Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ХОЛОДМАШИНЫ_2 / Холодильное оборудование эл.учебник.pdf
Скачиваний:
1155
Добавлен:
21.03.2016
Размер:
5.26 Mб
Скачать

Массовыйрасходрабочеготелачерезкомпрессорвторойступени:

Gа2 = Gа1 + GД1 + Gпс,

(1.45)

где GД1 —расход пара, образующегося при прохождении первого дроссельного вентиля.

Повышение эффективности холодильных машин с двукратным дросселированием восновном достигают ростом удельной холодопроизводительности. Характернаяособенностьтакихмашинсостоит в том, что через первый дроссельный вентиль в этом случае проходит вся масса рабочего тела, а не меньшая его часть, как это имеет место в схемах с однократным дросселированием.

Холодопроизводительность машин с двухступенчатым сжатием определяют по параметрам испарителя:

Q0 = Gа1hи,

(1.46)

 

где hи — изменение энтальпии рабочего тела в испарителе. Холодильный коэффициент таких машин:

ε = Q0/ΣNк = Q0/Ga1(h2 h1) + Ga2(h5 h4).

(1.47)

1.12. Холодильные агенты и холодоносители

1.12.1 Холодильные агенты

Рабочеетелохолодильноймашины— холодильныйагент(хладагент) — по существу определяет энергетические, технико-экономи- ческиеиэксплуатационныепоказатели, атакжеконструктивныеособенности машины определенного типа. Теплофизические свойства хладагента, (молекулярная масса, плотность, вязкость, газовая постоянная), критические параметры, теплота парообразования, теплоемкостьжидкостиинасыщенногопара, теплоитемпературопроводность взаимоувязывают комплекс вопросов, обеспечивающих работоспособность и эффективность машины. Физико-химические свойства, термохимическая стабильность и взаимодействие с водой, неконденсирующимися газами, смазочными маслами и конструкционными материалами определяют особенности конструкции и эксплуатации отдельных элементов и машины в целом. Наконец, выбор и применение хладагента невозможны без учета его физиологических и экологических свойств, а также стоимости.

66

Идеальныйхладагентдолженобеспечитьмаксимальнуюхолодопроизводительность и эффективность холодильного цикла при соблюдениинеобходимыхтребований. Ондолженбытьхимическистабильным вовсемрабочемдиапазонетемператур, доступныминедорогим, иметь высокуюкритическую температуруинизкуютемпературузамерзания, бытьхимическиинертнымпоотношениюкконструкционнымматериаламимаслам, невоспламеняемым, малотоксичным. Хладагентыпаровых компрессорных машин для реализации высокой эффективности цикла должны обеспечивать заданные температуры кипения и конденсации, невысокимуровнемотношениядавлений(малойвеличинойдавленияконденсацииидавлениемпарообразования, близкимкатмосферному), высокимзначениемотношениятеплотыпарообразованияктеплоемкости жидкости. Оптимальные конструктивные и энергетические решенияпокомпрессоруитеплообменнымаппаратаммогутбытьреализованыприневысокомуровнегазовойпостоянной, показателяадиабаты и динамической вязкости хладагента, а также при таком сочетании его теплофизических свойств, которые позволяют обеспечить высокиезначения коэффициентов теплоотдачи.

Большинствохладагентовприатмосферномдавленииитемпературе окружающейсредынаходятсявпарообразномсостоянии. Длясжижения пара необходимо подвергнуть его сжатию и охлаждению в компрессор- но-конденсаторном агрегате холодильной системы. В холодильной машине агент находится в виде жидкости или пара (газа). Слова «газ» и «пар» обычно взаимозаменяемы. Но если быть технически точным, необходимопояснить, чтогаз, имеющийтемпературу, близкуюктемпературеконденсации, называетсяпаром. Всевеществаимеютжидкуюипаровуюфазы. Некоторыевеществахарактеризуютсявысокойтемпературойкипения, т.е. существуютввидепаратолькопринагреваниидовысокойтемпературыилипривакууме. Вещества, имеющиенизкуютемпературукипения, находятсявпарообразномсостоянииприкомнатнойтемпературеиатмосферномдавлении. Многиераспространенныехладагенты, напримергруппафреонов, относятсякэтойкатегории.

При нахождении в открытом сосуде жидкий хладагент немедленноначнетбурнокипетьипревращатьсявпар, ноприоченьнизкой температуре. Жидкий хладон R12 при атмосферном давлении кипит при температуре – 29,8 °С. Для процесса кипения он поглощает достаточное количество тепла из сосуда и окружающего воздуха. Нет необходимости в подогреве, как в случае с водой.

