51455

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Книга

Производство и промышленные технологии

В учебном пособии рассмотрены термодинамические основы холодильных машин, действительный рабочий процесс в поршневом компрессоре, конструкции и методика теплового расчета испарителей и конденсаторов, рекомендации по подбору элементов. Для курсового проектирования по дисциплине «Тепломассообменное оборудование предприятий» студентами специальности «Промышленная теплоэнергетика» и бакалаврами направления «Теплоэнергетика и теплотехника».

Русский

2014-03-31

7.18 MB

129 чел.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

МАРИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 Ф.Р.Габитов   А.В.Маряшев   В.А.Хлебников

ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Учебное пособие

Йошкар-Ола

2010

УДК 621.1.016.7

ББК 31.31

Г 55

Рецензенты:

профессор кафедры водных ресурсов Марийского государственного технического университета А. Г. Поздеев

доцент кафедры общей физики Марийского государственного университета В. Е. Шилов

Печатается по решению редакционно-издательского совета МарГТУ

Габитов  Ф.Р., Маряшев А. В., Хлебников В. А.

Г 55       Тепловой расчет холодильной установки / Габитов Ф.Р., Маряшев А.В., Хлебников В.А. – Йошкар-Ола: Марийский государственный технический университет, 2010. -    111 с.

В учебном пособии рассмотрены термодинамические основы холодильных машин, действительный рабочий процесс в поршневом компрессоре, конструкции и методика теплового расчета испарителей и конденсаторов,  рекомендации по подбору элементов.

Для курсового проектирования по дисциплине «Тепломассообменное оборудование предприятий» студентами специальности «Промышленная теплоэнергетика» и бакалаврами направления «Теплоэнергетика и теплотехника».

УДК 621.1.016.7

ББК 31.31

© Марийский государственный

технический университет, 2010

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ………………………………………………………….

5

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………..

6

  1.  ОХЛАЖДЕНИЕ……………………………………………........

9

  1.   ЕСТЕСТВЕННОЕ И ИСКУССТВЕННОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ……………………………………………........

9

  1.  ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ И ПРИНЦИПЫ ПОЛУЧЕНИЯ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР……………………………………….

11

  1.  ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАСШИРЕНИЯ СЖАТОГО ГАЗА…………………………………………………...........

11

  1.  ОХЛАЖДЕНИЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ФАЗОВЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ…………………………………………...

16

  1.  ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЕСОРБЦИИ ГАЗОВ………………

19

  1.  ВИХРЕВОЙ МЕТОД (ТРУБКА РАНКА). ЭФФЕКТ РАНКА………………………………………………………

19

  1.  ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МЕТОД……………………..

20

  1.  МАГНИТНЫЙ МЕТОД………………………………........

21

Контрольные вопросы к разделу 1……………………………........

22

  1.  Термодинамические основы ХМ……………………

23

  1.  Обратный цикл Карно………………………………..

23

  1.  ТЕХНОЛОГИЯ  ПОЛУЧЕНИЯ УМЕРЕННОГО ХОЛОДА…………………………………………………………

25

  1.  ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ЦИКЛ ВКХМ………………………...

25

  1.  ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ЦИКЛ ПКХМ………………………..

29

  1.  ЦИКЛ ПКХМ С РЕГУЛИРУЮЩИМ ВЕНТИЛЕМ….

31

  1.  ЦИКЛ ПКХМ С ПЕРЕГРЕВОМ ПАРА ПРИ СЖАТИИ……………………………………………………

34

  1.  ИЗОБРАЖЕНИЕ ЦИКЛА ПКХМ В ТЕПЛОВЫХ ДИАГРАММАХ………………………………………........

36

  1.  ХОЛОДИЛЬНЫЕ АГЕНТЫ……………………………….

38

  1.  ХОЛОДОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ МАШИНЫ………

43

  1.  МНОГОСТУПЕНЧАТЫЕ И КАСКАДНЫЕ ХМ………..

47

  1.  ЦИКЛ ДВУХСТУПЕНЧАТОЙ ХМ С ОДНОСТУПЕНЧАТЫМ ДРОССЕЛИРОВАНИЕМ…….

47

  1.  ЦИКЛ ДВУХСТУПЕНЧАТОЙ ХМ С ДВУХСТУПЕНЧАТЫМ ДРОССЕЛИРОВАНИЕМ С ПОЛНЫМ ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ….

50

  1.  ЦИКЛЫ КАСКАДНЫХ ХМ……………………………….

52

  1.  КОМПРЕССОРЫ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН………….

54

  1.  КЛАССИФИКАЦИЯ ПОРШНЕВЫХ КОМПРЕССОРОВ……………………………………........

54

  1.   ДЕЙСТВИТЕЛЬНЫЙ РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС В КОМПРЕССОРЕ……………………………………………

56

  1.  МАРКИРОВКА ПОРШНЕВЫХ КОМПРЕССОРОВ........

59

  1.  АБСОРБЦИОННЫЕ ХМ…………………………………..

60

  1.  ПАРОЭЖЕКТОРНЫЕ ХМ…………………………………

61

Контрольные вопросы к разделу 2……………………………........

64

  1.  АППАРАТЫ ХОЛОДИЛЬНЫХ УСТАНОВОК…………........

65

  1.  КОНДЕНСАТОРЫ…………………………………………........

65

  1.  ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ КОНДЕНСАТОРА……………………..

75

  1.  ИСПАРИТЕЛИ…………………………………………………..

75

  1.  ИСПАРИТЕЛИ ДЛЯ ОХЛАДЕНИЯ ЖИДКОСТНЫХ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ…………………………………………...

77

  1.  ИСПАРИТЕЛИ ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ВОЗДУХА………........

80

  1.  ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ИСПАРИТЕЛЕЙ……………………….

83

  1.  ВОЗДУХООХЛАДИТЕЛИ (ВО)……………………………….

83

Контрольные вопросы к разделу 3……………………………........

87

  1.  ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ХОЛОДИЛЬНЫХ УСТАНОВОК………………………………

88

Контрольные вопросы к разделу 4……………………………........

95

  1.  МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА……………………………………….

96

  1.  ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТА…........

96

ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………

108

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК……………………………………

109


ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящее учебное пособие предназначено для знакомства бакалавров направления «Теплоэнергетика и теплотехника», студентов специальности 140104 – «Промышленная теплоэнергетика»  с основами работы холодильной техники и выполнения курсового проекта по дисциплине «Тепломассообменное оборудование предприятий».

В учебном пособии приведены основные теоретические сведения о видах, принципах работы, технических характеристиках и конструкции основного холодильного оборудования и вспомогательного оборудования холодильной техники.

