книги из ГПНТБ / Трушин, В. Н. Механическое оборудование и установки курс лекций

197

Перечень выполняемых операций при других видах технического обслуживания определяется регламентом на каждый конкретный тип

правностях поршневого компрессора и причинах, их вызывающих. Если возрастает давление в одном или нескольких цилиндрах,

то причинами этого могут быть:

-пропуски всасывающего или нагнетательного клапана после­ дующей ступени или обоих одновременно (пропуски всасывающих клапанов вызывают их нагрев);

-недостаточное охлаждение воздуха в холодильнике после пре­ дыдущей ступени;

-пропуски компрессионных колец поршня последующей ступени;

-недостаточная подача иди высокая температура охлаждающей

воды.

Бслучае понижения давления воздуха в какой-либо ступени причинами этого бывают:

-неисправность нанометра данной ступени;

-низкая температура охлаждающей воды;

-пропуски компрессионных колец поршня;

-пропуски всасывающих клапанов.

Пропуски всасывающих и нагнетательных клапанов вызываются износом, поломкой деталей, усадкой пружин, прилипанием клапана вследствие обилия смазки или отложением нагара.

Если падает производительность компрессора, то причинами этого могут быть:

-пропуски нагнетательного клапана I ступени;

-пропуски компрессионных колец ступеней;

-неплотности во фланцах штуцеров воздухопроводов.

Стуки и удары во время работы компрессора могут возникнуть в результате разработки коренных или шатунных подшипников, ослабления затяжки шатунных болтов и шаровых пят, а также по­ ломки или выпадения клапанов.

Причиной повышения мощности, потребляемой компрессором, яв­ ляется нагрев деталей движения, который вызывается перекосом сопряженных деталей, недостаточной их смазкой, а также измене­ нием величины зазоров вследствие износа.

198

ХОЛОДИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

Г л а в а II

ПНЛАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

§ II.I. НАЗНАЧЕНИЕ ХОЛОДИЛЬНЫХ УСТАНОВОК

Холодильники установками называют комплекс оборудования, состоящий из холодильной мамины и других устройств, предназна­ ченных для отвода тепла от охлаждаемых объектов и поддержания в них заданных температур в течение длительного времени.

Холодильными машинами принято называть устройства, пред­ назначенные для охлаждения тел или объектов до температур бо­ лее низких, чем температура окружающей среды.

При более высокой температуре окружающей среды тепло от нее естественным путем передается охлаждаемому телу. С по­ мощью холодильной машины это тепло постоянно отводится от охлаждаемого тела и возвращается обратно более нагретой окру­ жающей среде.

Холодильные установки обеспечивают охлаждение взрывчатых веществ и топлива, поддержание низкой температуры в камерах со скоропортящимися продуктами, а также являются источником холо­ да в системах кондиционирования воздуха.

Повышение температуры в сооружениях с взрывчатыми вещест­ вами и топливом вызывает испарение их летучих компонентов. По­ этому поддержание определенной температуры и влажности воздуха в таких сооружениях необходимо для сохранения физико-химиче­ ских свойств взрывчатых веществ и топлива, а также для обеспе­ чения безопасности их хранения.

Для сохранения на объектах в течение длительного времени запасов скоропортящихся пищевых продуктов используется консер-

199

вирующѳе действие холода, заключающееся в том, что при охлаж­ дении продуктов до отрицательных температур прекращается жизне­ деятельность находящихся в них микроорганизмов, а также замед­ ляется химический процесс их распада.

Кондиционирование воздуха (поддержание его температуры и влажности в заданных пределах) подразделяется на бытовое и производственное. Бытовое кондиционирование обеспечивает нор­ мальные условия работы и отдыха личного состава.

§ II.2. СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ХОЛОДА

Холод - условное понятие, означающее малый запас тепловой энергии в теле. Физическая природа тепла и холода одинакова и связана с движением атомов и молекул.

Получение искусственного охлаждения возможно двумя метода­ ми. Первый метод основан на предварительной аккумуляции естест­ венного холода в рабочем веществе и теплообмене охлаждаемого объекта с этим веществом, имеющим более низкую температуру.

При использовании данного метода рабочим (охлаждающим) вещест­ вом чаще всего является вода, которая циркулирует через раз­ личного рода теплообменники по замкнутому или разомкнутому циклу. Иногда для целей охлаждения используется также лед и ледосоляные смеси. Однако рассматриваемый метод не может обес­ печить значительного снижения температуры охлаждаемых тел. Предельное значение ее определяется температурой окружающей среды и зависит от времени года. Кроме того, температурные напоры во многих случаях получаются небольшими, что приводит к значительному увеличению габаритов и веса теплообменных ап­ паратов.