67

Испаряющийся хладагент поглощает такое количество тепла, которое равно количеству энергии, необходимому для его превращения из жидкости в пар. Каждый килограмм хладагента поглощает такое количество тепла, которое равно его скрытой теплоте парообразования. Температура кипения любой жидкости может быть повышена или понижена в зависимости от величины давления в сосуде, где она находится. Чем выше давление, тем выше температура кипения, и, наоборот, чем ниже давление, тем температура кипения ниже. Таким образом, жидкость может кипеть при низкой температуре, если она находится в вакууме.

Критическая температура пара — это температура, выше которой пар не может быть превращен в жидкость независимо от величины давления. Если нагревать пар до температуры выше критической, движение молекул становится настолько интенсивным, что давление не может обеспечить между ними достаточного контакта для образования капель жидкости.

Хладагенты, используемые в холодильных агрегатах, переходят из жидкой фазы в паровую и опять в жидкую фазу во время холодильного цикла. Поэтому для обеспечения фазы сжижения в холодильном цикле хладагент следует использовать при температуре ниже критической. Критические температуры фторированных хладагентов приведены ниже.

Хладагент

R11

R12

R22

R502

Критическая темпера-

198

112

96

90,1

тура, °С

 

 

 

 

Когда температура пара понижена, величина давления, требуемая для осуществления процесса сжижения, уменьшается. Из этого можносделатьвывод, чтодлякаждогозначениятемпературыниже критической существует соответствующее давление, при котором происходит сжижение хладагента.

Существуютграфики, показывающиесоотношениемеждутемпературойидавлением, прикоторыхпархладагентасжижается(рис. 1.26).

Например, можно определить давление насыщения при работе на R12 при26 °С. Дляэтогонужнонайтиотметку26 °Снаграфике, следо-

68

Рис. 1.26. Диаграмма хладагентов в состоянии насыщения

вать этой линии по вертикали до пересечения с кривой для R12. Слева прочитайте величину абсолютного давления. Вы обнаружите, что для R12 при этой температуре абсолютное давление равно 0,67 МПа. Это давление, котороетребуетсядлясжижения хладагентапри26 °С.

Производительность любого холодильного агрегата зависит от температуры хладагента на сторонах высокого и низкого давлений системы. Скрытая теплота парообразования хладагента, его давления конденсации и кипения также зависят от температуры хладагента. Имеются определенные стандарты для сравнения различных хладагентовихолодильныхагрегатов. Вхолодильнойпромышленностиразработаныусловия, известныеподназваниемстандартных условий в различных точках холодильного цикла: температура кипения –15 °С; температура жидкости перед регулятором потока 25 °С; температура всасывания пара –10 °С. Используя эти стан-

69

дартные условия, можно сделать правильные выводы при сравнении любых двух хладагентов.

Давление конденсации зависит от температуры сжижения пара. В практических условиях, если это возможно, желательно избегать высоких давлений конденсации.

Давление и температура кипения хладагента — важные факторы. Хладагент, кипящий при вакууме, непрактичен из-за возможности проникновения воздуха в систему. Воздух не конденсируется и создает очень высокое давление конденсации, снижающее эффективность холодильного агрегата. При использовании в установке хладагента с давлением кипения выше атмосферного воздух не по-

падает в систему через неплотность.

В большинстве случаев давления в испарителе и на стороне всасывания системы одинаковы. Кроме того, температура кипящего хладагента будет соответствовать давлению в испарителе или на стороне всасывания системы.

Количество тепла, требуемое для превращения 1 кг жидкости в пар при постоянной температуре, называется скрытой теплотой парообразования. Для превращения 1 кг воды в пар при 100 °С и атмосферномдавлениионадолжнапоглотить2260 кДжтепла. Это количество тепла является скрытой теплотой парообразования 1 кг воды при атмосферном давлении.

Любой хладагент при кипении в испарителе должен поглотить тепло из охлаждаемого пространства в таком количестве, которое равно его скрытой теплоте парообразования. Скрытая теплота па- рообразованиянекоторыххладагентовпри–15 °Сприведенаниже. Когда хладагент имеет высокую скрытую теплоту, он поглощает больше тепла, чем хладагент с более низкой скрытой теплотой парообразования. Таким образом, при использовании хладагента с высокой скрытой теплотой парообразования можно применять меньшего размера компрессор, конденсатор и испаритель.