Также в учебном пособии приведены подробные методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Тепломассообменное оборудование предприятий» с указанием расчетных формул, графиков, схем и технической литературы.


ВВЕДЕНИЕ

Холодильная техника, прежде чем достичь современного уровня, прошла длительный путь развития.

Еще первобытные люди сохраняли мясо животных в горных пещерах, заполненных снегом, а позднее люди устраивали для этого специальные погреба со льдом. В дальнейшем стало известно, что если прибавить ко льду соль, то можно получить более низкую температуру. До XIX в. люди пользовались только естественным ледяным или льдосоляным охлаждением. В XIX в. благодаря развитию машинной техники появилась возможность получать холод посредством специальных холодильных машин. Искусственное охлаждение начали применять при заготовке и транспортировании скоропортящихся продуктов. Первая установка для замораживания мяса была построена в Сиднее в 1861 г. В 1876 г. впервые было перевезено мясо на судне-рефрижераторе с искусственным машинным охлаждением. Изотермические вагоны с ледяным охлаждением стали применяться в США в 1858 г. Первые холодильники были сооружены в Бостоне и Лондоне в 1881 г.

В России в 1888 г. впервые стал применяться искусственный холод на рыбных промыслах в Астрахани. В том же году на Волге появилась рефрижераторная баржа с воздушной холодильной машиной, положившая начало развитию в России рефрижераторного водного транспорта. В 1889 г. были построены стационарные холодильные установки на пивоваренных заводах и шоколадных фабриках. В 1895 г. в г. Белгороде построили первый заготовительный яично-птичный холодильник емкостью 250 т.

Перевозка грузов в вагонах-ледниках в России началась в 1860 г.

В дореволюционный период холодильное хозяйство в России развивалось крайне медленно. До 1914 г. было построено 29 холодильников общей емкостью 45600 т. В годы первой мировой войны в связи с необходимостью снабжения русской армии продовольствием темп строительства холодильников несколько возрос, и с 1914 по 1917 г. холодильная емкость возросла до 57300 т, а количество холодильников до 58.

Холодильный транспорт к 1917 г. имел 6500 двухосных вагонов-ледников, одно рефрижераторное судно грузоподъемностью 185 т и восемь судов с холодильными установками служебного назначения.

За годы гражданской войны почти одна треть предприятий выбыла из строя, остальные находились в полуразрушенном состоянии. В 1925 г. были завершены восстановление  и реконструкция старых предприятий и началось строительство новых холодильников в портовых городах: Ленинграде, Одессе, Севастополе, Новороссийске, а также в промышленных центрах: Баку, Ростове-на-Дону, Свердловске, Ташкенте и других городах.

В годы первой пятилетки началось оснащение холодом пищевой промышленности; к началу 1941 г. холодильная емкость возросла до 370,5 тыс. т, т.е. в 6,5 раз по сравнению с дореволюционным периодом. За годы Великой Отечественной войны холодильное хозяйство нашей страны сильно пострадало от немецко-фашистских оккупантов, которые разрушили 95 тыс. т холодильной емкости. В послевоенный период происходило восстановление холодильников, закончившееся в основном в 1947 г. Наиболее интенсивное строительство холодильников началось в 1949 г. Только за 1949 и 1950 гг. было введено в эксплуатацию более 250 тыс. т емкости.

Чтобы не нарушать непрерывности холодильной цепи, необходимо применять холод от момента изготовления продукта до его реализации. Поэтому в послевоенные годы началось оснащение предприятий торговли холодильными установками. В 1950 г. Годовой выпуск шкафов, прилавков, сборных камер и витрин составлял 3 тыс. шт., в 1960 г. – 53 тыс. шт., а в 1965 г. – 185,5 тыс. шт.

Начиная с 1950 г. промышленность выпускает домашние холодильные шкафы, из года в год увеличивая их количество. В 1965 г. выпуск домашних холодильников составил 1,5 млн. шт.

За годы советской власти развился и холодильный транспорт. Уже в 1956 г. парк изотермических вагонов увеличился по сравнению в 1917 г. в 10 раз. С 1954 г. выпускаются не только вагоны-ледники, но и вагоны с машинным охлаждением. Создан морской и речной рефрижераторный флот. Рыбная промышленность получила большое количество крупных промысловых судов, оснащенных современными холодильными установками.

Искусственный холод получил самое широкое применение во всех отраслях народного хозяйства: пищевой промышленности, торговле и общественном питании, химической промышленности, проходке шахт и тоннелей в водоносных грунтах, кондиционировании воздуха, закалке стальных изделий, медицине, шелководстве, цветоводстве, фармацевтической промышленности и др.

Производством бытовых холодильников и морозильников в России занимаются 15 компаний. Шесть крупнейших производителей холодильников: АО «Красноярский завод холодильников «Бирюса»; АО «Производство холодильников «Полюс»; «СЭПО-ТЕМП» (Саратов); АОЗТ «Завод холодильников «STINOL»; АО «Орский механический завод»; ПО «Завод им. Серго» (Зеленодольск).

Компрессоры холодильников и морозильников производятся на Астраханском заводе холодильного оборудования, Тульском оружейном заводе, Омском заводе «Компрессор», АО «Красноярский завод холодильников «Бирюса», АО «Айсберг», АМО «ЗИЛ», а также закупаются по импорту.

В настоящее время бытовые холодильники и морозильники как зарубежных фирм, так и отечественных заводов все больше оснащаются элементами комфортности.

Компьютеризация управления и независимое регулирование температур в камерах характерны для престижных и дорогих моделей.

В России находится в эксплуатации свыше 100 млн. бытовых холодильников и морозильников, масштабы их производства непрерывно растут, возрастает также импорт бытовой холодильной техники из зарубежных стран на отечественный рынок.


1.
 оХЛАЖДЕНИЕ

1.1. ЕСТЕСТВЕННОЕ И ИСКУССТВЕННОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ

Природа тепла и холода одинакова. Тепловая энергия – одна из форм энергии, проявляющаяся в движении молекул вещества того или иного агрегатного состояния (это внутренняя энергия, характеризующая хаотическое движение частиц). Различие между теплыми и холодными телами лишь – лишь в скорости движения молекул. При отводе тепла от тела движение молекул замедляется и оно охлаждается.

Процесс отнятия тепла, сопровождающийся понижением температуры (абсолютная температура является мерой средней кинетической энергии поступательного движения молекул) и называемый охлаждением, протекает с одновременным участием по меньшей мере двух тел: охлаждаемого и охлаждающего. Последнее называется холодильным агентом или рабочим телом. Количество тепла, которое может поглотить холодильный агент, определяет его холодильный эффект или холодопроизводительность. Самый простой способ охлаждения – естественное охлаждение (засчет теплообмена этого тела с окружающей средой). Однако естественным путем нельзя достичь температуры ниже температуры окружающей среды. Более низкие температуры достигаются искусственным охлаждением. Таким образом, охлаждение до температуры окружающей среды называется естественным, а ниже ее – искусственным.