Второй метод искусственного охлаждения основан на исполь­ зовании закона, выражаемого вторым началом термодинамики. Этот метод составляет основу машинного охлаждения тел. Машинное охлаждение позволяет получать значительное снижение темпера­ туры и не требует создания больших запасов рабочего вещества.

Существуют следующие способы машинного охлаждения тел: а) использование процесса фазовых превращений рабочего

вещества: кипения, конденсации, плавления и сублимации;

200

б) использование расширения газа с получением внешней ра­ боты;

в) использование процесса дросселирования, сопровождающе­ гося уменьшением внутренней энергии рабочего тела;

г) использование термоэлектрического эффекта.

Ф а з о в ы е п р е в р а щ е н и я . Известно, что тем­ пература кипения различных веществ связана с давлением. При достижении определенной температуры при данном давлении начи­ нается процесс кипения, который происходит при постоянной тем­ пературе, несмотря на непрерывный подвод тепла, соответствую­ щего скрытой теплоте парообразования. В холодильной технике для целей охлаждения тел используют, как правило, легкокипящиѳ вещества, которые при атмосферном давлении кипят при тем­ пературах ниже или близких к нулю градусов Цельсия. Такие ве­ щества носят название холодильных агентов.

Тепло на испарение хладагента в холодильной машине подво­ дится от охлаждаемого объекта, температура которого выше тем­ пературы кипения, что и обеспечивает или снижение, или поддер­ жание необходимой температуры охлаждения. Образовавшиеся пары хладагента отсасываются и сжимаются, температура их кипения повышается, что позволяет в дальнейшем осуществить охлаждение и конденсацию этих паров с помощью окружающей среды даже в случае достаточно высокой ее температуры.

Процессы сублимации и плавления в непрерывно действующих холодильных машинах применения не нашли. Тела с низкими темпе­ ратурами плавления и сублимации используются в холодильной технике в качестве охладителей. Примером тела, имеющего низкую

дой, имеющей относительно высокую температуру, сжатый газ рас­ ширяется в цилиндре или турбине и совершает внешнюю..работу. Эта работа совершается за счет внутренней энергии газа, вслед­ ствие чего его температура падает. После этого газ может быть использован для понижения температуры охлаждаемого тела. Затем он вновь сжимается, охлаждается и цикл повторяется.

201

Д р о с с е л и р о в а н и е . Дросселирование rasa от начального до некоторого меньшего давления сопровождается сни­ жением его температуры. Следовательно, после дросселирования газ может быть использован в качестве хладагента. Затем ис­ пользованный для охлаждения газ сжимается, давление его и тем­

Результатом работы холодильной машины является процесс пе­ рехода тепла от холодного тела к более нагретому. Последнее, как известно, не может осуществляться без затраты энергии. В холодильных машинах эта затрата энергии связана со сжатием па­ ра или газа.

Особое место занимает термоэлектрический способ, в котором роль рабочего тела выполняют электроны, обеспечивающие при своем движении охлаждение на одном из концов спая, состоящего из двух разнородных полупроводников.

§ II.3. КЛАССИФИКАЦИЯ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН И УСТАНОВОК

Диапазон температур, достигаемых холодильными машинами, очень широк. Вследствие этого условно различают области уме­ ренного и глубокого охлаждения. К области умеренного охлажде­ ния относят получение температур до -І20°С, к облаоти глубо­ кого - ниже -І20°С. Глубокий холод используется главным обра­ зом для сжижения воздуха и других газов и представляет собой самостоятельную отрасль хладотѳхники. Данный курс охватывает только методы получения умеренного холода.

бу сжатия хладагента, находящегося в парообразном (газообраз­ ном) состоянии; виду и числу холодильных агентов; конструкции компрессора и числу ступеней сжатия.

По способу получения холода холодильные машины можно раз­ делить на паровые, в которых используются процессы фаговых превращений хладагента; воздушные (газовые), использующие эф­ фект снижения температуры газа при его расширении, и термо­

202

электрические, осуществляющие непосредственное охлаждение объ­ екта (без холодильного агента).

По способу сжатия холодильного агента паровые и воэдушныѳ холодильные машины разделяются на три основных типа:

а) компрессионные, в которых сжатие пара или газа осущест­ вляется в компрессоре;

б) абсорбционные, в которых процесс сжатия осуществляется термохимическим путем. В абсорбционных машинах пары хладагента поглощаются жидкостью абсорбция) или концентрируются на по­ верхности пористого вещества (адсорбция);

в) пароэжекторныѳ, в которых для сжатия используется энер­ гия струи жидкости или пара.