Хладагент

R11

R12

R22

R500

R502

Скрытая теплота

195,57

159,28

215,79

189,87

157,8

парообразования,

кДж/кг

 

 

 

 

 

70

Скрытая теплота парообразования жидкости колеблется в зависимости от температуры и давления, при которых происходит кипение. Она увеличивается при более низких температуре и давлении.

В современных холодильных машинах в качестве хладагентов используютфторгалогенныепроизводныетакихуглеводородов, как метан, этан, пропан, бутан и их смеси, а также аммиак (паровые компрессорные машины), воздух (воздушные холодильные машины) ирастворы(абсорбционные машины). Перспективы совершенствования энергетических, конструктивных и эксплуатационных показателей холодильных машин в значительной мере связывают с разработкой и применением новых «чистых» рабочих тел, а также смесей хладагентов с заранее заданными свойствами.

Хладагенты имеют унифицированное условное обозначение — букву R (от слова Refrigerant). В числовом индексе хладагентов, представляющихсобойфторгалогенныепроизводныенасыщенных углеводородов, первая цифра отражает природу углеводородной основывещества: 1 — дляпроизводныхметана, получившихназвание хладоны; 11 — этана; 21 — пропана; 31 — бутана. К этим цифрам индекса прибавляют цифру, определяющую число атомов фтора в молекуле хладагента. При наличии в химической формуле хладагента атомов водорода к первой цифре производных метана и второй цифре производных этана, пропана и бутана добавляют число, соответствующее числу незамещенных атомов водорода. Таким образом, в условном обозначении хладонов последняя цифра (число единиц) указывает количество атомов фтора в молекуле; предшествующая (число десятков) — число атомов водорода, увеличенное на единицу; третья (число сотен) — число атомов углерода, уменьшенное на единицу. Число атомов хлора, входящих в молекулу хладона, равно числу атомов, недостающих до его структурной химической формулы Сn(Н, Cl, F)2n+2. При замене атомов фтора атомами брома в условное обозначение хладагента после числового индекса ставят букву В.

Азеотропные смеси хладагентов, т.е. нераздельно кипящие однородные(гомогенные) смеси, практическинеизменяющиепроцентногосоставахладагентов приизменении агрегатного состояния, в условном обозначении получили индекс 5. Неазеотропные смеси обозначают названием компонентов и их массовыми долями в сме-

71

си (в процентах). При этом в обозначении таких смесей исходные хладагенты располагают в порядке повышения нормальной температуры их кипения. Так, смесь, состоящая из 90 % R22 и 10 % R12, имеет условное обозначение R22/R12 (90/10).

Хладагентам неорганического происхождения (вода, аммиак) присваиваютчисловойиндекс, равныйихмолекулярноймассе, уве-

личенной на 700 (R718; R717).

Классификацию хладагентов проводят по давлениям и связанным с ними температурами кипения при давлении 98,1 кПа (735, 5 мм рт. ст.), что отвечает характерным температурным режимам работы современных холодильных машин (см. табл. 1.4).

Термодинамические параметры ряда характерных среднетемпературных хладагентов приведены в табл. 1.5.

 

 

Таблица 1.5

 

 

 

Тип хладагента

Давление конденса-

Нормальная температура

ции при 30 °С, МПа

кипения при 98,1 кПа, °С

 

 

 

 

Высокого давления (низ-

7—2

Ниже (-60)

котемпературные)

 

 

 

 

 

Среднего давления (сред-

2 — 0,3

(-60) (-10)

нетемпературные)

 

 

 

 

 

Низкого давления (высо-

Менее 0,3

Выше (-10)

котемпературные)

 

 

 

 

 

В современных транспортных холодильных установках в качестве хладагентовиспользуютR12, врядеслучаевприменяютR22 (табл. 1.6).

 

 

 

Таблица 1.6

 

 

 

 

Хладагент

Химическая формула

Молекулярная

Нормальная темпе-

масса, кг/кмоль

ратура кипения, °С

 

 

 

 

R12.

CF2Cl2

120, 91

-29, 74

 

 

 

 

R22

CHF2Cl

86, 47

-40, 81

 

 

 

 

R115

C2F5Cl

154, 46

-38, 97

 

 

 

 

R502

51, 2% R115+48, 8% R22

111, 63

-45, 62

 

 

 

 

R717

NH3

17, 03

-33, 35

 

 

 

 

Вода

H20

18, 02

100

Воздух

-

28, 95

(-192) (-195)

72

Хладон R12 (дифтордихлорметан) — это сжиженный под давлением бесцветный газ со слабым запахом четыреххлористого углерода (прелых яблок). При нормальных условиях он не горит и не взрывается, однако при температурах выше 400 °С и в присутствии открытого пламени разлагается, образуя высокотоксичные вещества, втомчислефосген. Физико-химическиесвойствахладонаR12 должны соответствовать следующим требованиям: содержание нелетучегоостатка— неболее0,005 %; кислотность— недопускается(окраскаиндикаторанедолжнаизменяться); суммарноесодержаниепосторонних газов по объему — не более 0,5 % (в том числе воздуха или азота 0,3 %); содержание воды — не более 0,0004 %.

