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

237

хениѳм вязкости растет теплопроводность и коэффициент тепло­ передачи в аппаратах холодильной машины, что уменьшает расход металла.

2. Инертность по отношению к металлам, органическим веще­ ствам и минеральным маслам. В процессе работы хладагенты не должны реагировать с металлами, из которых изготовлена холо­ дильная машина.

Химические свойства холодильных агентов должны обеспечи­ вать их стойкость, они не должны равлагаться при температурах сжатия в компрессоре и не должны быть горючими и взрывоопас­ ными.

Холодильный агент должен обладать малой способностью про­ никать череэ неплотности в машине, а в случае проникновения - легко обнаруживаться.

3. Растворимость. Способность холодильного агента раство­ ряться в масле имеет положительные и отрицательные стороны.

Преимуществами растворимых холодильных агентов являются более благоприятные условия смазки компрессора, так как масло циркулирует вместе с рабочим телом и проникает в самые трудно­ доступные места. Кроме того, слой масла с теплопередающих по­ верхностей теплообнѳвных аппаратов почти полностью смывается, что приводит к более интенсивному теплообмену в этих аппаратах. Растворимость рабочего вещества в масле приводит также к пони­ жению температуры замерзания.

К недостаткам растворимых агентов относится большой унос масла из компрессора и повышение температуры кипения.

Преимуществами слаборастворимых агентов является меныпий унос масла из компрессора, постоянство температуры кипения в испарителе и отсутствие в нем пѳнообразования. К недостаткам таких агентов следует отнести трудность удаления масла с внут­ ренних поверхностей теплообменных аппаратов.

Способность хладагента растворяться в воде, попадающей в машину, является его положительным свойством, так как в этом случае исключается возможность образования в системе ледяных пробок.

ф и з и о л о г и ч е с к и е т р е б о в а н и я . Холо­ дильные машины на войсковых объектах устанавливаются в обита­ емых помещениях. Поэтому холодильный агент должен быть безвре­ ден для человеческого организма и, кроме того, в случае утечки

из машины он не должен образовывать токсичных соединений с ма­ териалами, находящимися в помещении.

238

Э к о н о м и ч е с к и е т р е б о в а н и я . Кроме перечисленных требований холодильный агент должен отличаться доступностью и невысокой стоимостью.

§ 13.2. СВОЙСТВА ХОЛОДИЛЬНЫХ АГЕНТОВ

Одним из первых рабочих тел холодильных машин была вода, область применения которой в наше время ограничена пароэжек­ торными агрегатами. Затем стали применять аммиак, углекислоту, сернистый ангидрид, хлористый метил и, наконец, фреоны. В на­ стоящее время основным рабочим веществом холодильных машин яв­ ляются фреоны. Применение аммиака вследствие его токсичности и коррозионной активности ограничено, а сернистый ангидрид и хлористый метил совсем не используются.

Углекислота применяется лишь в качестве исходного продукта для получения сухого льда.

Основные свойства наиболее распространенных холодильных

239

кипения аммиака при атмосферном давлении -33,4°. Давление в ис­ парителе при температурах кипения в пределах до -30° в ш е атмо­

чем других агентов. Однако с понижением температуры кипения объемная холодопроизводитѳльность аммиака резко падает.

Аммиак почти не растворяется в масле, но интенсивно погло­ щается водой. В одном объеме воды при температуре +15° раство­ ряется 700 объемов аммиака. Последнее свойство аммиака исклю­ чает возможность образования в системе ледяных пробок. В при­ сутствии воды аммиак образует с маслом эмульсии. Технический аммиак должен содержать воды не более 0,2%.

С черными металлами и алюминиевыми сплавами аммиак не реа­ гирует, но при воздействии на медь и ее сплавы в присутствии влаги вызывает сильное их окисление. Это не позволяет для ам­ миачной машины применять детали из меди и ее сплавов.

При утечках аммиака через неплотности его легко можно об­ наружить по характерному запаху. Для определения места утечки аммиака применяются лакмусовые или фенолфталеиновые бумажки, которые в присутствии аммиака приобретают красно-малиновую окраску.

