§ 70. Холодильные компрессоры

Значение холода в промышленности. Под искусственным хо­лодом в технике понимают получение температуры ниже, чем в ок­ружающей среде, и поддержание такой температуры в технологи­ческих процессах или помещениях. Источником искусственного хо­лода служат холодильные машины и установки, которые представ­ляют собой аппараты и трубопроводы с замкнутым циклом движе­ния холодильных агентов — рабочих тел, изменяющих свое состоя­ние в процессе получения холода.

Химическая промышленность занимает первое место по приме-пению искусственного холода. Ряд физических, химических и дру­гих процессов при низких температурах протекают по-иному, чем при обычных температурах.

Для обеспечения холодом крупных предприятий с температурой до —30°С строят центральные холодильные- станции. Для получе­ния холода —35°С и ниже холодильные станции, как правило, включают в производство, так как передача холода таких парамет­ров на большое расстояние не­рациональна из-за больших по­терь.

Назначение холодильных машин — отбирать теплоту от охлаждаемого объекта и воз­вращать его более теплой ок­ружающей среде.

Принцип получения холода. Холодильная машина пред­ставляет собой замкнутую си­стему, внутри которой цирку­лирует рабочее тело, называе­мое холодильным агентом. Чтобы перенести теплоту, не­обходимо затратить внешнюю энергию. Машины, в которых холод вырабатывается за счет ки­пения жидкости с последующим сжатием паров в компрессоре, называют паровыми компрессионными машинами.

Паровая компрессионная холодильная машина состоит из че­тырех основных сборочных единиц: компрессора /, испарителя 4, конденсатора 2 и регулирующего клапана 3, соединенных в зам­кнутую герметичную систему, в которой работает холодильный агент (рис. 92).

Компрессор служит для отсасывания паров из испарителя, что снижает давление и обеспечивает низкую температуру кипения хо­лодильного агента, и для сжатия паров до давления, при котором пары могут сжижаться в конденсаторе.

В конденсаторе перегретые пары после сжатия в компрессоре сначала охлаждаются до температуры конденсации, а затем отда­ют скрытую теплоту парообразования, после чего насыщенные па­ры превращаются в жидкость.

Регулирующий клапан дросселирует жидкий холодильный агент от давления конденсации до давления кипения в испарителе и регулирует подачу холодильного агента в испаритель.

Испаритель служит для кипения в нем холодильного агента, благодаря чему отбирается теплота от охлаждаемого объекта. В испаритель необходимо подавать столько жидкости в единицу времени, сколько успевает ее выкипеть и в виде паров отсасаться компрессором.

Холодильный агент, циркулируя по системе и меняя свое аг­регатное состояние за счет подведенной к компрессору энергии, от­бирает теплоту от охлаждаемого объекта и передает ее охлаждаю­щей среде в конденсаторе.

Холодильные агенты и хладоносители. Один из наиболее рас­пространенных холодильных агентов — аммиак. Однако все боль­шее применение в холодильных машинах находят фреоны— холо­дильные агенты, получаемые из метана, зтана и пропана путем за­мещения атомов водорода на атомы фтора и хлора. На крупных химических и нефтехимических предприятиях выгодно в качестве холодильных агентов использовать те продукты, которые выраба­тывают на данном предприятии или используют на нем в виде ис­ходного сырья.

Аммиак получают синтетическим путем из водорода и азота воздуха. Это один из лучших холодильных агентов по термодина­мическим свойствам. Аммиак — газ с резким запахом, без цвета, легче воздуха, горюч и взрывоопасен. Сильно разъедает цветные металлы и их сплавы, почти не растворяется в масле, но очень хо­рошо растворяется в воде. Основной недостаток аммиака — его вы­сокая токсичность, при любых концентрациях он вызывает сильное раздражение дыхательных путей, глаз, пишевода.

Фреон-12 — дифтордихлорметан — газ бесцветный, без запаха, негорюч, невзрывоопасен, тяжелее воздуха. Фреон не разъедает металлы, в воде не растворяется, но зато хорошо растворяется в масле. Фреон отличается крайней летучестью, он проникает даже через поры чугуна. Фреон хорошо смывает с поверхности металлов грязь и окалину. Холодопроизводительность фреона ниже, чем у аммиака, и стоимость его производства выше.

В качестве холодильных агентов могут быть использованы эти­лен, пропан, пропилен, углекислый газ, фреон-22 и фреон-142.

В холодильной технике промежуточные хладоносители приме­няют в тех случаях, когда охлаждение непосредственным испаре­нием нежелательно. Хладоносители должны иметь низкую темпе­ратуру замерзания, малые вязкость и плотность, высокую теплоем­кость, быть недорогими, безвредными и безопасными, не разъедать металлы. Этими свойствами обладает вода, но она имеет низкую температуру замерзания. На заводах наибольшее распространение в качестев хладоносителя получили растворы хлористого кальция, применяемого при температуре до —45°С, и хлористого натрия — при температуре до —15°С.

Для низких температур используют также водный раствор эти-ленгликоля (антифриз). В последнее время используют как хладо-носитель фреон-30 (метиленхлорид) при температуре до —96°С. Можно также применять этиловый спирт, толуол и другие органи­ческие вещества с низкой температурой замерзания.

Особенности холодильных компрессоров. В качестве холодиль­ных компрессоров применяют компрессоры поршневые с различ­ным расположением цилиндров, роторные, винтовые и центробеж­ные. Но так как холодильные агенты обладают специфическими

178

свойствами, то особенности конструкции холодильных компрессо­ров и установок в целом можно свести к следующим:

на аммиачных холодильных установках все детали, соприка­сающиеся с аммиаком, изготовляют из черных металлов;

многие типы поршневых компрессоров снабжены прямоточны­ми проходными поршнями, на днище которых монтируют всасы­вающий клапан. В этом случае уменьшается нагрев паров холо­дильного агента от стенок цилиндра, в результате конденсатор ра­ботает с меньшей тепловой нагрузкой;

цилиндры поршневых холодильных компрессоров могут иметь ложную крышку, т. е. свободно лежащий на торце цилиндра диск, прижатый пружиной. В ложной крышке монтируют нагнетатель­ный клапан. Пружина упирается одним концом в ложную крышку, а вторым в настоящую крышку цилиндра. Ложные крышки ис­пользуют для того, чтобы избежать последствий гидравлического удара, если компрессор будет работать «влажным ходом», т. е. во время всасывания в цилиндр будут попадать капельки холодильно­го агента. Избежать «влажного хода» можно подогревом всасы­вающей трубки с помощью теплообменника или автоматическим регулированием уровня холодильного агента в испарителе;

на фреоновых холодильных установках устанавливают осуши­тельные патроны для поглощения влаги и фильтры-грязеулови­тели;

на аммиачных установках применяют специальные меры для возвращения в картер унесенного аммиаком масла;

в качестве смазочного масла на холодильных установках ис­пользуют масла фригус-А и фригус-Ф (ХА и ХФ).

Назначение и виды вспомогательного оборудования. Для обес­печения нормальных условий работы компрессорных установок служит вспомогательное оборудование: