36 Рабочие вещества паровых холодильных компрессионных машин

конденсации в обоих циклах), характеризует энергетическую эф­фективность хладагентов в рабочем цикле холодильной машины.

Указанные в табл. 5 хладагенты, за исключением углекислоты, имеют сравнительно высокое . Углекислота является весьма несовершенным холодильным агентом. По этой причине, а также вследствие высокого давления в аппаратах углекислота как холодильный агент не приме-няется. Высокие значения для фреона-21 и фреона-11 указывают на перспективность их приме­нения в турбокомпрессорных агрегатах.

Таблица 5

Холодильный коэффициент и степень термодинамического совершенства холодильных агентов

(при , без переохлаждения жидкости)

Аммиак и фреон-12 теоретически почти равноценны, но в действи-тельном процессе второй уступает первому (на 10—12%).

§ 4. Физиологические свойства хладагентов

О физиологических свойствах холодильных агентов можно судить по данным табл. 6, в которой указана сравнительная вред­ность различ-ных холодильных агентов.

Степень ядовитости холодильного агента определяется тем процент-ным содержанием его в воздухе, при котором наступает смерть живот-ного. Самым опасным холодильным агентом яв­ляется сернистый анги-дрид. Затем следует аммиак.

Эксплуатационные свойства аммиака, Ф-12 и Ф-22 37

Наименее вредными являются фреон-11, фреон-22 и вовсе безвредными.

Таблица 6

Условия вредности холодильных агентов

фреон-12 и фреон- 114. Вредное физиологическое действие этих фреонов по существу объясняется лишь недостатком кислорода, вытесняемого газом.

Сернистый ангидрид в качестве холодильного агента в настоящее время не применяют из-за его вредности для обслуживающего персонала, разрушающего действия на детали машины в присутствии влаги и громоздкости установки.

Хлористый метил по своим физическим и термодинамическим свойст-вам занимает промежуточное положение среди других холодильных агентов. До появления фреонов он применялся главным образом в малых автоматизированных машинах, а теперь не применяется. Недостатками хлорметила является его вредность (накапливаясь в организме, он вызывает затем внезапную смерть) и взрывоопасность в смеси с воздухом (при содержании в воздухе по объему).

В машинах с поршневыми компрессорами, которые в данное время являются основными в холодильной технике, широкое распространение

получили три холодильных агента со средними нормальными температурами кипения – аммиак, фреон-12 и фреон-22 .

§ 5. Эксплуатационные свойства аммиака, фреона-12 и фреона-22

Аммиак имеет высокую степень термодинамического совершенства, абсолютное давление в конденсаторе аммиачной машины обычно не превышает , а в испарителе лишь при

38 Рабочие вещества паровых холодильных компрессионных машин

температуре кипения становится ниже атмосферного. Компрес-соры и теплообменные аппараты аммиачных машин имеют сравнительно небольшие размеры. Стоимость аммиака относительно невысока.

По отношению к черным металлам аммиак нейтрален, в при­сутствии влаги сильно действует на медь и ее сплавы, которые нельзя применять в аммиачных машинах.

Химическое воздействие аммиака на смазочные масла ни­чтожно, и их взаимная растворимость незначительна.

Аммиак и вода имеют высокую взаимную растворимость, что исклю-чает возможность замерзания проникающей в холодиль­ную систему вла-ги. Проникновение влаги в систему из внешней среды все же весьма неже-лательно. Образующаяся гидроокись аммония с течением времени может влиять на режим работы ма­шины и, кроме того, взаимодействуя со смазо-чными маслами, создавать осадок, загрязняющий холодильную машину. Влага способствует коррозии металла.

Аммиак широко применяют в одно- и двухступенчатых холодильных машинах средней и большой производительности при температурах кипения от 0 до —60° С.

Необходимо особо иметь в виду два основных недостатка аммиака. Аммиак взрывоопасен. Смесь аммиака с воздухом (11—15% об.) горит желтоватым пламенем; при более высоких концентрациях (16—25% об.) смесь при наличии открытого пламени взрывается. Аммиак очень вреден. После сернистого ангидрида он является самым вредным холодильным агентом. Аммиак вызывает сильное раздражение глаз и дыхательных путей. При вдыхании аммиака больших концентраций возможны тяжелые отравления всего организма со смертельным исходом. При эксплуатации аммиачных холодильных машин необходимо строго соблюдать правила техники безопасности.