Аммиак оказывает вредное влияние на организм человека. До­ пустимая концентрация аммиака в воздухе 0,02 мг/литр. При больших концентрациях он вызывает раздражение глаз и дыхатель­ ных органов, а пребывание человека в течение 30 мин в помеще­ нии с концентрацией аммиака 0,5 - 0,6% вызывает отравление, иногда со смертельным исходом. Аммиак горюч, и при содержании его в воздухе от 16 до 27% (по объему) возможен взрыв при на­ личии открытого пламени. Газообразный аммиак легче воздуха, что следует учитывать при устройстве вентиляционных систем.

Хранится аммиак в специальных баллонах желтого цвета. За­ полнение баллона аммиаком не должно превышать 0,57 кгс на I л емкости.

Обслуживание аммиачной холодильной машины требует строжай­ шего соблюдения правил техники безопасности. Аммиак является дешевым и доступным холодильным агентом. Он применяется преиму­ щественно в холодильных установках промышленного назначения.

щенных углеводородов характеризуется химической формулой Cm Hn.

240

Этот ряд может образовывать хлорофторозамѳщенныѳ соединения вида Cm Ha FyClzl где х + у + ъ = п . Таких соединений может быть очень много. Принятые сокращенные названия фреонов уста­ новлены в следующем порядке: при замещении всех атомов водо­ рода записывают вначале цифру I для метанового ряда, цифру П - для этанового и цифру 21 - для пропанового, затем справа при­ писывают цифру, выражающую число атомов фтора, а при наличии

CHFjjCl -tpp.- 22

Наиболее распространены фреон-12, фреон-22 и фреон-114. Температура кипения различных фреонов при атмосферном дав­

лении зависит от порядкового числа z .

Порядковое число получается путем суммирования порядковых номеров элементов, входящих в состав химической формулы фреона и взятых в соответствии с количеством составляющих формулу атомов. Например,для фрѳона-12 - число г равно 58 (порядковые номера элементов С= 6, F = 9, СІ = 17).

Фреон-12 - бесцветный газ, при концентрации в воздухе ме­ нее 20?ь по объему не имеет запаха, при более высоких концен­ трациях начинает ощущаться слабый специфический запах, при этом появляются признаки отравления организма из-за недо­ статка кислорода. При температурах свыше 400° (при соприкос­ новении с горячими поверхностями или действии открытого пла­ мени) происходит разложение фреона с образованием некоторого количества отравляющего вещества - фосгена. По этой причине курение и работа с открытым пламенем в помещении, где имеются фреоновые установки, категорически запрещается.

Пары фреона-12 имеют большой удельный вес (удельный вес сухого насыщенного пара в 5 - 6 раз больше удельного веса па­ ров аммиака и в 4 - 5 раз больше удельного веса воздуха). Это вызывает значительные сопротивления при циркуляции фреона в

холодильной машине. Для снижения этих сопротивлений уменьшают скорость движения агента в системе.

2ад

-29,8°С,следовательно, в обычных условиях работы холодильной машины давление в испарителе выше атмосферного. Давление в кон­ денсаторе находится в пределах 5 - 8 атм, т.е. ниже, чем в ам­ миачных машинах, что позволяет при одном и том же механизме движения компрессора получать несколько бо'льшиѳ объемы рабочих полостей цилиндров.

Фрѳон-12 интенсивно растворяется в масле, вязкость которого при этом резко падает. При температуое +25°С, например, в одном, килограмме смазочного масла может раствориться до 0,3 кгс фреона. Растворимость фреона-12 увеличивается при понижении температуры и повышении давления.

Для обеспечения надежной смазки для фреоновых холодильных - компрессоров применяются более вязкие масла. Кроме того, осо­ бенность фрѳона-12 интенсивно растворяться в масле требует при­ менения устройств, обеспечивающих возврат масла в компрессор из теплообменных аппаратов. Для этого чаще всего применяют зме­

евиковые испарители, в которых кипение холодильного агента про­ исходит внутри трубок с подачей жидкого фреона сверху и отсосом паров снизу. В схемах коммуникаций фреоновой установки следует избегать крутых поворотов и изгибов, в которых может задержи­ ваться и скапливаться масло.

