Вопросы к экзамену по курсу «Холодильные машины и установки»
для студентов специальности
«Низкотемпературная техника»
специализации «Оборудование для кондиционирования воздуха»
й Раздел “Холодильные машины”
Экзаменатор: ст. преподаватель А.А. Носиков
Понятия тепла и холода. Температурные диапазоны. Виды охлаждения. Понятия «холодильная машина» и «холодильная установка».
Понятия «непрерывная холодильная цепь», «холодильник». Классификация холодильников. Понятия «холодильная машина» и «холодильная установка».
Физические основы получения низких температур: Фазовый переход рабочего вещества. Вихревой эффект.
Физические основы получения низких температур: Дросселирование рабочего вещества. Расширение рабочего вещества с получением полезной работы.
Физические основы получения низких температур: Термоэлектрический эффект. Адиабатное размагничивание.
Рабочие вещества холодильных машин : Общие сведения. Теплофизические и термодинамические свойства холодильных агентов.
Рабочие вещества холодильных машин : Физикохимические свойства холодильных агентов.
Рабочие вещества холодильных машин : Физиологические и экологические свойства холодильных агентов.
Рабочие вещества холодильных машин : Промежуточные хладоносители. Основные свойства промежуточных хладоносителей.
Системы охлаждения. Преимущества и недостатки систем с промежуточным хладоносителем.
Схема, принцип действия и тепловой расчет действительного одноступенчатого цикла паровой компрессионной холодильной машины с регенеративным теплообменником.
Паровые двухступенчатые холодильные машины : Причины перехода к многоступенчатому сжатию. Выбор промежуточного давления.
Схема, принцип действия и тепловой расчет двухступенчатого цикла паровой компрессионной холодильной машины с полным промежуточным охлаждением и однократным дросселированием.
Схема, принцип действия и тепловой расчет цикла паровой компрессионной каскадной холодильной машины.
Термоэлектрические холодильные машины. Коэффициент добротности. Глубина охлаждения Принцип действия термоэлектрической холодильной машины (ТХМ) основан на использовании термоэлектрического эффекта (эффекта Пельтье).
Термоэлектрическая батарея состоит из ряда соединенных между собой термоэлементов. Термоэлементы выполнены из двух полупроводников, имеющих разную проводимость: электронную (n-типа) и дырочную (р-типа). В зависимости от назначения и конкретных условий работы соединение полупроводников может быть последовательным, каскадным или комбинированным. При последовательном соединении обеспечивается наибольшая площадь контакта с охлаждаемой средой и наибольшая холодопроизводительность. Каскадное соединение позволяет получить максимальную разность температур холодного и горячего спаев, но меньшую площадь контакта.
Термоэлементы по форме могут быть, прямоугольными, круглыми, кольцевыми или секторными. В качестве термоэлектрических материалов применяются полупроводниковые сплавы.
Основной показатель качества термоэлементов является коэффициент добротности Z, К-1.
где α – коэффициент термоэлектродвижущей силы, Вт/К;
σ – удельная электропроводность, Ом-1 ∙ м-1;
λ – удельная теплопроводность материала, Вт /(м ∙ К)
Коэффициент добротности определяет максимальную разность температур горячих и холодных спаев
где Тх – температура холодного спая, К.
Наибольшим коэффициентом добротности обладают многокомпонентные соединения на основе теллуридов висмута и сурьмы. Добротность ветвей термоэлементов, изготовленных из этих материалов составляет (3 - 3,3) 10-3 К-1. Это позволяет при температуре горячего спая Тг = 30 оС получить температуру на холодном спае Тх = (-45 ÷ -50)оС, т.е. ∆Тмах = (75 – 80)оС.
Материалы для изготовления ветвей термоэлементов выбираются с учетом температурного диапазона работы, прочностных характеристик, совместимости с конструкционными материалами, стабильности термоэлектрических свойств, возможности реверсирования тепловых потоков, стоимости и т.д
Особенности работы, индикаторная диаграмма и характеристики теоретического холодильного поршневого компрессора.
Особенности работы, индикаторная диаграмма и характеристики действительного холодильного поршневого компрессора;.
Классификация холодильных поршневых компрессоров по типу газораспределения в цилиндре; по степени герметичности, по конструкции кривошипношатунного механизма.
Классификация холодильных поршневых компрессоров по температурному уровню; по холодопроизводительности, по расположению осей цилиндров.
Классификация холодильных поршневых компрессоров по числу рабочих полостей; по виду рабочего вещества; по количеству ступеней сжатия .
Классификация поршневых компрессоров по виду охлаждения; по способу смазки.
Назначение и конструкции клапанов, коленчатых валов, картеров холодильных поршневых компрессоров.
Назначение и конструкции цилиндров, поршней, поршневых колец холодильных поршневых компрессоров.
Назначение и конструкции шатунов, сальников, систем смазки холодильных поршневых компрессоров.
Регулирование производительности холодильных поршневых компрессоров.
Общие сведения, классификация, достоинства и недостатки холодильных винтовых компрессоров.
Конструкция и принцип действия винтового двухроторного маслозаполненного компрессора.
Конструкция и принцип действия винтового маслозаполненного компрессорного агрегата.
Конструкции, принцип действия, достоинства, недостатки, особенности работы горизонтальных кожухотрубных конденсаторов холодильных машин.