Из 2-го закона термодинамики известно, что для осуществления непрерывного искусственного охлаждения необходима затрата работы. Такой процесс переноса тепла от охлаждаемого тела к окружающей среде осуществляется с помощью обратного кругового термодинамического цикла или холодильного цикла. Комплекс элементов, позволяющий осуществить этот цикл, называется холодильной машиной (ХМ).

Название ХМ условно, так как по существу оно относится к связанным воедино элментам (компрессор, теплообменные аппараты, расширитель – детандер или дроссельный вентиль и т.д.), необходимым для совершения холодильного цикла.

Искусственное охлаждение возможно 2-мя путями:

А) основан на аккумуляции естественного холода и относится к области льдосоляного охлаждения (рассматривать не будем);

Б)  основан на машинном охлаждении (2-й закон термодинамики).

Диапазон температур, достигаемый ХМ, широк (до  ~ 0 К).

Условно принимают:

  1.  область умеренного холода (до – 120 0С);
  2.  область глубокого холода (ниже – 120 0С).

Глубокий холод используется, главным образом, для сжижения воздуха и других газов и представляет самостоятельную область хладотехники.

Таким образом, современная техника низких температур условно разделяется на 2 части:

  1.  криогенная техника, где основными рабочими  веществами являются N2, Ar, H2, He, O2, криптон, ксенон, неон. Здесь используются температуры ниже – 153 0С. При криогенных температурах производится разделение газовых смесей в интервале температур от – 195 0С до – 175 0С. Область более низких температур связана с охлаждением объектов и систем, сжижением гелия и водорода, а также других рабочих веществ.
  2.  холодильная техника, где при умеренном холоде проводится охлаждение технологических продуктов в пределах от 7 0С до – 120 0С, а в установках кондиционирования воздуха, верхний предел достигает 20  0С.


1.2. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ И ПРИНЦИПЫ ПОЛУЧЕНИЯ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР

  1.  Использование расширения газа:

А) без отдачи внешней работы;

Б) с отдачей внешней работы

  1.  Использование фазового превращения (кипение, плавление, парообразование, растворение соли, сублимация)
  2.  Использование десорбции газов
  3.  Вихревой метод
  4.  Термоэлектрический метод (при помощи эффекта Пельтье)
  5.  Магнитный метод (для T < 1 K)

1.2.1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ РАСШИРЕНИЯ СЖАТОГО ГАЗА

А) без отдачи внешней работы – дросселирование.

Процесс расширения газа путем дросселирования является одним из основных процессов получения низких температур. На практике осуществляется прохождением газа через суженное сечение (неполностью открытый вентиль, пористую перегородку, дроссельный клапан или шайбу и т.д.). Такой процесс близок к адиабатическому (т.е. обмен теплом между движущимся газом и окружающей средой мал). В результате падения давления происходит увеличение скорости – энергия превращается в энергию движения. Однако за сечением в результате торможения (силы внутреннего трения – вязкая жидкость) и вихреобразования часть кинетической энергии преобразуется в тепловую, скорость будет уменьшаться, но без восстановления первоначального давления, т.е. p2 < p1 . Процесс дросселирования является типичным необратимым процессом, т.к. теряется работоспособность газа без совершения внешней работы.

Рис. 1. Процесс дросселирования

Для адиабатического процесса:

 

Если принять  (в действительности  несколько больше , т.к. при  – увеличивается удельный объем газа), то при адиабатическом дросселировании:

(1)

Т.е. при адиабатическом дросселировании энтальпия не меняется (однако необходимо иметь ввиду, что это уравнение отражает конец процесса, удаленного от суженного сечения).

В процессе дросселирования идеального газа температура газа также не меняется, т.к. для идеального газа .

У реальных газов при дросселировании температура изменяется. Отношение изменения температуры  к изменению давления  при дросселировании называется дифференциальным температурным эффектом дросселирования (дифференциальный эффект Джоуля-Томсона) и обозначается через α:

(2)

или

(2а)

Уравнение 1-го закона термодинамики при независимых переменных p и T:

  1.  
  2.  

(3)

(3а)

Для идеального газа:

В случае реальных газов:

  1.  
  2.  
  1.  

(4)

Состояние вещества, при котором температурный эффект дросселирования меняет свой знак, называется точкой инверсии. Существует не одна, а множество точек инверсии, определяемых уравнением (4). Геометрическое место точек инверсии представляет собой инверсионную кривую.

Рис. 2. Инверсионная кривая для азота

В области, лежащей под инверсионной кривой , т.е. дросселирование сопровождается охлаждением, а над кривой  , т.е.  дросселирование вызывает нагревание тела.

Из рисунка видно, что каждому давлению отвечают 2 точки инверсии, или 2 температуры, в которых . Первая точка, соответствующая меньшей температуре, называется нижней инверсионной точкой, а вторая – верхней инверсионной точкой (т.к. внутри 2-х-фазной области , то инверсионная кривая должна огибать пограничную кривую; нижняя температура соответствует большим плотностям, т.е. находится как бы в области жидкого состояния).

Кривая инверсии имеет максимум. При дросселирование газа всегда сопровождается его нагреванием (для азота ).

При очень высоких температурах () дросселирование приводит также в нагреву газа. Одним из основных условий при дросселировании газа в целях охлаждения является выбор начальной температуры .

Для газа, подчиняющегося уравнению Ван-дер-Ваальса

оказывается: ,  , а при .

При дросселировании происходит не бесконечно малое изменение, а конечное изменение давления от . Интегральный эффект Джоуля-Томсона:

(5)

По уравнению (5) можно определить конечную температуру газа.

Б) с отдачей внешней работы.

Кроме дросселирования для получения низких температур применяется также обратимое адиабатическое расширение газа с отдачей внешней работы (способ Клода и Капицы; дросселирование в способе Линде). Сравним эффективность этих двух методов.

Для реального газа:

При обратимом адиабатическом расширении газа .

(6)

(6а)

Разность уравнение (6а) и (3а):

(7)

Отсюда следует, что при обратимом адиабатическом расширении газ охлаждается сильнее, чем при дросселировании. Так, например, при адаибатичексом обратимом расширении воздуха с начальной температурой 300 К, сжатого до 10 атм, температура его понизится на 140 К, в то время как необратиме дросселирование дает охлаждение воздуха только на 2,5 К. Из уравнения (6а) видно: т.к. для газообразного состояния  всегда положительна, то , т.е. при обратимом адиабатическом расширении газа всегда происходит его охлаждение. В отличие от дросселирования охлаждение газа при адиабатическом расширении имеет место и для идеального газа:

Значительно большая величина охлаждения газа и независимость знака эффекта от состояния газа при обратимом адиабатическом расширении составляет принципиальное преимущество этого метода охлаждения по сравнению с дросселированием.

1.2.2. ОХЛАЖДЕНИЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ФАЗОВЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ

Фазовые превращения являются процессами, поглощающими относительно большие количества тепла, они применяются для получения охлаждающего эффекта.

А) Плавление – процесс перехода из твердого в жидкое состояние. Теплота плавления – количество тепла, которое необходимо подвести к 1 кг твердого тела для перевода его в жидкое состояние. При выборе веществ для целей охлаждения необходимо подбирать тела с низкой температурой плавления (лед, смесь льда с солями или кислотами).

Рис. 3. Зависимость температуры плавления от состава смеси:

TA и TB – температуры начала кристаллизации;

т. Е – эвтектическая точка, из всех составов дает наименьшую температуру плавления (криогидратная точка)

С понижением температуры холодопроизводительность уменьшается: теплота плавления чистого льда 333 кДж/кг, а в эвтектической точке – только 234 кДж/кг.

Б) Сублимация – процесс перехода тела из твердого состояния непосредственно в газообразное. Количество тепла, которое необходимо при этом затратить, называется теплотой сублимации. На практике применяется «сухой лед» - твердая углекислота, которая имеет не только относительно высокую теплоту сублимации (), но и низкую температуру сублимации. Холодопроизводительность с учетом отепления (нагрева) паров до 0 0С составляет 630 кДж/кг. По сравнению с водным льдом холодопроизводительность больше на единицу веса в 1,9 раза, а на единицу объема в 2,9 раза. Применяется широко при транспортировании и хранении мороженого. Сравнительно ограниченное применение «сухого льда» объясняется  его высокой стоимостью. Сублимация сухого льда более интенсивно протекает при свободном доступе воздуха, поэтому льдохранилище «сухого льда» устраивают в виде неохлаждаемых герметических ларей (перевозка продуктов в этиленовом мешочке с СО2).

Недостаток применения для охлаждения плавления и сублимации: в процессе охлаждения тело меняет свое агрегатное состояние и теряет охлаждающее свойство, поэтому для непрерывного охлаждения требуется большой запас рабочего тела.

В) Кипение – в настоящее время широко применяется. Количество тепла, которое необходимо подвести к 1 кг жидкости, доведенной до температуры кипения, для перевода ее из жидкого состояния в парообразное, называется теплотой парообразования . Один штрих относится к жидкости на левой пограничной кривой, два штриха – к пару на правой пограничной кривой. С повышением давления температура кипения растет, а r падает (в критической точке r = 0). Для СО2   pкр=7,36 МПа, tкр=31 0С.

Рис. 4. Фазовая p-T-диаграмма Н2О:

Кр. Т. – критическая точка; 1 – кривая насыщения (переход ж-г);

2 – кривая плавления; Т. А – тройная точка, здесь существуют одновременно все 3 фазы (для СО2 р = 0,52 МПа, t = - 56,6 0С); 3 – кривая сублимации.

1.2.3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЕСОРБЦИИ ГАЗОВ

Для получения температуры ниже температуры водорода (20 К) может быть применена десорбция (выделение поглощенного газа из твердых тел) гелия из угля. Адсорбция – поглощение газов твердыми телами, абсорция – жидкостью. Процесс охлаждения осуществляется в 2 периода. В 1-й период (зарядки) активированный уголь адсорбирует гелий, а выделяющееся при этом тепло отводится через наружную поверхность. Охлаждающий эффект получается во 2-й период (разрядки). Гелий откачивается и в результате процесса десорбции его из угля температура падает. Аппараты такой системы малоэффективны, применяются только в лабораторной практике. При десорбции гелия из активированного угля удалось снизить температуру с 13 К до 4 К.

1.2.4. ВИХРЕВОЙ МЕТОД (ТРУБКА РАНКА). ЭФФЕКТ РАНКА

При использовании вихревого эффекта охлаждения применяется специальная труба – «вихревая труба».

Рис. 5. Схема вихревой трубки противоточного типа

Устройство вихревой трубки несложно. Труба имеет сопло, расположенное тангенциально по отношению к ее внетренней поверхности. В непосредственной близости от сопла установлена диафрагма с отверсстием, концентричным оси трубки. По одну сторону от диафрагмы труба имеет свободный конец (холодный конец), а по другую сторону дроссельный вентиль (горячий конец). Потом сжатого воздуха р = 5-6 атм, предварительно охлажденного водой, поступает к соплу и, проходя через него, завихряется и приобретает кинетическую энергию. Через центральное отверстие диафрагмы выходит охлажденный воздух (до 40-60 0С), а через вентиль – нагретый. Количество вытекающего холодного и горячего воздуха, а следовательно, и температуры потоков регулируются степенью открытия дроссельного вентиля. Явления, протекающие в вихревой трубке, сложны, а теория ее разработана не до конца.

Физическая сущность процессов вихревого охлаждения такова. Воздушный поток, вышедший из сопла, образует свободный вихрь, угловая скорость вращения которого велика у оси и мала у периферии трубки. По мере движения к дроссельному вентилю поток вследствие наличия сил трения между слоями газа приобретает почти одинаковую угловую скорость, т.е. во внутренних слоях скорость уменьшается, а во внешних увеличивается. Внутренние слои газа, отдав часть кинетической энергии внешним слоям посредством трения, охлаждаются, а внешние слои нагреваются. Причем температурное расслоение газа в вихревой камере происходит значительно быстрее наступления термического равновесия. Вследствие этого внешние слои выходят через дроссель-вентиль нагретыми, а внутренние через отверстие в диафрагме – холодными.

Термодинамические процессы вихревой трубки малоэффективны и получение охлаждающего эффекта таким образом связано со значительным перерасходом по сравнению с воздушной ХМ (в 8-10 раз). Преимущество – одновременное получение тепла и холода с помощью простого устройства. Целесообразно применять, когда необходимо получать периодически небольшие количества холода и тепла (в лаборатории и производственных условиях).

1.2.5. ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ МЕТОД

Если пропустить электрический ток по проводникам термоэлемента (термопары), то происходит повышение или понижение температуры спая в зависимости от направления тока. Это явление называется эффектом Пельтье. Количество поглощаемого тепла, вызывающее охлаждение спая, зависит от коэффициента Пельтье, силы тока и времени. Для практического использования эффекта Пельтье необходимо создать термоЭДС Е>200 мВ/град.  Обычные металлы здесь мало пригодны, перспективны полупроводники, имеющие значительную величину Е.

