книги из ГПНТБ / Цейтлин Ю.А. Установки для кондиционирования воздуха в шахтах [Текст] 1974. - 166 с

Следует отметить, что регулирование дросселированием ме­ нее экономично, чем регулирование ВНА, однако осуществление его значительно проще.

В холодильных установках небольшой мощности регулиро­ вание холодильной мощности чаще всего осуществляется не за

счет изменения производительности компрессора, а за счет периоднческоп остановки его. В этом случае температура охлаж­

пература среды to определя­ ются настройкой реле, осу­ ществляющего включение и выключение компрессора. Со­

отношение времени рабочего периода и паузы определяется хо­ лодильной мощностью установки и притоком тепла к охлаждае­ мой среде.

70

В некоторых установках для регулирования холодопроизводителыюсти предусматривают возможность изменения поверх­ ности теплообмена в испарителе. При необходимости снижения холодопроизводительности открывается специальный вентиль, шунтирующий часть испарителя. Вследствие уменьшения по­ верхности теплообмена снижается качество испарителя и его характеристика проходит положе, чем при нормальной работе испарителя. Режим работы установки при этом перемещается в область меньших холодильных мощностей и температур испа­ рения.

Возможны и другие способы регулирования холодопроизво­ дительности ПКХУ за счет воздействия на качество испарителя: изменением уровня жидкого хладагента в аппарате, изменением скорости движения холодоносителя.

10. Влияние примесей к хладагенту на работу установки

Хладагент, циркулирующий в системе холодильной установ­ ки, практически всегда содержит примеси смазочного масла, воды, воздуха. Наличие примесей может оказывать значитель­ ное влияние на работу установки, поэтому обычно при эксплуа­ тации принимаются специальные меры очистки хладагента. Рассмотрим влияние, оказываемое примесями различного вида на работу ПКХУ. •

В л и я н и е п р и м е с и с м а з о ч н о г о м а с л а к х л а д ­ а г е н т у на р а б о т у у с т а н о в к и . В ПКХУ с поршневыми компрессорами хладагент, выходящий из компрессора, содержит пары и капельки смазочного масла. Влияние, оказываемое при­ месью масла к хладагенту на работу установки, в значительной

.мере зависит от взаимной растворимости этих веществ, опреде­ ляемой их химическими свойствами. Возможны два харкатерных случая: неограниченная и ограниченная взаимная растворимость.

На рис. 34, а показан типичный график взаимной раствори­ мости двух жидкостей (например, хладагента и масла). Взаим­ ная растворимость зависит от температуры — с увеличением температуры она повышается. Если температура выше некото­ рой критической /к, то жидкости растворяются в неограничен­ ном количестве, образуя однородный однофазный раствор (об­ ласть А). Если температура раствора ниже критической, то взаимная растворимость ограничена. В области В, лежащей между осью ординат и линией 1, жидкость II полностью раство­ ряется в жидкости I, образуя однородную смесь. В области D, лежащей между линиями 2 и 3, жидкость / растворяется в жидкости II. Область С лежащая между линиями 1 и 2, харак­ теризует так называемую зону расслоения, в которой при вза­ имном растворении жидкостей образуется двухфазная смесь.

71

смесь при температуре ta разделяется на две фазы. Одна фаза представляет собой раствор жидкости II (£і-М) в жидкости I [(1—£і)М]. Вторая фаза — раствор жидкости / [(1—Ъ )Щ в жидкости II (|2М) (точка а). Относительные массы каждой фазы определяются соотношением отрезков а\а и аа2:

где М\ II АІ2— массы фаз I и II в растворе.

установок для кондиционирования воздуха обладают неограни­ ченной взаимной растворимостью. Что же касается фреона 22, то он в условиях испарителя образует с маслом двухфазную смесь, а в условиях конденсатора может неограниченно раство­ рять масло. Аммиак имеет еще более высокую критическую тем­ пературу, поэтому он растворяет масло в очень малых коли­ чествах.