По холодильному агенту паровые холодильные машины разде­ ляются на аммиачные и фреоновые.

Фреоновые машины рассчитаны на работу при температуре ки­

денсации и кипения не более 12 атм.

В зависимости от числа ступеней сжатия компрессионные хо­ лодильные машины разделяются на одноступенчатые и многоступен­ чатые. В одноступенчатых машинах пары низкого давления сжи­ маются компрессором сразу до давления конденсации. При пони­ жении температура кипения отношение давлений увеличивается, при этом резко возрастают потери производительности компрес­ сора и температура сжатого пара. Поэтому во фреоновых и амми­ ачных машинах, где требуется температура кипения ниже -30° применяют двухступенчатое сжатие, а при температурах кипения -70° и ниже - трехступенчатое.

В зависимости от числа холодильных агентов машины могут быть простые и каскадные. В простых машинах применяется один вид холодильного агента. При получении низких температур в многоступенчатых холодильных машинах целесообразно использо­ вание холодильных агентов с различными физическими свойствами в различных ступенях сжатия. Пашины с двумя или несколькими холодильными агентами, циркулирующими каждый по своему замкну­ тому контуру, называются каскадными. При этом кипение холо­ дильного агента в верхней ветви каскада используется для охлаждения и конденсации ларов хладагента нижней ветви каскада.

203

В зависимости от конструкции компрессора различают холо­ дильные машины с турбокомпрессорами, с ротационными компрессо­ рами и с поршневыми компрессорами. Наиболее широкое применение в холодильных машинах нашли поршневые компрессоры.

Х о л о д и л ь н ы е у с т а н о в к и классифици­ руются по холодопроизводитѳльности, системе охлаждения объек­ тов, степени автоматизации и по степени безопасности.

По холодопроизводитѳльности (по количеству тепла, отбира­ емому холодильным агентом от охлаждаемого тела в единицу вре­

По системе охлаждения установки могут быть с непосредст­ венным охлаждением и с промежуточным теплоносителем. Промежу­ точный теплоноситель отбирает теплоту от охлаждаемого объекта и передает ее хладагенту,не меняя своего агрегатного состояния.

По степени автоматизации различают установки: - полностью автоматизированные;

-частично автоматизированные;

-неавтоматизированные-.

Вполностью автоматизированных установках системой авто­ матического управления обеспечивается регулирование всех про­ цессов и защита от опасных режимов. При работе с такими уста­ новками требуется лишь проведение профилактических регламент­ ных работ, объем и периодичность которых определяется холодо­

производительно стью установки и надежностью ее работы.

В полуавтоматизированных установках автоматизируются про­ цессы остановки и защиты от опасных режимов, а пуск произво­ дится вручную. Система автоматики выдает только сигнал о по­ вышении температуры и необходимости пуска.

По степени опасности аммиачные установки в зависимости от количества содержащегося в них аммиака делятся на три группы:

1)группа А - свыше 300 кгс;

2)группа Б - от 60 до 300 кгс;

3)группа В - от 20 до 60 кгс.

Наиболее опасными при эксплуатации являются установки группы А.

Фреоновые установки безопаснее аммиачных. Их подразделяют

в зависимости от часового объема, описанного поршнями компрес­ соров, на четыре группы:

204

А - болеѳ 150 н3/час;

Б- от 25 до 150 м3/час;

В- от I до 25 м3/час;

Г- менее I и3/час.

Всоответствии с этой классификацией к группе Г относятся холодильники типа домашних, составляющие наименее опасную группу.

§II.4. ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН Компрессионные паровые холодильные машины

Паровая компрессионная холодильная машина, простейшая схе­ ма которой представлена на рис.II.I, состоит из конденсатора I, компрессора 2, испарителя 3 и регулирующего вентиля 5, которые с помощью трубопроводов образуют замкнутую герметическую си­ стему, заполненную холодильным агентом.

Виспарителе 3, хладагент переходит из жидкого состояния

впарообразное (кипит), отбирая при этом тепло от охлаждаемого тела, равное Q0 .

Количество тепла Q0 , отбираемое холодильным агентом от охлаждаемого объекта в единицу времени (ккал/час), носит на­ звание хододопроизводительности машины.