В Ленинградском технологическом институте холодильной промышленности в последнее время создана «сковородка» - холодильник, использующая эффект Пельтье. Известно, что для возникновения тока, используя эффект Зеебека, в полупроводниковых цепях нужен нагрев. Так возникла идея замкнуть термоэлектрический холодильник с термоэлектрическим генератором. Сковородка, включающая набор полупроводниковых пластин, перерабатывает тепло в электроэнергию, а та  в свою очередь питает микрохолодильник. Достигнута t = -70 0С, вес сковородки – 2 кг (по обычной схеме нужен в 10 раз больший вес установки).

1.2.6. МАГНИТНЫЙ МЕТОД

Другими методами можно достигнуть 1 К. Для достижения более низких температур необходимо создать иную физическую систему, для этого применяют магнитное охлаждение. Для этой цели используют парамагнитные соли. Если их при гелиевых температурах (~ 4 К) поместить в сильное магнитное поле, то хаотически расположенные спины электронов займут определенную ориентацию, т.е. перейдут в упорядоченное состояние. Намагничивание спинов, подобно сжатию газа, приводит к выделению тепла. С другой стороны, если магнитное поле выключить, то соль будет охлаждаться. Размагничиванием электронных спинов удается получать температуры порядка 10-3 К. В последние годы предложен метод ядерного размагничивания и достигнута температура порядка 10-5 К.

Спин электрона – собственный момент количества движения электрона (механический момент). Этот момент может иметь только 2 ориентации относительно внешнего магнитного поля, направленные по оси z. Спину электрона соответствует спиновый магнитный момент.


Контрольные вопросы к разделу 1:

  1.  Что такое холодопроизводительность?
  2.  Какой температурой ограничивается эффект естественного охлаждения?
  3.  Для чего используется «глубокий холод»?
  4.  Что такое точка инверсии?
  5.  В чем преимущество использования расширения газа для охлаждения с отдачей внешней работы?
  6.  Что такое криогидратная точка?
  7.  Какое из фазовых превращений наиболее широко применяется для охлаждения в настоящее время?
  8.  Для получения каких температур используется десорбция газов?
  9.  Объясните принцип действия вихревой трубки.
  10.  Основы термодинамического и магнитного метода охлаждения.


2. Термодинамические основы ХМ

2.1. Обратный цикл Карно

В большинстве случаев производство искусственного холода основано на совершении холодильным агентом обратного кругового цикла. Термодинамически наиболее совершенным является обратный цикл Карно, который состоит из двух изотермических и двух адиабатных процессов.

Рис. 6. Обратный цикл Карно

  1.  В изотермическом процессе 4-1 к рабочему телу подводится тепло q0 от охлаждаемой среды, при этом температура рабочего тела остается постоянной. В T-s-диаграмме количество тепла  q0 измеряется площадью a-1-4-b-a;
  2.  Адиабатический процесс сжатия рабочего тела 1-2 совершается без теплообмена с окружающей средой, а температура рабочего тела при этом повышается с T0 до T. На осуществления сжатия затрачивается механическая работа сжатия ALсж;
  3.  В изотермическом процессе 2-3 от рабочего тела отводится тепло q, а температура его остается постоянной T. Величина q соответствует площади a-2-3-b-a;
  4.  В адиабатическом процессе расширения 3-4 рабочее тело понижает свою температуру от T до T0 и производит полезную работу ALрасш.

Для осуществления изотермических процессов подвода и отвода тепла 4-1 и 2-3 предполагается наличие двух тел (охлаждаемого и охлаждающего), температура которых в процессе теплообмена не меняется. При этом принимаются бесконечно малые разности температур между источником тепла и рабочим телом. Т.е. при рассмотрении идеального цикла Карно предполагается, что процессы 4-1 и 2-3 являются обратимыми изотермическими процессами.

При совершении обратного цикла Карно тепло отнимается от тела с низкой температурой T0 и передается телу с более высокой температурой T. Для осуществления такой передачи тепла затрачивается работа AL, равная разности работ на сжатие ALсж в процессе 1-2 и полученной при расширении ALрасш в процессе 3-4:

.

Работа, затраченная на совершение обратного цикла Карно, превратилась в тепло, которое передалось рабочему телу. Поэтому от рабочего тела к теплоприемнику отдается не только тепло q0, взятое от охлажденного тела, но и тепло эквивалентное затраченной работе AL. Уравнение теплового баланса имеет вид:

 или

В T-s-диаграмме работа AL эквивалентна площади 1-2-3-4.

Эффективность холодильного цикла оценивают холодильным коэффициентом ε:

;

т.о. ε – холодильный коэффициент, характеризующий количество тепла, отведенное от охлаждаемой среды, приходящееся на единицу затраченной работы.

Для цикла Карно:

;

.

Отсюда:

.

(А)

Уравнение (А) показывает, что холодильный коэффициент цикла Карно не зависит от свойств рабочего тела, а определяется только температурами T и T0, т.е. температурами охлаждаемой и охлаждающей сред. Чем выше ε, тем выше T0 и ниже T. Высокое значение ε свидетельствует об экономичности  работы ХМ. Обратный цикл Карно имеет набольшее значение ε по сравнению с другими циклами ХМ, осуществляемыми в тех же интервалах температур. Значение ε обычно больше 1.

2.2. ТЕХНОЛОГИЯ  ПОЛУЧЕНИЯ УМЕРЕННОГО ХОЛОДА

В соответствии с видом затрачиваемой энергии все существующие ХМ делятся на две группы:

  1.  ХМ, работающие с затратой механической энергии – воздушные и паровые компрессионные ХМ (ВКХМ, ПКХМ);
  2.  ХМ, работающие с затратой тепловой энергии – абсорбционные (АХМ) и пароэжекторные (ПЭХМ).

Рабочие тела: а) газы (воздух), б) жидкости (аммиак, фреоны, СО2), в) растворы.

В газовых ХМ не изменяется агрегатное состояние рабочего тела, в паровых ХМ происходит изменение (ж-пар-ж).

  1.  ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ЦИКЛ ВКХМ

Промышленное получение холода впервые было осуществлено при помощи ВКХМ.

Рис. 7. Схема ВКХМ

Воздух благодаря доступности и безвредности является наиболее удобным хладагентом (ХА). Воздух из охлаждаемого помещения 1 при температуре Т1 и давленияя р1 засасывается компрессором 2 и подвергается адиабатическому сжатию до р2 и Т2. В теплообменнике 3 охлаждается водой до Т3, после чего в расширительном цилиндре (детандере) 4 газ расширяется до начального давления р1 и совершает работу, при этом температура газа значительно падает до – до Т4. Холодный воздух вновь поступает в охлаждаемое помещение 1, где подогревается до Т1, отнимая тепло q0.