Растворимость воды во фреонѳ-12 очень низкая. При 0°С она составляет всего 0,006%, а при температуре -20°С -только 0,003%. Содержание во фреоне даже незначительного количества нерастворѳнной влаги приводит к замерзанию ее непосредственно после регулирующего вентиля или при входе в испаритель и нару­ шает работу всей установки. Поэтому для предупреждения образо­ вания ледяных пробок и закупорки регулирующего вентиля содер­ жание воды в системе не должно превышать 0,004% по весу.

Перед заполнением машины.фрѳоном-12 необходимо производить тщательную осушку ее системы.

Для удаления попавшей в систему влаги на фреоновых машинах ставят дополнительный аппарат - осушитель, который заполняется силикагелем.

242

Фрѳон-І2 способен растворять различные органические веще­ ства. Обычная резина, например,быстро разъедается фреоном. По­ этому прокладки для уплотнения разъемных соединений делают из специальных сортов маслобѳнзостойкой резины или паронита.

При отсутствии влаги фреон-12 является инертным по отноше­ нию ко всем металлам, применяемым в машиностроении, но в при­ сутствии влаги вызывает их коррозию. Фрѳон-12 обладает свойст­ вом хорошо смывать с металлических поверхностей окалину, отло­ жения солей и другие загрязнения. Поэтому на жидкостной линии во фреоновых машинах устанавливают фильтры, предохраняющие ре­ гулирующий вентиль от засорения.

Фрѳон-12 обладает способностью проникать через мельчайшие неплотности в таких местах, где воздух или аммиак не проходят. При этом очень трудно обнаруживать утечку фреона, так как он не обладает запахом. Эта особенность предъявляет очень высокие требования к уплотнениям во фреоновой машине. Место утечки фреона можно определить с помощью галоидной лампы, пламя кото­ рой в присутствии фреона приобретает зеленый цвет.

Основным преимуществом фрѳона-12 является его относитель­ ная безвредность, так как только при содержании фреона в воз­ духе более 30$ по объему появляются признаки отравления.

Применяется фрѳон-12 в холодильных установках средней и малой холодопроизводительностй и в системах кондиционирования воздуха при температурах кипения до -25°С.

Промышленность выпускает фреон-12 двух сортов: для холо­ дильных машин общего назначения и для домашних холодильников. Технические требования к фреону общего назначения несколько ниже. Хранится фреон в стальных баллонах, окрашенных алюмини­ евой краской и имеющих черную надпись для фреона общего назна­ чения и красную для фреона домашних холодильников. Заполнение баллона жидким фреоном не должно превышать 1,1 кгс на каждый литр емкости. Температура хранения не выше 35°С.

Фреон-22 по термодинамическим свойствам близок к аммиаку, а при температурах кипения около -70°С его объемная холодопроизводитѳльность даже выше, чем у аммиака. Низкая температура замерзания (-І60°С) позволяет использовать фреон-22 при темпе­

ратурах кипения до -90°С, где применение аммиака уже невозможно. По физическим свойствам фрѳон-22 близок к фрѳону-12. Коэф­

фициенты теплоотдачи фрѳона-22 выше, чем фреона-12. Не горюч, взрывобезопасен. Не ядовит, но класс вредности выше, чем у

4)невысокая стоимость;

5)малая вязкость и удельный вес.

Самыми доступными хладоносителями являются воздух и вода. Воздух редко применяется в качестве хладоноситѳля, так как он обладает малой теплоемкостью.

Почти всем требованиям отвечает вода. Однако сравнительно высокая температура замерзания воды ограничивает область ее применения установками кондиционирования воздуха.

Для температур ниже 0° в качестве хладоносителѳй приме­ няются водные растворы солей (рассолы). Для получения рассола применяются соли хлористого натрия ( NaCt ), хлористого каль­ ция ( С а С Ц ) и хлористого магния ( М д С Ц ) .

Свойства рассолов зависят от концентрации соли в растворе. На рис.ІЗ.І показано как изменяется температура замерзания

Рис.13.I. Диаграммы затвердевания рассолов: а) хлористого натрия; б) хлористого кальция

рассола в зависимости от концентрации соли в воде. Левые ветви кривых показывают, что с увеличением концентрации соли темпе­ ратура замерзания рассола понижается. Это понижение происходит до эвтектической точки к , при которой весь рассол замерзает. Увеличение концентрации выше эвтектической точки влечет за со­ бой повышение температуры замерзания, что характеризуется пра­ выми ветвями кривых.

