда жұмыс денесі ретінде заттар бірнеше топқа бөлінеді және қолданылады:
1. Суық агенттер (хладогенттер). Ол зат немесе қоспа болып табылады. Қысымы Р=0.1 Мпа және қалыпты қысым кезіндегі қайнау температурасы ts=350-2200C қоспа. Температурасы ts=350-2200С кезіндегі суық агенттер көпшілік жағдайларда жылусорғылық қондырғыларда қолданылады. Температурасы 273-1200C кезіндегі суық агенттер тоңазытқыш қондырғыларда ауаны баптау қондырғыларында қолданылады.
2. Криоагенттер. Бұл қалыпты қайнау температурасы ts<1200C болғандағы зат немесе қоспа болып табылады.
3. Заттың абсорбциялық булары. Жұмыс агентері және абсорбциялық қондырғылардың абсорбценттері;
4. Су – судың суық агент ретінде қолданылуы оның үштік нүктесінің температурасы салыстырмалы жоғары болған кезде tү.н=00C шектеледі. Осы температура кезінде су буының қысымы өте төмен болады (рү.н=0.63 кПа ), ал меншікті көлемі өте жоғары болады (Vү.н=206 м3/кг). Осыған байланысты су көбінесе ауаны баптау қондырғыларында әдетте жылубергіштік температурада 0-ден үлкен болғанда қолданылады. Су сонымен қоса суық агент ретінде эжекторлы және абсорбциялық түріндегі қондырғыда кеңінен қолданылады. Суық және криагенттердің негізгі термодинамикалық қасиеттері мына параметрлермен анықталады: қалыпты қайнау температурасы Ts<120K, критикалық параметрлері tк.р, Ркр, Тқату, Ттв бу түзілу жылуы r және жылуөткізгіштік коэффициенті λ .
Хладо- және криоагенттері қандай параметрлермен сипатталады?
1. Суық агенттер (хладогенттер). Ол зат немесе қоспа болып табылады. Қысымы Р=0.1 Мпа және қалыпты қысым кезіндегі қайнау температурасы ts=350-2200C қоспа. Температурасы ts=350-2200С кезіндегі суық агенттер көпшілік жағдайларда жылусорғылық қондырғыларда қолданылады. Температурасы 273-1200C кезіндегі суық агенттер тоңазытқыш қондырғыларда ауаны баптау қондырғыларында қолданылады.
2. Криоагенттер. Бұл қалыпты қайнау температурасы ts<1200C болғандағы зат немесе қоспа болып табылады.
Булы-сұйықтық қондырғылардың хладоагенттеріне – аммиак, көміртегінің екі оксиді, фреонға сипаттама беріңіз.
1. Аммиак NH3 поршеньдік сығымдағыштарда кеңінен қолданылады және абсорбциялық қондырғыларда булану температурасы t0>700C болғанда қолданылады. Оның қолданылу аймағы үштік нүкте температурасы tү.н=-77,20С кезінде қолданылады. Аммиактың негізгі артықшылықтары: Оны қолдану аймақтарындағы булану температурасы кезіндегі меншікті көлемнің аз болуы бу түзілу жылуының үлкен болуы, оңай аққыштығы, өткір иісті болуы және майда еруі. Аммиак болатпен әсерлескенде каррозияланбайды, алайда су бояған кезде мырышты, мысты, қоланы және басқа да мыс қорытпаларын коррозияға ұшыратады. Аммиактың кемшілігі: улағыштығы, жарылу қауіптілігі, ауа концентрациясында жанғыштығы.
2. Екі оттекті көміртегі СО2. Бұл салыстырмалы нейтральді. Мұның суық агент ретінде кемшілігі критикалық температураның төмен болуы tкр=31,350С . Критикалық қысымының жоғары болуы Ркр=7,5Мпа . Оттекті көміртегі әдетте құрғақ мұзды алу қондырғыларында қолданылады.
3. Фреон (хладогент) . Бұл көмірсутекке негізделген калоидті түрдегі қоспа. Бұлардың барлығы химиялық инертті жарылу қауіпсіздігі аз немесе жоқ. Фреонның қысқаша белгіленуі Ф-№ түрінде қолданылады. № фреонның номері. Ол 2 немесе 3 санмен берілуі мүмкін.
күкіртті ангидрит SO2 жатады. Осы агенттердің ауадағы таралатын концентрациясы 0,5 –тен 1%-ға дейін болса, 5минуттан кейін өнімге әкеледі. СО2 көміртегі, фриондар Ф110, Ф113, Ф170, Ф290, Ф22 , этилен, бутан, С4Н10. Осы аталған агенттердің ауаға таралатын концентракциясы 20% болса, 2 сағат ішінде адам ағзасына әсер етеді.
Жылубергіштің Тн температурасы 70-80 К-нен жоғары болған кезде криоагенттер ретінде не пайдаланылады?
Жылубергіштіктің температурасы t-70-80К-нен жоғары кезінде ауа, метан, аргон, азот, сонымен қоса неон, гелий, сутегі қолданылады. Соңғы уақытта құрамында аргон және көмірсутекті газ қоспаларын қолдану кеңінен қолданылуда. t-80-27К дейінгі жұмыс агенттенрі ретінде сутегі, неон, гелийді қолдануға болады. Сутегі 14К дейінгі температураны алуға мүмкіндік береді. Ол ауамен әсерлсескенде жарылғыш қаупі бар, сондықтан қондырғыны мұқият герметизациялау қажет. Неон – сутегіге қарағанда инертті газ. Ол аса тығыз – және бу түзілгіштігі жоғары болып келеді.
Температураның барлық интервалында криоагенттер ретінде не қолданылуы мүмкін?
Жылубергіштіктің температурасы t-70-80К-нен жоғары кезінде ауа, метан, аргон, азот, сонымен қоса неон, гелий, сутегі қолданылады. Соңғы уақытта құрамында аргон және көмірсутекті газ қоспаларын қолдану кеңінен қолданылуда. t-80-27К дейінгі жұмыс агенттенрі ретінде сутегі, неон, гелийді қолдануға болады. Сутегі 14К дейінгі температураны алуға мүмкіндік береді. Ол ауамен әсерлсескенде жарылғыш қаупі бар, сондықтан қондырғыны мұқият герметизациялау қажет. Неон – сутегіге қарағанда инертті газ. Ол аса тығыз – және бу түзілгіштігі жоғары болып келеді.
Абсорбциялық қондырғылардың хладоагенті ретінде не пайдаланылады?
Аммиак NH3 поршеньдік сығымдағыштарда кеңінен қолданылады және абсорбциялық қондырғыларда булану температурасы t0>700C болғанда қолданылады. Оның қолданылу аймағы үштік нүкте температурасы tү.н=-77,20С кезінде қолданылады. Аммиактың негізгі артықшылықтары: Оны қолдану аймақтарындағы булану температурасы кезіндегі меншікті көлемнің аз болуы бу түзілу жылуының үлкен болуы, оңай аққыштығы, өткір иісті болуы және майда еруі. Аммиак болатпен әсерлескенде каррозияланбайды, алайда су бояған кезде мырышты, мысты, қоланы және басқа да мыс қорытпаларын коррозияға ұшыратады. Аммиактың кемшілігі: улағыштығы, жарылу қауіптілігі, ауа концентрациясында жанғыштығы.