Рис. 8. p-V-диаграмма ВКХМ:

4-1 – изобарный подвод тепла к рабочему телу от охлаждаемой среды (от Т4 до Т1); 1-2 – адиабатическое сжатие в компрессоре (от р1 до р2); 2-3 – изобарный отвод тепла от рабочего тела к охлаждающей воде в теплообменнике 3; 3-4 – адиабатическое расширение газа в детандере

Площадь а-1-2-b – работа сжатия компрессора ALсж; площадь а-4-3-b – работа расширения в детандере  ALрасш;

.

Рис. 9. T-s-диаграмма ВКХМ

Площадь а-3-2-b – количество тепла q, отданное в теплообменнике 3; площадь а-4-1-b – количество тепла q0, отведенное от охлаждаемой среды (холодопроизводительность); площадь 1-2-3-4 – работа AL.

Так как  (предполагается, что cp=const), холодильный коэффициент:

.

Для адиабатических процессов 1-2 и 3-4:

, тогда .

Цикл ВКХМ является внешне необратимым циклом, в котором теплообмен происходит неравновесно. Так, в процессе 2-3 рабочее тело отдает тепло охлаждающей воде,  для того, чтобы этот процесс был возможен, температура воды на входе должна быть не выше Т3. Аналогично в процессе 4-1 температура охлаждаемой среды должна быть не ниже Т1; таким образом для рассмотренного цикла Т3 и Т1 являются предельными температурами охлаждающей воды и охлаждаемой среды.

Обратимый цикл Карно с указанными источниками тепла имеет вид 1-2’-3-4’. Для него:

.

Так как Т32, то  .

Например, для ВКХМ при р1=0,1 МПа, р2=0,49 МПа, t1=00С – t0 охлаждаемого помещения, в конце сжатия t2=1620C:

.

При температуре охлаждающей воды t3=200C для цикла Карно:

.

Такое большое различие в ε указывает на термодинамическое несовершенство цикла ВКХМ по сравнению с наиболее выгодным обратимым циклом Карно.

Недостаток ВКХМ – низкая удельная холодопроизводительность и громоздкость установки, что связано с малым значением теплоемкости воздуха. Так, например, если  и t1=00С, то t2≈1620C. При t3=200C удельная холодопроизводительность составляет всего , так как .

Если Q=400000 кДж/час – теплота, отнимаемая от помещения, то ра ход воздуха:  или . Большой объем циркулирующего воздуха вызывает недопустимое увеличение размеров машины, поэтому воздушные поршневые ХМ значительной производительности не строят.

При применении турбокомпрессоров и турбодетандеров, а также при использовании регенерации тепла, установки большой мощности оказываются целесообразными.

  1.  ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ЦИКЛ ПКХМ

Рис. 10. Схема ПКХМ:

1 – охлаждаемое помещение (испаритель); 2 – компрессор; 3 – конденсатор; 4 – детандер

Схема ПКХМ подобна схеме ВКХМ. Отличие – вместо теплообменников (до и после компрессора) стоят конденсатор и испаритель.

Рис.11. T-s-диаграмма ПКХМ

Рис. 12. p-V-диаграмма ПКХМ

Процесс 4-1 – испарение жидкого ХА при Т0 и р0, отнимается тепло от охлаждаемого помещения.

Процесс 1-2 – адиабатическое сжатие. Состояние в точке 2 соответствует сухому насыщенному пару (в общем случае адиабата 1-2 может располагаться левее и конечное состояние при сжатии будет соответствовать влажному пару).

Процесс 2-3 – конденсация с отдачей тепла при постоянном давлении рк и соответствующей ему температуре конденации Тк.

Процесс 3-4 – адиабатическое расширение жидкости в детандере.

Преимуществом цикла ПКХМ по сравнению с циклом ВКХМ является то, что в области насыщенного пара принципиально технически осуществим обратный цикл Карно, холодильный коэффициент рассматриваемого цикла, очевидно, совпадает с таковым для цикла Карно:

.

Цикл реальной ПКХМ отличается от обратного цикла Карно, что объясняется сложностью конструктивного выполнения и эксплуатации отдельных элементов машины, работающей по циклу Карно.

Основные отличия следующие:

  1.  Отсутствует расширительный цилиндр (детандер), он заменен дроссельным вентилем. Причем, изменением открытия вентиля устанавливается определенный расход ХА в соответствии с заданной холодопроизводительностью. Эта замена значительно упрощает устройство машины (трудно создать детандер для жидкого ХА с малым удельным объемом) и мало влияет на величину ε, так как рабочее расширение составляет небольшую часть работы цикла.
  2.  Компрессор засасывает не влажный, а сухой насыщеный пар или слегка перегретый пар, и процесс сжатия происходит в области перегретого пара, то есть компрессор осуществляет так называемый «сухой ход».

В реальных ХМ кроме того еще имеются следующие отличия от цикла Карно:

  1.  Жидкий ХА перед вентилем переохлаждается;
  2.  В действительных процессах принимают участие конкретные ХА с различными теплофизичекими свойствами, которые оказывают существенное влияние на экономичность ХМ;
  3.  Действительные процессы холодильного компрессора протекают с различными потерями, как объемными, так и энергетическими.

  1.  ЦИКЛ ПКХМ С РЕГУЛИРУЮЩИМ ВЕНТИЛЕМ

Рис.13. Цикл ПКХМ с регулирующим вентилем

В результате замены расширительного цилиндра (детандера) регулирующим вентилем вместо процесса адиабатического расширения 3-4 протекает необратимый процесс дросселирования 3-4’ (i=const), который приводит в двойным потерям:

  1.  Теряется полезная работа расширения и, следовательно, увеличивается работа AL, необходимая для осуществления цикла;
  2.  Уменьшается холодопроизводительность q0. Это происходит потому, что работа сил трения при дросселировании ХА превращается в тепло, вызывая дополнительное парообразование. Охлаждающий эффект при этом уменьшается вследствие увеличения паросодержания рабочего тела, поступающего в испаритель.

В T-s-диаграмме уменьшение холодопроизводительности Δq0 выражается площадью а-4-4’-с, полезная холодопроизводительность равна площади с-4’-1-b. Работа, затраченная на совершение цикла, AL=q - q0=площади с-4’-1-2-3-а. Увеличение работы ΔAL по сравнению с циклом Карно выражается площадью а-4-4’-с, она же характеризует уменьшение холодопроизводительности. Площадь а-4-4’-с практически равна площади 3-4-5, то есть AL=площади 1-2-3-5-1. ΔALq0.