Фреон-12 (дифтордихлорметан, ) — холодильный агент,) получивший за последние годы весьма широкое распространение. Фреон-12 обладает достаточно хорошими термодинамическими свойствами,: безвреден, не имеет запаха и невзрывоопасен.

Фреон-12 является одним из основных холодильных агентов; для крупных, средних и малых холодильных машин с поршневыми комп-рессорами. Этот холодильный агент применяется при, температурах кипения до —70° С и температурах конденсаций до +60° С. В турбокомпрессорных машинах он может быть использован и при более низких температурах кипения.

Фреон-12 особенно распространен в установках, в которых недопустим раздражающий запах и к которым предъявляются повышенные требования техники безопасности (при кондиционировании воздуха,

Эксплуатационные свойства аммиака, Ф-12 и Ф-22 39

в торговой сети, спецпроизводствах, рефрижераторных судах, бытовых электрохолодильниках и т. п.).

Необходимо учитывать следующие особенности фреона-12.

При температуре свыше 400° С происходит разложение фреона-12

с образованием вредных соединений — фтористого и хлористого

водорода и следов очень ядовитого фосгена. Поэтому приме­нение открытого пламени в помещении фреоновой холодильной установки нежелательно.

Растворимость воды в жидком фреоне-12 очень мала, при 0° С Не более 0,006% к массе фреона. Для предохранения металличе­ских час-тей машины от коррозии и исключения возможности за­мерзания воды в проходных отверстиях, особенно в регулирующем вентиле, содержание воды во фреоне не должно превышать 0,004%.

Фреон-12 химически не взаимодействует со смазочными маслами, но очень хорошо в них растворяется. Критическая темпе­ратура растворимости для фреона-12 равна—45° С. При этой температуре и выше ее жид-кий фреон-12 растворяется в масле в любых количественных соотношениях с образованием однородной двухкомпонентной смеси. При более низких температурах фреон-12 имеет ограниченную растворимость и в смеси с маслом образует два расслаивающихся раствора различной концентра­ции. При этом слой с большим содержанием масла всплывает вверх, так как масло легче фреона. Парообразный фреон также растворяется в масле (абсорбируется им) в количествах тем боль­ших, чем выше давление и ниже температура.

Растворенное во фреоне масло в аппаратах фреоновой холодильной маши-ны, особенно в испарителе, влияет на режим работы холодильной машины. Температура кипения смеси фреона с маслом выше температуры кипения чистого фреона (при одинаковом давлении). Поэтому при наличии масла в испарителе необходимо для получения заданных температур кипения поддерживать более низкие рабочие давления, что снижает экономичность работы холодильной машины. Масло, кроме того, увеличивает вязкость рабочего вещества и уменьшает интенсивность теплопередачи, а это приводит к увеличению металлоемкости конструкции. Для повышения хладоэнергетических показателей фреоновой холодильной машины необходимо отводить масло из испарителя.

Фреон-12 требует особой герметичности системы, так как он очень текуч и может проникать через малейшие неплотности в соединениях и даже через поры металла.

В жидком состоянии фреон-12 более чем в 2 раза, а в состоянии сухого насыщенного пара- в 5-8 раз (в зависимости от температуры насыщения) тяжелее аммиака. Во избежание больших сопротивлений в клапанах и трубопроводах и связанной с этим излишней затраты

40 Рабочие вещества паровых холодильных компрессионных машин

мощности скорости движения фреона-12 по сравнению с аммиаком уменьшают в 2-2,5 раза. Стоимость фреона-12 пока выше стоимости аммиака, но за последние годы она значительно снижена. Фреон-22 (дифтормонохлорметан, )- сравнительно новый холодильный агент, который обладает хорошими термодинамическими и эксплуатационными свойствами и полу­чает все большее практическое использование.

В широком диапазоне температур, применяемых в холодиль­ной технике, кривая давлений насыщения фреона-22 протекает несколько выше, чем соответствующие кривые фреона-12 и аммиака (рис. 20). Нормальная температура кипения фреона-22 составляет -40,8° С.