Газообразный хладон R12 тяжелее воздуха в 4 раза. Плотность сухого насыщенного пара в 5—6 раз больше плотности паров аммиака, что обусловливает большие потери давления при циркуляции в системе. Для уменьшения потерь снижают скорость движения хладона R12 путем увеличения диаметра трубопроводов и проходных сечений клапанов. Меньшее, чем у аммиака, давление конденсациипозволяетизготовлятьпоршневыекомпрессорысдиаметром цилиндра в 1,3 раза больше, чем у аммиачных. Давление на поршень и шатун при этом не возрастает. Хладон R12 хорошо растворяется в масле, поэтому необходимо применять специальные вязкие масла. Хладон R12 в воде практически не растворяется; наличие нерастворенной влаги в системе, заполненной этим хладагентом, вызывает коррозию металла, а при замерзании — образование ледяных пробок, выводящих систему из строя. Поэтому использованиеR12 требуеттщательнойосушкисистемыпередеезаправкой хладагентом. Обезвоженный R12 химически нейтрален почти ко всем металлам, кроме сплавов, содержащих магний. Однако онспособен смыватьсметаллической поверхности окалину, атакже растворять органические вещества и лаковые покрытия, что приводит к засорению системы. Отличительная черта R12 — высокая текучесть, он может проникать даже через поры в чугунных и алюминиевых отливках, что повышает требования к качеству металла и уплотнениюсистемы. НормальнаятемпературакипенияхладонаR12 составляет –29,8 °С.

Жидкий хладон R12 неэлектропроводен. Коэффициенты теплоотдачиунегозначительнониже, чемуаммиака, стоимость— выше.

73

Характеристика хладагента R12

Давление, МПа

 

в испарителе при –15°С

0,183

в конденсаторе при 30°С

0,7435

Степень сжатия

4,08

Скрытая теплота парообразования при –15°С, кДж/кг

159,28

Холодопроизводительность нетто, Вт·ч/кг

32,3

Количество циркулирующего хладагента на 1000 Вт хо-

 

лодопроизводительности, кг/ч

3,09

Объем насыщенной жидкости при 30 °С, м3/кг

0,7748

Количество циркулирующей жидкости на 1000 Вт холо-

 

допроизводительности, м3

0,0245

Плотность насыщенного пара, кг/м3

 

при –15°С

10,96

при 30 °С

42,08

Объемная производительность компрессора на 1000 Вт

 

холодопроизводительности, м3

2,81

Холодопроизводительность на 1 м3 рабочего

 

объема цилиндров компрессора, Вт

290,3

Теплота сжатия, кДж/кг

24,739

Температура нагнетания в компрессоре, °С

38,01

Мощность на 1000 Вт холодопроизводительности, кВт

0,212

ХладагентR22 (дифторхлорметан) — бесцветный газ со слабым запахомхлороформа. КакиR12, оннегоритиневзрывается, однако более токсичен; разлагаться начинает при температуре свыше 550 °С. Растворимость воды в R22 незначительна, но выше, чем в R12. При отсутствии влаги R22 инертен практически по отношению ко всем металлам, R22 несколько дороже R12. Имеет хорошие термодинамические свойства, близкие по рабочим давлениям и объемнойхолодопроизводительностикхарактеристикамаммиака. Нормальная температура кипения при атмосферном давлении равна –40,8 °С. Взаимная высокая растворимость с маслом наблюдается лишь при температурах 70—120 °С. При понижении температуры до –10 –20 °С возможно отделение масла.

Коэффициент теплоотдачи R22 на 25—30 % выше, чем у хладона R12; соответственно меньшими могут быть и теплообменники. Наличие масла ухудшает теплофизические параметры хладагента; нерастворенное масло загрязняет трубопроводы и нарушает условия теплообмена при кипении и конденсации; хладономасляные

74

 

 

 

 

Таблица 1.7

 

 

 

 

 

Критические параметры R22

Теплота паро-

Газоваяпостоян-

Показатель

 

 

образования

Температура,

Давление,

при 98, 1 кПа,

ная, кДж/(кг-К)

адиабаты

°С

МПа

кДж/кг

 

 

 

 

 

 

 

112, 00

4, 12

166, 0

0, 069

1, 14

 

 

 

 

 

96, 13

4, 99

229, 0

0, 096

1, 16

 

 

 

 

 

79, 94

3, 19

125, 9

0, 054

1, 09

 

 

 

 

 

82, 16

4, 01

175, 0

0, 074

-

 

 

 

 

 

132, 40

11, 40

1360, 0

0, 488

1, 30

 

 

 

 

 

374, 15

22, 11

2259, 7

0, 462

1, 33

 

 

 

 

 

-140, 7

3, 76

196, 8

0, 288

1, 40

 

 

 

 

 

растворы могут химически взаимодействовать с цветными металлами. Зависимость растворимо-

сти R12 и R22 в масле от температуры приведена на рис. 1.27.

При высоких температурах конденсации(табл. 1.7) R22 имеет значительно большее давление, чемхладонR12 (вгерметичных машинах до 2,1 МПа), из-за чего сдерживается его применение на рефрижераторном подвижном составе. В основном R22 используется в установках кондиционирования воздуха и низкотемпературных машинах с температурами кипения до – 40 °С(придвухступенчатомсжатии до –70 °C) и конденсации до +55 °С. Стоимость R22 выше стоимости хладона R12.

Рис. 1.27. Растворимость ряда хладагентов в масле

75

Характеристика R22

Давление, Мпа в испарителе при –15 °С

0,2966

в конденсаторе при 30 °С

1,1908

Степень сжатия

4,01

Скрытая теплота парообразования при –15 °С, кДж/кг

215,79

Холодопроизводительность нетто, Вт·ч/кг

45,2

Количество циркулирующего хладагента на 1000 Вт холо-

22,2

допроизводительности, кг/ч

 

Объем насыщенной жидкости при 30 °С, м3/кг

0,8515

Количество циркулирующей жидкости на 1000 Вт холодо-

 

производительности, м3

0,0192

Плотность насыщенного пара, кг/м3

 

при –15 °С

77,29

при 30 °С

19,70

Объемная производительность компрессора на 1000 Вт хо-

 

лодопроизводительности, м3

1,71

Холодопроизводительность на 1 м3 рабочего объема цилин-

 

дров компрессора, Вт

476,5

Теплота сжатия, кДж/кг

34,941

Температура нагнетания в компрессоре, °С

52,6

Мощность на 1000 Вт холодопроизводительности, кВт

0,662

Аммиак — бесцветный газ с резким запахом; ядовит и взрывоопасен; слабо растворяется в масле, но интенсивно поглощается водой (допустимое содержание воды в аммиаке 0,2 %). По отношению к черным металлам и алюминию аммиак инертен, но интенсивно разрушает медь и ее сплавы (кроме фосфористой бронзы). Аммиак существенно дешевле R12 и R22.

Основнымикритериямивыборахладагента, отвечающегохарактернымтемпературнымрежимамработымашины, служатегоэнергетические параметры, показатели токсичности и стоимость. В качестве энергетического параметра, определяющего технико-эконо- мические и конструктивные особенности машины и отдельных ее элементов, принимают удельную холодопроизводительность. Токсичностьхладагентовоцениваютихпредельнодопустимойконцентрацией (ПДК), а также коэффициентом токсичной опасности Ктo, показывающим, во сколько раз может быть превышена предельно допустимая концентрация хладагента в воздухе при аварийной ситуации.

76

Энергетические параметры и показатели токсичности хладагентов транспортных холодильных установок приведены в табл. 1.8.

При выборе хладагента необходимо учитывать важное экологическое требование по защите озонового слоя Земли. Попадая в окружающую среду, хлорфторсодержащие углеводороды вызывают фотохимические реакции, в результате которых в верхних слоях атмосферы Земли происходит разрушение молекул тонкого защитного слоя озона, задерживающего жесткое ультрафиолетовое излучениеСолнца. Наиболееактивнымозоноразрушающимвоздействием отличаются R11, R12, R113, R115, а также бромсодержащие

R12B1, R13B1, R114B2.

 

 

 

 

 

Таблица 1.8

 

 

 

 

 

 

 

 

Удельная

 

 

Хладагент

холодопроизводительность

ПДК, мг/мэ

Kто·10-3

массовая, кДж/кг

объемная, кДж/м3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R12

110

 

1280

300

100

 

 

 

 

 

 

R22

160

 

2050

3000

10

 

 

 

 

 

 

R717

1100

 

2170

20

300

Чтобы избежать необратимых экологических последствий, связанных с уменьшением толщины защитного озонового слоя, международным соглашением (Монреальский протокол, 1986 г.), вступившим в действие с 1 января 1989 г., предусмотрено существенно сократить производство и использование хлорфторуглеродов во всех отраслях техники. Международная конференция по озоновому слою Земли (Хельсинки, май 1989 г.) приняла документ о полном запрете применения к 2000 г. хладонов и других озоноразрушающихвеществвкачествехладагентов, пропеллентовваэрозольных упаковках, а также при производстве пенополиуретанов.

В настоящее время ведутся работы по созданию и применению хладагентов, не обладающих озоноразрушающим действием.

Для среднетемпературных холодильных установок в качестве заменителя хладагента R12 наиболее целесообразно использовать хладагент R22, озоноактивность которого составляет менее 5% по сравнению с R12, смесь R22 с R142, а также R134a практически с нулевой озоноактивностью.

77

Хладагент R134a (химическая формула CF3 — CFH2) имеет молекулярную массу 102 кг/кмоль и нормальную температуру кипения –26,8 °С. В цикле холодильной машины с R134a при заданных температурахкипенияиконденсациидавлениякипенияиконденсациииих разностьбудутменьше, чемприработенаR12, аотношениедавлений несколько выше. Из-за большей энергоемкости хладагента удельная объемная холодопроизводительность цикла при одинаковой степени регенерации будет ниже на 8—12 %, а удельная адиабатная работа — меньше на 30—50 %; с увеличением степени регенерации эффективность цикла будет повышаться; стоимость R134a существенно выше стоимости R12. Фреон R142 (дифторхлорэтан) используют в тепловыхнасосахихолодильныхустановках, работающихпривысокихтемпературахконденсации. Нормальнаятемпературакипенияего–9,8 °С, давление конденсации при температурах 40—50 °С не превышает 0,7 МПа, температура замерзания –130,8 °С.

Существуютивесьмаядовитыефреоны, например, R10, R20, R32

и R40.

Наряду с чистыми хладагентами в хладотехнике используют и их азеотропные смеси. Они отличаются тем, что в жидком состоянии имеют при определенной концентрации постоянную точку кипения, а пар над жидкой смесью такого же состава, как жидкость.

Для обозначения смеси фреонов записывают названия компонентов в порядке повышения нормальной температуры кипения, а затем в том же порядке — массовые проценты, например R12/R22 (75/25). Широко применяющиеся смеси имеют в условном обозначении числа 500, 501 и т.д.

ФреонR502 являетсясмесью: из48,8 % фреонаR22 и51,2 % фреона R115. Его нормальная температура кипения составляет –45,6 °С, теплота парообразования примерно в 1,5 раза меньше, чем у R22, а объемная холодопроизводительность больше, чем у каждого из составляющих веществ. По сравнению с R22 он имеет значительно меньшую температуру конца сжатия. Фреон R502 не взрывоопасен инегорюч. Вмасле растворяется меньше, чемR-22. Используется в низкотемпературных холодильных установках. Характеристика R502 приведена в табл. 1.9.

78

 

Таблица 1.9

 

 

Температура, °С

 

кипения

– 29

всасываемого пара

18, 3

конденсации

49

Давление, МПа

 

в испарителе

0,207

в конденсаторе

2,072

Степень сжатия

10,02

Холодопроизводительность нетто, Вт·ч/кг

29,24

Объем насыщенной жидкости при 49°С, м3/кг

0,664

Количество циркулирующей жидкости на 1000 Вт хо-

 

лодопроизводительности, м3

0,0321

Плотность пара при 18, 3°С, кг/м3

9,8753

Объемная производительность компрессора на 1000 Вт

 

холодопроизводительности, м3

3,46

Холодопроизводительность, Вт/м3

236

Теплота сжатия, кДж/кг

52,382

Температура нагнетания в компрессоре, °С

93,3

Мощность на 1000 Вт холодопроизводительности, кВт

0,495

Термодинамические свойствахладагентовиотносительные размеры компрессоров (при одинаковой объемной холодопроизводительности) указаны в табл. 1.10.