Какое же влияние оказывает примесь масла к хладагенту на работу установки?

Прежде всего меняются физические свойства рабочего тела: повышается температура кипения (у фреона 12 увеличение концентрации масла на 10% повышает температуру кипения

не 12 увеличивает его вязкость в 1,5 раза, при концентрации масла 10% вязкость увеличивается в 2,5 раза). Кроме того, наличие фреона в масле значительно снижает вязкость послед­ него (наличие 20% фреона-12 в масле снижает вязкость масла

72

в два раза). Этим объясняется необходимость применения для смазки фреоновых компрессоров масел, имеющих более высокую вязкость по сравнению с применяемыми в аммиачных компрес­ сорах.

В случае ограниченной растворимости масла и хладагента в теплообменных аппаратах происходит замасливание поверх­ ностей, т. е. образование масляной пленки на поверхностях теп­ лообмена, снижающей интенсивность передачи тепла и, как следствие, холодопроизводительиость установки.

При неограниченной растворимости масла опасности замас­ ливания поверхностей аппаратов нет, однако в испарителе при кипении смеси в первую очередь испаряется чистый хладагент (более легкокипящий компонент смеси) и, если не принимать специальные меры, происходит постепенное накапливание мас­ ла в этом аппарате. В результате уменьшается холодопроизво­ дительиость испарителя и возникает недостаток масла в ком­ прессоре.

Таким образом, JB зависимости от взаимной растворимости хладагента и масла необходимо либо с помощью специальных маслоотделителей предотвратить поступление масла в конден­ сатор (при ограниченной растворимости масла, например, в ам­ миачных установках), либо регулярно удалять масло из испари­ теля с возвратом его в поршневой компрессор (при неограничен­ ной растворимости масла, например, в установках с фреоном 12).

В л и я н и е п р и м е с и в оды к х л а д а г е н т у на р а б о- т у у с т а н о в и и. Обычно вода в небольших количествах попа­ дает в хладагент или из влажного воздуха, находившегося в системе ПКХУ перед ее заполнением, или из смазочного масла, недостаточно тщательно осушенного перед употреблением.

Влияние примеси воды на работу ПКХУ, как и примеси мас­ ла, зависит от взаимной растворимости ее и хладагента. Ам­ миак неограниченно растворяет воду; фреоны растворяют воду в очень ограниченных количествах (1 кг фреона 12 при t = = —10°С растворяет 14 мг воды).

Основной вид неполадок, вызванных наличием воды в хлад­ агенте,— обмерзание регулирующего вентиля или капиллярной трубки. Кроме того, наличие воды в хладагенте значительно усиливает коррозию металлов. Так, аммиак в присутствии воды корродирует цинк, медь и ее сплавы; фреон 12 — латунь и спла­ вы магния. В фреоновых установках при наличии нерастворен­ ной воды происходит обмеднение стальных деталей; при этом медь осаждается в виде слоя иа валах, клапанах. Появление слоя меди на шейках вала уменьшает зазоры в подшипниках,

ана клапанах — нарушает их герметичность.

Всвязи с этим к рабочим телам с ограниченной раствори­ мостью воды предъявляются очень жесткие требования — со­ держание воды в них должно быть не выше тысячных долей процента (для фреона 12 не более 0,002% воды по массе). При

73

эксплуатации установок с хладагентами такого типа обязатель­ но предусматривается периодическое или непрерывное осушение хладагента с помощью специальных осушителей, имеющихся в установке.

В л и я н и е п р и м е с и в о з д у х а к х л а д а г е н т у на р а б о т у у с т а н о в к и . В системе холодильной установки мо­ жет находиться и некоторое количество воздуха, оставшегося при недостаточно тщательном первоначальном заполнении си­ стемы хладагентом или проникшего в систему при ремонте уста­ новки.