Потери от дросселирования зависят от физических свойств ХА (темплоемкости жидкости, теплоты парообразования и критических параметров). Для аммиака потери от дросселирования несколько меньше, чем для фреона-12, но самые большие потери наблюдаются при дросселировании углекислоты (ее дросселируют в области близкой к критической, где теплота парообразования уменьшается, а пограничные кривые расположены очень полого). Относительная потеря работы , то есть зависит от теплоемкости ХА в жидком состоянии и теплоты парообразования. Так как для веществ с меньшей теплоемкостью нижняя (левая) пограничная кривая в T-s-диаграмме протекает круче, то площадь 3-4-5 и, следовательно, потеря работы ΔAL меньше. Очевидно также, что потери от замены расширительного цилиндра вентилем будут меньше в случае веществ с большим значением r. Кроме того, потери от дросселирования зависят от интервала температур до и после процесса: чем меньше перепад температур, тем меньше потери.

Практически потери можно уменьшить понижением температуры жидкого ХА перед дросселированием. Поэтому в цикл вводится переохлаждение жидкого ХА перед регулирующим вентилем (РВ), то есть охлаждение его до температуры ниже температуры конденсации.

Рис. 14. Цикл ПКХМ с переохлаждением

Процесс переохлаждения на T-s-диаграмме – линия постоянного давления 3-3’, которая практически совпадает с левой пограничной кривой. Переохлаждение жидкости перед РВ увеличивает холодопроизводительность на величину площади а-4’-4-с. При переохлаждении на каждый градус холодопроизводительность увеличивается: у аммиачной машины на 0,4%, у фреоновой на 0,43%, у углекислотной на 1,75%, поэтому в настоящее время переохлаждение применяется везде.

Переохлаждение осуществляется:

  1.  С помощью воды в противоточных конденсаторах или в специальных теплообменниках-переохладителях (вода и ХА текут противоположно);
  2.  Во фреоновых устройствах за счет внутреннего теплообмена: жидкость охлаждается паром ХА, поступающего из испарителя в компрессор.

Рис. 15. Схема ПКХМ с РВ и переохлаждением:

1 – испаритель; 2 – компрессор; 3 – конденсатор; 4 – теплообменник; 5 – дроссельный вентиль (РВ)

  1.  ЦИКЛ ПКХМ С ПЕРЕГРЕВОМ ПАРА ПРИ СЖАТИИ

Рис. 16. Цикл ПКХМ с перегревом пара

Компрессор засасывает сухой насыщенный или перегретый пар, что обеспечивает «сухой ход» компрессора. «Сухой ход» практически осуществляется двояко:

  1.  За счет внутреннего теплообмена. При этом пар, выходящий из испарителя может не только подсушиваться, но и перегреваться за счет тепла жидкости;
  2.  Установкой дополнительного отделителя жидкости перед компрессором (отделившаяся жидкость возвращается в испаритель).

Процесс адиабатического сжатия в компрессоре 1-2 (или 1”-2”) протекает в области перегретого пара. Переход к всасыванию сухого (или перегретого) пара (точки 1 или 1”) приводит:

  1.  К увеличению холодопроизводительности на величину Δq0=площади b-1’-1-c;
  2.  К увеличению затраченной работы на ΔAL=площади 1-2-2’-1’.

При подробном рассмотрении оказывается: затрата работы увеличивается больше, чем холодопроизводительность, то есть теоретически «сухой ход» не выгоден. Однако в действительных условиях «сухой ход» компрессора более выгоден. Это вызвано тем, что поступающий из испарителя холодный (иногда – в случае 1’ – влажный) пар при всасывании подогревается от стенок цилиндра и расширяется, производительность компрессора падает (особенно при расширении влаги). При всасывании перегретого пара снижение производительности меньше. Кроме того при «сухом ходе» компрессора исключена возможность гидравлического удара в цилиндре (в случае попадания большого количества жидкости). В аммиачных ХМ рекомендуется всасывание паров с перегревом на 5-10 0С, для фреона-12 до 25-30 0С.

Вывод: в действительных ХМ применяется дросселирование с предварительным переохлаждением жидкости, а в компрессор всасывается сухой или перегретый пар.

  1.  
    ИЗОБРАЖЕНИЕ ЦИКЛА ПКХМ В ТЕПЛОВЫХ ДИАГРАММАХ

Рис. 17. T-s-диаграмма ПКХМ

Холодопроизводительность q0=площади a-4-1-b. Тепло, отведенное от ХА в конденсаторе qк=площади c-3-2-b. Работа, затраченная в компрессоре на совершение холодильного цикла AL=Alк=площади a-4-1-2-3-c=площади 1-2-3-5. Однако опеределять площади неудобно, поэтому расчет ведут на разность энтальпий в начале и конце процессов.

Количество тепла, подведенное к 1 кг ХА в испарителе, или весовая холодопроизводительность агента в цикле:

.

Количество тепла, отведенное в конденсаторе:

.

Затраченная в компрессоре работа:

.

Холодильный коэффициент:

.

При дросселировании .

Удобна для расчета диаграмма с координатами i-lgp (для уменьшения масштаба на оси p откладывают lgp).

Рис. 18. i-lgp-диаграмма ПКХМ

  1.  
    ХОЛОДИЛЬНЫЕ АГЕНТЫ

Основные требования к термодинамическим свойствам ХА:

  1.  Нормальная температура кипения (p=0,1 МПа) должна быть ниже рабочей. При этом исключается необходимость создания в испарителе вакуума и возможность проникновения воздуха;
  2.  Давление в конденсаторе (при обычных температурах охлаждающей воды) должно быть умеренным и не должно превышать 1,2-1,5 МПа. Снижение предельного давления в машине приводит к облегчению конструкции ХМ и уменьшает опасность утечки ХА через неплотности. По давлению рабочие вещества можно разделить на три группы: а) высокого (2-7 МПа); б) среднего (0,3-2 МПа); в) низкого (<0,3 МПа);
  3.  Объемная холодопроизводительность  (v1 – удельный объем пара ХА при всасывании), для поршневых компрессионных машин должна быть возможно большей, т.к. при этом уменьшается объем циркулирующего ХА и размеры компрессора;
  4.  Температура замерзания ХА должна быть значительно ниже рабочей температуры кипения. При этом исключается возможность замерзания его в испарителе;
  5.  Критическая температура ХА должна быть достаточно высокой, чтобы осуществить сжатие не входя в сверхкритическую область.