 

 

 

 

 

Таблица 1.10

 

 

 

 

 

 

 

Давление

Давление

Массовая

Объемная

Относитель-

 

конденса-

кипения

холодопро-

холодопро-

ные размеры

Хладагент

ции при

при –15 °С,

изводитель-

изводитель-

компрессо-

 

30 °С, МПа

МПа

ность,

ность,

ров

 

кДж/кг

кДж/м3

Аммиак

11, 67

2, 35

1104, 5

2170, 4

1

Хладон R12

7, 45

1, 82

110, 6

1280, 5

1, 69

 

 

 

 

 

 

R-22

12, 00

3, 00

161, 7

2044, 7

1, 06

R-142

3, 93

0, 79

179, 2

650, 7

3, 33

 

 

 

 

 

 

Примечание. При сравнении размеры аммиачного компрессора приняты за единицу.

Тепловой расчет термодинамического цикла холодильной машины обычно выполняют с помощью диаграмм состояния или паровых таблиц рабочего тела. Стремление применить для этой цели

79

современные расчетные методы связано с использованием соответствующих уравнений состояния. Пары практически всех хладагентов представляют собой реальные газы; для аналитической связи их параметров — давления — плотности — температуры предложено большое число уравнений состояния. Теоретически хорошо обосновано и удобно для расчетов с использованием ЭВМ вириальное уравнение Боголюбова-Майера:

 

 

 

b

 

 

 

 

 

 

 

 

ij

 

i

 

(1.48)

Р = zρRT = 1 + ∑

τ

j

ρ

 

ρRT

 

 

i=1 j=1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где Р, ρ, Т — параметры состояния хладагента (давление, плотность, температура); R — газоваяпостоянная; z — коэффициентсжимаемости; bij — коэффициенты разложения; τ T/Tкр — приведенная температура; Tкр — критическая температура хладагента.

Значения коэффициентов разложения для хладагентов транспортных холодильных установок представлены в табл. 1.11. Для них z < 1, т.е. парыэтиххладагентовобладаютбольшейсжимаемостью, чем идеальный газ, у которого z = 1.

 

 

 

 

Таблица 1.11

 

 

 

 

 

 

 

j

 

 

 

 

 

 

 

i

0

1

2

3

 

 

 

 

 

 

 

R12

 

 

 

 

 

 

 

1.

1, 356

2, 133

-1, 394

0

2.

-25, 051

50, 031

-23, 437

0

3.

86, 844

-159.574

72, 350

0

4.

-107, 783

155, 610

-44, 569

0

5.

83, 232

-89, 497

0

0

6.

-33, 033

36, 338

0

0

 

 

R22

 

 

1.

3, 512

-9, 852

7, 592

-3, 716

2.

3, 658

-18, 473

29, 593

-12, 683

3.

-8, 616

56, 067

-89, 648

42, 085

4.

1, 966

-43, 810

62, 858

-18, 976

5.

7, 101

38, 225

-50, 319

0

6.

-19, 332

0

20, 003

0

7

8, 997

-5, 988

0

0

 

 

 

 

 

80

 

 

 

 

Окончание табл. 1.11

 

 

 

 

 

 

 

 

j

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

0

1

2

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

R717

 

 

 

1.

4, 535

-14, 682

13, 589

 

-9, 913

2.

43, 107

-46, 042

46, 090

 

12, 864

3.

-280, 130

421, 667

-159, 688

 

10, 473

4.

1029, 089

-1060, 964

35, 905

 

-0, 956

5.

-2009, 954

1732, 929

2, 251

 

0

6.

1785, 179

-979, 702

0

 

0

7.

-596, 500

0

0

 

0

Вхолодильных машинах споршневыми компрессорами масло и хладагент перемешиваются. Масла, используемые в холодильной технике, растворимы в жидких хладагентах и полностью смешиваются с ними при комнатной температуре.

Любое масло, циркулирующее в холодильной системе, подвергаетсяпопеременномувоздействиюоченьвысокойиоченьнизкойтемператур. Всвязискритическим характеромсмазкиприданныхэкстремальных условиях и учитывая повреждения, которые могут быть нанесены системе парафином или другими примесями, присутствующимивмасле, необходимоприменятьтольковысокорафинированное масло, специально созданное для холодильных установок.

Нафтеновые масла более растворимы в хладагентах, чем парафиновые. Разделение маслофреоновой смеси на отдельные слои может иметь место при использовании того и другого типа масла. Однако разделение нафтеновых масел происходит при несколько более низкой температуре. Это разделение необязательно влияет отрицательно на смазочные свойства масла, но могут возникнуть трудности в подаче масла к рабочим частям системы.

