Экзаменационный билет № 11

1. Рабочие вещества холодильных машин. Хладагенты высокого, среднего и низкого давления. Растворимость в хладагентах масел, взаимодействие их с водой и воздействие их на конструкционные материалы.

Рабочие вещества могут представлять собой как индивидуальные (чистые) вещества, так и их смеси. В процессе работы рабочие вещества могут подвергаться фазовым превращениям. Некоторые низкотемпературные процессы могут проходить в двухфазных областях: твердое тело – жидкость, твердое тело - пар

В соответствие с перечисленными областями работы определяются требования к рабочим веществам низкотемпературных установок. В зависимости от температурного уровня работы низкотемпературных установок рабочие вещества подразделяются на холодильные агенты (распространен также термин «хладагенты»), криоагенты и абсорбенты.

Хладагенты это вещества и их смеси, имеющие при нормальном давлении 0,1МПа температуру кипения Тs = 350-120 К. При Тs = 350 250 К хладагенты используются в теплонаносных установках, системах кондиционирования и отопления; при Тs = 293 -120 К в холодильных установках и системах кондиционирования. Криоагенты – это вещества и их смеси, имеющие при нормальном давлении температуру кипения Тs < 120 К. Абсорбенты – это рабочие агенты абсорбционных низкотемпературных установок, например Н2О LiВr (бромистолитиевые установки), NH3 Н2О (аммиачные установки).

По абсолютному давлению конденсации Р_к (при температуре конденсации t_к = 30^оС) хладагенты условно делят на следующие три группы:

1. хладагенты низкого давления при Р_к < 3 бар, используемые в высокотемпературных холодильных установках при температурах кипения t_о = 5…-15^оС;

2. хладагенты среднего давления при 3 бар < Р_к < 20 бар, используемые в среднетемпературных холодильных установках при температурах кипения t_о = -20…-70^оС;

3. хладагенты высокого давления при Р_к > 20 бар, используемые в низкотемпературных холодильных установках при температурах кипения t_о = -75…-140^оС.

При выборе типа хладагента необходимо учитывать и следующие условия:

• растворимость масел в хладагентах;

• взаимодействие хладагентов с водой;

• воздействие хладагентов на конструкционные материалы;

• безопасность эксплуатации;

Ниже рассмотрено влияние каждого из перечисленных условий.

Растворимость масел в хладагентах

Смазочные масла применяют в компрессорах холодильных машин для создания масляной пленки между трущимися деталями, уменьшающей трение и износ. Кроме того масла также охлаждают детали и уплотняют зазоры.

Аммиак незначительно растворяет масло, что позволяет достаточно эффективно отделять масло от аммиака и выводить его из системы холодильной машины.

Большая растворимость масел во фреонах приводит к интенсивному пенообразованию в испарителях, хотя и к лучшим условиям смазки трущихся поверхностей в компрессорах, но вместе с тем приводит к повышенной вязкости хладагентов и ухудшению теплообмена.

Растворимость масла в сжиженном диоксиде углерода максимальная при температуре 10^оС и практически снижается до нуля при температуре около -30^оС. При понижении температуры плотность сжиженного диоксида углерода повышается, в то время как плотность масла падает, и оно всплывает на поверхность жидкого СО₂.

Взаимодействие хладагентов с водой

Наличие воды в хладагентах повышает его температуры и давления кипения, что приводит к уменьшению холодопроизводительности холодильной установки.

Вода неограниченно растворяется в аммиаке (допустимая растворимость воды в аммиаке при t ≈ 16^оС от 0,01 до 0,1% по массе).

Во фреонах вода практически не растворяется. Поэтому в этих системах особо строгие требования предъявляются к осушке перед зарядкой хладагентом, так как свободная вода может замерзнуть в дроссельном органе.

Особенно тщательной осушке подлежат системы фреоновых холодильных машин с герметичными компрессорами, имеющими встроенные электродвигатели, поскольку присутствие воды может привести к короткому замыканию и сгоранию обмотки его статора. Для обеспечения безопасного содержания воды (для R22 не более 0,0025% по массе) в системе холодильных машин устанавливают фильтры-осушители.

Растворимость воды в диоксиде углерода зависит от температуры. Так, например, среднее содержание влаги при температуре 15^оС составляет 0,09% масс, а при температуре -29^оС – 0,0195% масс.

Воздействие хладагентов на конструкционные материалы

Аммиак в присутствии воды и кислорода разрушает цветные металлы.

Фреоны инертны к металлам. Механизм действия диоксида углерода на металлы пока еще не установлен. Некоторые исследователи считают, что в его присутствии коррозия железа и меди несколько уменьшается. По мнению других он увеличивает коррозию большинства металлов вследствие образования углекислоты в тонких пленках влаги.

Безопасность эксплуатации

Наибольшую токсичную опасность и взрывоопасность представляет аммиак. При его содержании в воздухе более 0,5% по объему происходит отравление, а при концентрации в воздухе от 16 до 28% − взрыв. Токсическая опасность хладагентов оценивается предельно допустимой концентрацией хладагента в воздухе (ПДК). В таблице 5.3 приведены значения ПДК для некоторых хладагентов.