Компрессор 2 отсасывает пары хладагента из испарителя 3, постоянно поддерживая в нем пониженное давление, обеспечиваю­ щее низкую температуру кипения. При сжатии компрессором пары

Рис.II.I. Схема паровой компрессионной холодильной машины:

I - конденсатор; 2 - компрессор; 3 - испаритель; 4 - охлаж­ даемый объект; 5 - регулирующий вентиль

доводятся до определенного давления. Температура паров в про­ цессе сжатия повышается, что равносильно подводу тепла к хлад­

агенту в количестве QL , эквивалентном затраченной компрессо­ ром работе.

205

Конденсатор обеспечивает охлаждение поступающих из ком­ прессора сжатых паров до температуры конденсации и отбор скры­ той теплоты парообразования, что необходимо для превращения насыщенных паров в жидкость. Отбор тепла производится с помо­ щью охладителей (воды или воздуха), циркулирующих черев кон­ денсатор и имеющих температуру ниже температуры конденсации хладагента.

Все тепло, которое холодильный агент отбирает от охлажда­ емого объекта при кипении в испарителе, а также тепло, сообща­ емое парам хладагента при сжатии их в компрессоре, передается в конденсаторе охладителю, т.е.

8 « = Q 0+ Ql . (II,I)

Здесь QK - количество теплоты, отдаваемое хладагентом в кон­ денсаторе (ккал/час).

Уравнение (ІІ.І) представляет собой тепловой баланс холо­ дильной машины.

Регулирующий вентиль 5 дросселирует жидкий холодильный агент от давления в конденсаторе до давления в испарителе. Кроме того, с помощью регулирующего вентиля обеспечивается по­ дача в испаритель требуемого количества хладагента.

Охлаждение объектов может производиться непосредственно кипящим в испарителе хладагентом (см.рис.ІІ.І) или с помощью

Рис.II.2. Схема установки с промежуточным теплоносителем:

промежуточного теплоносителя (рис.II.2). Установка с промежу­ точным теплоносителем кроме элементов холодильной машины,рас­ смотренных выше, включает в себя: емкость 4, заполненную рас­ солом; змеевик 5, помещенный в камере охлаждаемого объекта б, и насос 7, обеспечивающий циркуляцию рассола через емкость 4

измеевик 5. При работе установки теплоноситель охлаждается

виспарителе, отдавая тепло хладагенту, и по трубам направ­

206

ляется к охлаждаемому объекту. Отобрав от него тепло, теплоно­ ситель снова возвращается в испаритель и т.д.

иреимуществами холодильных установок с промежуточным тепло­ носителем являются следующие:

1.Рассольные холодильные установки обладают больной акку­ мулирующей способностью, так как после остановки компрессора рассол продолжает охлаждать объект за счет аккумулированного холода. Благодаря этому возможно производить ремонтные и дру­ гие работы, требующие остановки компрессора на некоторое время.

2.Значительно облегчается регулирование температурного ре­ жима различных охлаждаемых объектов, требующих создания раз­ личных температур.

3.Существенно сокращается емкость заполнения системы до­ рогостоящим холодильным агентом и появляется возможность пере­ дачи холода на расстояние.

Недостатком рассольной системы по сравнению с оистѳмой не­ посредственного охлаждения является необходимость поддержания

более низкой температуры кипения хладагента для достижения той жв температуры охлаждения. Объясняется это тем, что для

теплообмена между теплоносителем и хладагентом требуется допол­ нительный перепад температур. Кроме того, при рассольном охлаж­ дении расходуется дополнительная энергия на работу насоса.

Дагоэлекторные холотгилыта мятштин

Основной частью пароэжекторной машины (рис.II.3) является эжектор, состоящий из сопла 2, камеры смешения 3 и диффузора 4.

Рабочим веществом в эжекторной машине служит водяной пар, образующийся, в котле I и имеющий давление 5 - 6 атм. Из котла пар попадает в сопло 2, где благодаря высокой скорости истече­ ния образует вакуум, обеспечивающий отсос паров в камеру смеше­

ния из испарителя 5. Эжектор может создавать разрежение 3 - 8 мм рт.ст. При таком вакууме в качестве холодильного аген­ та становится возможным использовать обычную воду, температура кипения которой при этих давлениях равна примерно 3°С.

В диффузоре 4, по которому проходит в конденсатор 6 смесь рабочего и отсасывающего паров, происходит снижение их ско­ рости. Давление паров при этом повышается и охлаждающая кон­ денсатор вода превращает их в жидкость. Таким образом, анало­ гично компрессору в компрессионных машинах эжектор обеспечи-