При температурах до —40° С, весьма характерных для предприятий пищевой про­мышленности, машина работает с некоторым избыточным давлением в испарительной си­стеме.

Рис. 20. Кривые давлений насыщения для

фрео­на-22, фреона-12 и аммиака

В низкотемператур­ных машинах с малыми давлениями в испари­теле имеют место высо­кие степени сжатия — в компрессоре. Значи­тельное увеличение сте­пени сжатия приводит к чрезмерно высоким температурам в конце сжатия, а также к ухуд­шению рабочих коэффи­циентов компрессора, снижению экономично­сти работы машины. В этом случае целесообразно перейти на работу с двухступенчатыми компрессорами.

Степень сжатия в разных температурных пределах работы машины у фреона-22 по сравнению с фреоном-12 и аммиаком яв­ляется наименьшей (рис. 21). Температура паров фреона-22 в конце сжатия несколько выше, чем фреона-12, и ниже, чем аммиака. Указанные свойства позволяют применять одноступенчатые машины, работающие на фреоне-22, для получения более глубоких температур охлаждения при одной и той же степени сжатия. Увеличение диапазона температур по сравнению с аммиаком составляет примерно 6—8° С.

При невысокой температуре конденсации ( ) одноступенчатые машины на фреоне-22 применяют для температур кипения до -40°С, а иногда и ниже. Машины двухступенчатые применяют для температур до —80° С.

Эксплуатационные свойства аммиака, Ф-12 и Ф-22 43

По степени термодинамического совершенства, а также по величине цилиндров компрессоров и рабочих давлений нагнета­тельной стороны фреон-22 имеет примерно такие же показатели, как и аммиак. По срав-нению с фреоном-12 объемная холодопроизводительность фреона-22 значительно больше (примерно в 1,6 раза); компрессор, работающий на фреоне-22, значительно компактнее, чем компрессор такой же производительности, работающий на фреоне-12.

Фреон-22, как и фреон-12, не ядовит и невзрывоопасен, к металлам, за исклю-чением магниевых сплавов, нейтра­лен, Растворимость воды в жидком фреоне-22 в не­сколько раз выше, чем во фреоне-12, но все же мала.

Рис. 21. Зависимость степени сжатия для фреона-22, фреона-12 и аммиака от тем­пературы кипения (при )

Фреон-22 хорошо раство­ряется н смазочном масле. Критическая темпера-тура растворимости зависит от физичес-ких свойств масла. В конденсаторе жид-кий фре­он и смазочное минеральное масло смешиваются в любых соотно-шениях, так как температура конденсации обычно находится выше зоны ограничен-ной растворимости.

При низких же температурах (в испарителе) жидкий фреон-22 в смеси с маслом имеет ограниченную растворимость. При этом получаются два отдельных (расслаивающихся) раствора: слой масла с примесью фреона, который находится в верхней части аппарата, и слой жидкого фреона с примесью масла — в нижней части аппарата. В низ-котемпературных установках, работающих на фреоне-22 имеется опасность замерзания масла, особенно при прохождении хладагента через регулирующий вентиль. Поэтому вопросу маслоотделения и выбора марки масла должно быть уделено особое внимание.

Фреон-22 удобен в холодильных установках, где применение токсичного хладагента недопустимо или крайне нежелательно (например в установках для кондиционирования воздуха, судовых рефрижераторных установках и т. д.).

Следует иметь в виду, что фреон-22 обладает большой текучестью. Это затрудняет применение его в крупных установках с разветвленной сетью коммуникационных магистралей.

44 Рабочие вещества паровых холодильных компрессионных машин

Весьма перспективной для промышленного использования в поршневых холодильных машинах является азеотропная смесь (смесь, не меняющая своего состава при кипении) фреона-22 (48,8%) и фреона-115* (51,2%) под названием фреон-502.

Эта смесь имеет температуру кипения (более низкую, чем ее компоненты).

Объемная холодопроизводительность смеси более высокая, чем у компонентов. Смесь имеет достаточно высокие энергетиче­ские показатели, невзрывоопасна и в такой же степени неток­сична, как фреон-12.

• Химическая формула фреона -115: .