Наличие воздуха в хладагенте ухудшает показатели работы установки. Обычно воздух накапливается в конденсаторе или емкости (ресивере), стоящей за ним. Присутствие воздуха в конденсаторе прежде всего приводит к повышению давления в нем (давление в конденсаторе при этом равно сумме давления насыщенного пара при температуре конденсации и давления воздуха). Кроме того, наличие воздушного мешка или воздуш­ ной пленки на поверхности теплообмена снижает интенсивность теплоотдачи в аппарате и при постоянной тепловой нагрузке конденсатора приводит опять-таки к повышению давления в нем и увеличению степени повышения давления компрессора.

Для удаления воздуха из системы холодильной установки принимаются специальные меры. Сложность состоит в том, что воздух находится в смеси с парами хладагента. Если выпускать воздух^ из верхней части конденсатора пли ресивера, то с ним будет выбрасываться и хладагент, причем при обычных давле­ ниях и температурах, имеющих место в конденсаторе, парога­ зовая смесь содержит 80—90% паров хладагента. Поэтому установки снабжаются специальными воздухоохладителями, конструкция которых будет рассмотрена в следующем пара­ графе.

11.Вспомогательное оборудование установки

Квспомогательному оборудованию парокомпрессорных хо­ лодильных установок относятся: переохладители конденсата,

емкости (ресиверы), масло- и воздухоотделители, осушители. Переохладитель конденсата предназначен для организации обмена теплом между жидким хладагентом, выходящим из кон­ денсатора, и паром, выходящим из испарителя. Как указыва­ лось выше, этот теплообменник используется лишь во фреоно­ вых установках. Чаще всего переохладители выполняются кожухозмеевикового типа. Конструкция теплообменника ТФ-15, используемого в шахтных холодильных агрегатах МФ-350, пока­ зана на рис. 35. Теплообменник состоит из стального цилиндри­ ческого корпуса 1, внутри которого расположены пять змееви­ ков из оребренных медных трубок 2. Концы змеевиков присо­ единены к входному и выходному коллекторам 3, имеющим наружные выводы 4. Внутри змеевиков протекает жидкий фре­

74

он, поступающий из конденсатора; снаружи — пары фреона, поступающие из испарителя.

Холодильная установка, как правило, оборудуется рядом ре­ сиверов. Назначение этих дополнительных емкостей различно: защита компрессора от влажного хода при внезапном измене­

щения попадания пара хладагента в линию, соединяющую реси­

На рис. 37 показана возможная конструкция другого типа ресиверов — отделителя жидкости аммиачной ПКХУ. Этот реси­ вер служит для улавливания капель хладагента, уносимых па­ ром из испарителя. К патрубку 1 подводится насыщенный пар от регулирующего вентиля. За счет резкого изменения направ­ ления движения II скорости пара происходит разделение жид-

75

кой и паровой фаз. Жидкий хладагент стекает через патрубок 2 в испаритель. Из испарителя пар с небольшим количеством ки-

Рнс. 36. Ресивер РФ-0,5

пящего хладагента вновь через патрубок 3 поступает в отдели­ тель жидкости. Пар, скапливающийся в верхней части сосуда, через патрубок 4 направ­ ляется в компрессор. Па­ трубок 5 ресивера соеди­ няется с испарителем для уравнивания давлений в

этих аппаратах.

76

цилиндрический сосуд 1 со штуцерами для входа 4 и выхода 5 паров аммиака, подвода жидкого аммиака из линейного ре­ сивера 6 и спуска масла 7. Пар поступает в барботажную трубу 3, которая па 120—150 мм опущена в жидкий аммиак, находящийся в нижней части сосуда. Уровень жидкости поддер­ живается постоянным за счет соединения маслоотделителя с ли-

Пары

атиат

Рис. 38. Маслоотделитель аммиачной уста­ новки

нёйным ресивером. Пар, проходя через слой жидкого аммиака (барботируя), охлаждается, вследствие чего происходит кон­ денсация паров масла, содержащихся в нем. Так как плотность масла больше плотности жидкого аммиака, то масло оседает на дно сосуда. Конические отбойники 2, приваренные в барботаж­ ной трубе, предназначены для предотвращения уноса с па­ ром капель жидкого аммиака и масла. В таких аппаратах из паров аммиака отделяется 95—97% содержащегося в них масла.