Конденсатор представляет собой цилиндрический стальной горизонтальный корпус большого диаметра. Внутри корпуса размещено большое количество теплообменных труб малого диаметра. С двух сторон к корпусу приварены трубные решетки с отверстиями. В каждом отверстии развальцованы концы теплообменных труб. Трубные решетки закрыты двумя крышками с перегородками. В передней крышке имеются входной и выходной патрубки, вентили для спуска воды и выпуска воздуха. Задняя крышка глухая.
Холодная вода подается через входной патрубок в нижнюю часть передней крышки. Далее вода проходит по внутреннему объему теплообменных труб первого хода. В задней крышке поток разворачивается на 1800С и поступает в теплообменные трубы второго хода. Количество ходов может быть от двух до двенадцати. При прохождении вода нагревается на 4-60С за счет теплообмена. Отепленная вода выходит через верхний выходной патрубок передней крышки. Горячий пар холодильного агента после компрессора поступает в верхнюю часть межтрубного пространства корпуса компрессора. Горячий пар соприкасается с холодной поверхностью теплообменных труб, охлаждается и конденсируется. Образовавшаяся жидкость стекает в нижнюю часть конденсатора. Из нижней части корпуса холодильный агент через выходной патрубок выводится из конденсатора.
Аммиачные и хладоновые конденсаторы имеют следующие отличительные особенности:
1. Теплообменные трубы аммиачных конденсаторов выполнены из черного металла. В хладоновых конденсаторах теплообменные трубы выполнены из медных сплавов.
2. Теплообменные трубы аммиачных конденсаторов, как правило, гладкие, без оребрения. Теплообменные трубы хладоновых конденсаторов имеют наружное оребрение.
3. В нижней части аммиачного конденсатора имеется маслоотделитель (масляной горшок). В хладоновых конденсаторах маслоотделитель отсутствует.
4. В аммиачных конденсаторах весь внутренний объем корпуса заполнен теплообменными трубами. В нижней части корпуса хладоновых конденсаторов теплообменные трубы отсутствуют (рессиверная часть).
Преимущества кожухотрубных горизонтальных конденсаторов:
1. Высокая интенсивность теплообмена.
2. Малые гидравлические потери по х/а.
3. Возможность очистки внутренней поверхности труб от водяного камня механическим способом.
4. Простота конструкции.
Недостатки кожухотрубных горизонтальных конденсаторов:
1. Большие гидравлические потери со стороны охлаждающей воды.
2. Большая занимаемая площадь.
3. Отложение водяного камня на внутренней поверхности теплообменных труб.
4. Возможность утечки хладагента через места развальцовки.
Конструкции, принцип действия, достоинства, недостатки, особенности работы пластинчатых конденсаторов холодильных машин.
Конструкции, принцип действия, достоинства, недостатки, особенности работы испарительных конденсаторов холодильных маши.
Такой конденсатор по конструкции напоминает оросительный. Трубный пучок конденсатора состоит из нескольких плоских вертикальных змеевиков. Верхние трубы змеевиков соединены с верхним паровым коллектором, а нижние – с нижним жидкостным коллектором. Над основными теплообменными секциями расположены водяные коллекторы с форсунками. Над водяными коллекторами установлен сепаратор – каплеотбойник. Выше сепаратора устанавливается форконденсатор (предконденсатор). Все элементы конденсатора размещаются внутри стального прямоугольного корпуса. В нижней части корпуса имеется водоприемный бак или поддон. В зависимости от конструкции в верхней или боковой части корпуса располагаются вентиляторы.
Сжатый горячий пар после компрессора поступает в общий входной коллектор фор - конденсатора. Из коллектора пар распределяется по трубам фор – конденсатора.
Так как температура конденсации масла выше температуры конденсации холодильного агента, то в фор – конденсаторе конденсируются пары масла. После фор – конденсатора пар холодильного агента и капли масла поступают в отдельный маслоотделитель. В маслоотделителе происходит отделение масла от пара холодильного агента. Из маслоотделителя очищенный пар направляется в общий паровой коллектор основных теплообменных секций. В действительности для уменьшения капитальных затрат и уменьшения работ по эксплуатации, как правило, маслоотделитель не ставят. Пар вместе с маслом сразу направляется в основные теплообменные секции. Проходя по внутреннему объему теплообменных труб, пар охлаждается и конденсируется. Образовавшаяся жидкость собирается в нижнем жидкостном коллекторе и далее выводится из конденсатора. Вода насосом из поддона подается в водяной коллектор. Из водяных коллекторов через форсунки вода распыляется мелкими каплями по всему внутреннему объему корпуса конденсатора. Далее вода оседает тонкой пленкой на наружной поверхности теплообменных труб. Так как разность температур поверхности труб и воды значительны(80-1200С), то часть воды из пленки испаряется. Поэтому такой конденсатор называется испарительным. Неиспарившаяся вода стекает вниз с трубки на трубку, при этом нагреваясь. Одновременно с этим холодный воздух, с помощью вентиляторов, продувается снизу вверх через трубную решетку противотоком движению воды. Расход воздуха подобран таким образом, что температура воды на выходе из форсунок равна температуре воды в поддоне. При этом воздух нагревается и выбрасывается в атмосферу.
Преимущества испарительного конденсатора:
1. Нет необходимости в использовании дополнительного водоохлаждающего устройства.
2. В холодный период года он может работать как воздушный конденсатор.
Недостатки испарительного конденсатора:
Сложность конструкции.
Трудность очистки наружной поверхности труб механическим путем.
Дополнительный расход электроэнергии на привод вентилятора.
Большие гидравлические потери, как со стороны холодильного агента, так и со стороны охлаждающей воды.
Меньшая интенсивность теплообмена, чем в кожухотрубных конденсаторах.