При замерзании раствора с концентрацией меньше эвтектиче­ ской выделяется лед, поэтому левая ветвь называется кривой выделения льда. Замерзание раствора с концентрацией соли боль­ ше эвтектической характеризуется выделением кристаллов соли, поэтому правые ветви кривых называются кривыми выделения соли.

245

Увеличение концентрации влечет за собой увеличение удель­ ного веса рассола и уменьшение теплоемкости, что в свою очередь увеличивает расход энергии на его перекачку. Концентрация рас­ сола должна быть не очень низкой, чтобы он не замерз в испари­ теле, но вместе с тем концентрация рассола должна быть не слишком высокой, чтобы не вызывать бесполезной затраты энергии на работу насоса. Выбор концентрации рассола зависит от вели­ чины его рабочей температуры. Концентрация рассола выбирается такой, чтобы температура его замерзания была на 6 - 8° ниже температуры кипения агента. Это условие определяет границы ис­ пользования различных рассолов. Рассол NaCl возможно приме­ нять только при температурах кипения агента выше -Іб°С, а для

При эксплуатации холодильной установки вследствие погло­ щения влаги из воздуха концентрация рассола уменьшается. По­ этому в рассол периодически следует добавлять соль.

Недостатком рассолов как хладоноситѳлѳй является их воз­ действие на металлы, что приводит к выходу из строя рассоль­ ной системы и требует частой замены отдельных труб, аппаратов или всей системы в целом. Поэтому стремятся обезвредить корро­ зионное действие рассолов.

Известно, что коррозия металлов замедляется с уменьшением содержания кислорода в рассоле. Значит, нужно стремиться к тому, чтобы в рассол попадало как можно меньше кислорода. Уменьшения содержания кислорода в рассоле добиваются путем со­ кращения поверхности соприкосновения последнего с воздухом, для чего часто применяют закрытую рассольную систему.

Для уменьшения коррозии в рассол добавляют пассиваторы, т.е. вещества, замедляющие коррозию металлов. В качестве пас-

246

КОМПРЕССИОННЫЕ ХОЛОДИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

§14Л . СХЕМА УСТРОЙСТВА И ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

Вданной разделе рассматриваются только паровые компрес­ сионные холодильные установки. Типовая схема такой установки приведена на рис.14Л .

Установка состоит из компрессора I, конденсатора 27, испа­ рителя ІО и фреоновой регулирующей станции, в состав которой входят два вентиля 19, терморегулирующий вентиль 17 и ручной регулирующий вентиль 21. В составе установки также имеются:

Теплоноситель (рассол или вода), отобрав в охладителях 12 тепло от охлаждаемых объектов, поступает в рассольный бак 15, откуда насосом Іб подается в испаритель 10, где за счет кипе­ ния фреона охлаждается, а затем через распределительный кол­ лектор снова поступает к охлаждаемым объектам. Вентили 13 слу­ жат для создания циркуляции теплоносителя по контуру "бак - охладители", благодаря чему в течение некоторого времени про­ должается охлаждение объекта и после выключения испарителя за счет запаса холода в рассоле.

Пары фреона из испарителя 10, пройдя через теплообменник б и фильтр 3, засасываются компрессором I. Сжатые в компрессоре пары поступают в конденсатор 27, имеющий водяное охлаждение. После конденсатора жидкий фреон проходит фильтр 25 и собирает­ ся в ресивере 24. Ресивер предназначен для создания запаса жидкого фреона на случай увеличения его расхода при необходи­ мости повышения холодопроизводительности машины. Из ресивера фреон проходит через змеевик теплообменника 6.

Переохлажденный в теплообменнике жидкий фреон поступает к терморегулирующему вентилю 17, с помощью которого регулируется заполнение испарителя 10 фреоном, а также снижается его давле­ ние. Для обеспечения изменения заполнения испарителя регулирую­ щий вентиль имеет термопатрон 5, помещенный.на выходе из тепло­ обменника.

Для прекращения подачи жидкого фреона в испаритель 10 при остановке компрессора перед регулирующим вентилем 17 установ-