Для удаления влаги из хладагента используются специаль­ ные осушители. Обычно осушитель (рис. 39) представляет собой

77

цилиндрический сосуд 5, внутри которого в специальном патро­ не 1 находится поглотитель влаги (адсорбент) 2. На входе п выходе из патрона установлены сетчатые фильтры 4. В качест­ ве адсорбента используются силикагель, алюмогель, цеолит. В осушителе ОФ-50, показанном на рисунке, применен цеолит (кристаллический активированный алюмосиликат), обладающий очень высокой пористостью и поглотительной способностью (примерно в пять раз более высокой, чем у силикагеля). В уста­ новках малой мощности рабочее тело может непрерывно про­ гоняться через осушитель; в крупных установках осушитель

включают в контур, по которому периодически циркулирует хладагент. Поглотительная способность адсорбента с течением времени уменьшается, поэтому время от времени приходится производить регенерацию или замену его. Регенерация свойств поглотителя осуществляется прогревом его до температуры 200—220° С.

Конструкции воздухоотделителей, применяемых в ПКХУ,. различны. Обычно в воздухоотделителях всех конструкций про­ изводится охлаждение паровоздушной смеси для снижения пар­ циального давления хладагента и увеличения концентрации воздуха в удаляемой из установки смеси. Однако даже значи­ тельное охлаждение смеси воздуха с хладагентом не гаранти­ рует в некоторых случаях малую концентрацию хладагента в смеси. Поэтому в крупных фреоновых установках наряду с охлаждением предусматривают повышение давления смеси в воздухоотделителе в два — три раза с помощью специального компрессора производительностью 1—2 м3/ч. Схема воздухо-

7 8

охладителя такого типа и его расположение в установке [6] по­ казаны на рис. 40. Паровоздушная смесь, отбираемая от кон­ денсатора Кн (рис. 40, а), сжимается во вспомогательном ком­ прессоре 3 и через маслоотделитель 4 подается в воздухоотде­ литель 5. Установку маслоотделителя после вспомогательного компрессора необходимо предусматривать независимо от раст­ воримости хладагента в масле для обеспечения возврата масла в компрессор 3 по трубе 8. В воздухоотделителе происходит конденсация водяного пара из паровоздушной смеси и, посколь­ ку во фреонах растворимость воды очень мала, предусматри-

Рис. 40. Воздухоотделитель фреоновой установки:

а — схема установки; б — конструкция аппарата

вается отделение и удаление воды из системы через патрубок 7. Схема воздухоотделителя показана на рис. 40,6. Аппарат со­ стоит из двух стальных цилиндрических сосудов 1 и 2, в коль­ цевом пространстве между которыми кипит фреон, охлаждаю­ щий паровоздушную смесь, проходящую по змеевику 5. Нижняя часть аппарата разделена перегородками на три объема 6, 7 и 9. Стекающий в камеру 6 конденсат за счет разности плотно­ стей воды и фреона расслаивается; более легкая вода отстаи­ вается на поверхности конденсата и по трубке 12 переливается в камеру 9. Жидкий фреон по трубке 10 попадает в камеру 7 откуда он автоматически по мере накопления подается через поплавковый вентиль 19 и осушитель 20 в поплавковую каме­ ру 3. В эту же камеру поступает жидкий фреон из конденса­ тора, количество которого регулируется поплавковым венти­ лем 4. Из камеры 3 жидкий фреон поступает в кольцевое про­ странство. Воздух, выделяющийся из смеси, собирается в верх­ ней части сосуда 2, откуда он выпускается по трубке 17. Пар, образующийся в кольцевом пространстве, отсасывается основ­ ным компрессором через патрубок 21.

7 9