Всвязистем, чтомаслодолжнопроходитьчерезцилиндрыкомпрессора для обеспечения смазки движущихся частей, небольшое количество масла всегда циркулирует вместе с хладагентом. Масло плохо смешивается с паром хладагента. Поэтому масло нормально циркулирует в системе только в том случае, если поток пара хладагента имеет достаточную интенсивность. Если интенсивность потока недостаточно высока, масло остается в нижней части трубо-

81

провода. В результате ухудшается теплопередача и возможна нехватка масла в компрессоре. Отделение масла увеличивается критически при понижении температуры кипения хладагента. Для возврата масла в компрессор требуется соответствующая конфигурация трубопроводов хладагента.

В герметичной системе имеет место явление притягивания жидкого хладагента к маслу. Жидкий хладагент испаряется и перемещаетсячерезсистемувкартеркомпрессора, несмотрянато, чтонет разности давлений для создания этого движения. Когда пар хладагента поступает в картер компрессора, он снова конденсируется. Перемещение хладагента продолжается до тех пор, пока масло в картере компрессора не будет насыщено жидким хладагентом.

Избыточноеколичествожидкогохладагентавкартерекомпрессора является причиной бурного пенообразования при кипении. В результате все масло может быть унесено из картера компрессора. Поэтомунеобходимопредусмотретьнекоторыемеры, например, установить подогреватель картера для предотвращения аккумуляции избыточного количества жидкого хладагента в картере компрессора.

ХладагентыR22 иR502 менеерастворимывмасле, чемR12. Для возврата масла в картер компрессора определяющими факторами при использовании этих двух хладагентов являются соответствующая конфигурация трубопроводов и конструкция системы.

Транспортировку и хранение хладагентов осуществляют с соблю-

дением особых правил безопасности. Аммиак перевозят в специальныхжелезнодорожныхтеплоизолированныхцистернах, оборудованных предохранительными устройствами. Хладон R12 в цистернах поставляют по согласованию с заказчиком. Хладагенты хранят и транспортируют также в стальных герметичных баллонах, бочках, контейнерах и других сосудах, рассчитанных на избыточное давление не менее 1,2 МПа и соответствующих требованиям Госгортехнадзора России. Баллоны, наполненные хладагентом, представляют опасность как сосуды, находящиеся под избыточным давлением.

Запорные вентили баллонов должны иметь правую резьбу на боковом штуцере. На корпусе баллона не должно быть раковин, трещин и свищей. Внутренняя поверхность новых баллонов, а также прошедших ремонт и освидетельствование должна быть очищена от грязи, ржавчины, тщательно просушена и осмотрена. Внутри

82

баллоновнедопускаетсяналичиеокалины. Накорпуснаносятнадписи, указывающие порядковый номер баллона, массу тары с арматурой с точностью до 0,2 кг, год изготовления, дату освидетельствования, емкость, л, давление рабочее и пробного гидравлического испытания, МПа.

Баллоныдляаммиакаокрашиваютвжелтыйцветинаносятчерной краской надпись «Аммиак», баллоны для хладона R12 и фреонов — в серебряный цвет. Надпись «Хладон R12» наносят черной или красной краской (соответственно для фреонов). При использовании сосудов из нержавеющей стали наружную их поверхность не окрашивают.

Хладон R12 разрешается перевозить любым видом транспорта. У заполненных баллонов выходные штуцера вентилей должны быть закрыты глухими гайками или фланцами с прокладкой из паронита или фторопласта. Баллоны, находящиеся в эксплуатации, подвергают освидетельствованию (осмотр поверхности, проверка массы и объема, гидравлическое испытание) не реже чем через 5 лет. Запрещается ремонтировать и очищать баллоны с хладагентом, ударять молотком по их колпакам и допускать падение. Заглушки на вентилях отворачивают осторожно, направляя при этом выходное отверстие в сторону от работающего. Хранят баллоны с хладагентами в складах, изолированных от охлаждаемыхпомещенийижилыхзданий. Гарантийныйсрокхраненияхладона R12 12 месяцев. После использования пустые сосуды возвращают для заполнения хладагентом с избыточным давлением не менее 0,05 МПа. На каждый литр вместимости сосуда подают не более 1,1 кг жидкого хладона R12 или 0,57 кг жидкого аммиака. Призаполнениибаллоновприменяютрезиновыешлангиилитрубки, испытанные давлением 2 МПа.

При работе с хладоном R12 и фреонами, а также при промывке иобработкеаппаратурыитарыиз-поднихнеобходимопользовать- ся защитными очками или масками из органического стекла, противогазами марки БКФ, резиновыми перчатками, хлопчатобумажными халатами. В помещениях, где проводят работы с хладагентами, запрещается курить, включать электронагревательные приборы и применять открытый огонь без принятия специальных мер предосторожности (усиленная вентиляция помещения илиработав

83