Основные требования к физико-химическим свойствам ХА:

  1.  Удельный вес и вязкость желательно самые небольшие, т.к. при этом уменьшаются потери давления;
  2.  Коэффициент теплопроводности должен быть высоким – увеличивается теплоотдача;
  3.  Важное свойство ХА – растворимость в масле. Если ХА не растворяется, то меньше унос масла из цилиндра компрессора, на температуру кипения не влияет концентрация растворенного масла, отсутствует пена при кипении в испарителе. Однако растворимость ХА в масле имеет свои преимущества: более совершенная смазка, так как масло циркулирует с ХА; не снижается интенсивность теплопередачи в испарителе и конденсаторе, так как слой масла почти полностью смывается с рабочих поверхностей. Лучше всего – ограниченная растворимость ХА в масле;
  4.  Малая растворимость воды в ХА – отрицательное свойство: при попадании влаги в систему могут образоваться ледяные пробки;
  5.  ХА должен быть химически инертным по отношению к металлам и другим материалам, не быть горючим, взрывоопасным, должен быть безопасным для организма человека;
  6.  Стоимость ХА должна быть низкой.

Одним из первых рабочих тел в ХМ была вода (R718), область применения которой в настоящее время ограничивается пароструйными агрегатами. Затем стали применять аммиак (R717) (1874), сернистый ангидрид (R764) (1874) – SO2, углекислоту (R744) (1881) – СО2, хлористый метил (1878) – СН3Сl, с 30-х годов XX века – фреоны – фтористые и хлористые производные углеводородов. При этом исходные углеводороды – метан СН4 (R50) и этан С2Н6 (R170). В настоящее время применяют фреоны R11 (CFCl3), R12 (CF2Cl2), R13 (CF3Cl), R22 (CHF2Cl), R113 (C2F3Cl3), R142 (C2H3F2Cl), R134 (C2H2F4).

Сокращенные обозначения: для ряда метана первая цифра -1, для этанового – 11, а затем цифра, выражающая число атомов фтора, а при наличии незамещенных атомов водорода для метанового ряда к первой цифре, а для этанового ряда ко второй цифре прибавляют число атомов водорода.

Для анализа экологической целесообразности применения хладагентов используют следующие параметры:

Потенциал разрушения озона ODP (Ozon Depletion Potential). Определяется наличием атомов хлора в молекуле хладагента и принят за единицу для R11 и R12. Для хладагентов группы хлорфторуглеродов (ХФУ) ODP ≥ 1, для гидрохлорфторуглеродов (ГХФУ) ODP < 1; а для гидрофторуглеродов ODP = 0.

Потенциал глобального потепления GWP (Global warming potential). Принят за единицу для диоксида углерода СО2 с временным горизонтом 100 лет.

Хладагент R717 (аммиак).

Бесцветный газ с резким запахом, обладает хорошими термодинамическими свойствами: tкип = -33,4 0С, tкр = 132,4 0С, pкр = 11,29 МПа. Давление в конденсаторе 0,8-1,3 МПа, температура 30 0С,  tплавл = -77,7 0С.  Относительно большая объемная холодопроизводительность (), поэтому компрессор компактный. Почти нерастворим в масле, хорошо поглощается водой, с черным металлами (чугун, сталь) в реакции не вступает, но разъедает в присутствии влаги цинк, медь и ее сплавы (за исключением фосфористой бронзы). При утечках NH3 легко обнаружить по запаху. Вреден для организма, раздражает слизистые оболочки глаз и дыхательных путей. При содержании более 1% по объему воздуха приводит к отравлению. Предельно допустимая норма в производственном помещении 0,02 мг/л. Аммиак горюч (в воздухе плохо, а в кислороде хорошо). При наличии открытого огня и содержании в воздухе 13,1 – 26,8% (объемно) – возможен взрыв. Газообразный аммиак легче воздуха, жидкий – электропроводник. Аммиак – доступный, дешевый ХА, применяется в средних и крупных поршневых машинах. Требует строгого соблюдения правил техники безопасности. В мелких машинах не применяется вследствие его ядовитости и взрывоопасности.

Хладагент R12 (CCl2F2).

Дифторхлорметан относится к группе ХФУ (хлорфторуглеродов CFC). Характеризуется высоким потенциалом разрушения озона (ODP = 1) и большим потенциалом глобального потепления (GWP = 8500). Бесцветный газ со специфическим запахом, в 4,18 раза тяжелее воздуха. При объемной доле в воздухе 30 % наступает удушье из-за недостатка кислорода. Предельно допускаемая концентрация (ПДК) R12, в частности при длительности воздействия 2 ч, соответствует объемной доле его 38,5…30,4 %. Невзрывоопасен, но при t > 330 °C разлагается с образованием хлорида водорода, фтористого водорода и следов отравляющего газа – фосгена. Неограниченно растворяется в масле, не проводит электрический ток и слабо растворяется в воде. Объемная доля влаги в R12 для бытовых холодильников не должна превышать 0,0004 %. Обезвоженный R12 нейтрален ко всем металлам. Характеризуется повышенной текучестью, что способствует проникновению его через мельчайшие неплотности и даже через поры обычного чугуна. В то же время благодаря повышенной текучести R12 холодильные масла проникают во все трущиеся детали, снижая их износ. Поскольку R12 хороший растворитель многих органических веществ, при изготовлении прокладок применяют специальную резину – севанит или паронит. В холодильной технике R12 широко применялся для получения средних температур.

Хладагент R22 (CHClF2).

Дифторхлорметан относится к группе ГХФУ (гидрохлорфторуглеродов HCFC). Имеет низкий потенциал разрушения озона (ODP = 0,05), невысокий потенциал парникового эффекта (GWP = 1700), т.е. экологические свойства R22 значительно лучше, чем у R12. Это бесцветный газ со слабым запахом хлороформа, более ядовит, чем R12, невзрывоопасен и негорюч. По сравнению с R12 хладагент R22 хуже растворяется в масле, но легко проникает через неплотности и нейтрален к металлам. Для R22 холодильной промышленностью выпускаются холодильные масла хорошего качества. При температуре выше 330 °С в присутствии металлов R22 разлагается, образуя те же вещества, что и R12. Хладагент R22 слабо растворяется в воде, объемная доля влаги в нём не должна превышать 0,0025 %. Коэффициент теплоотдачи при кипении и конденсации на 25…30 % выше, чем у R12, однако R22 имеет более высокие давление конденсации и температуру нагнетания (в холодильных машинах). ПДК R22  в воздухе – 3000 мг/м3 при длительности действия 1 ч. Этот хладагент широко применяют для получения низких температур в холодильных компрессионных установках, в системах кондиционирования и тепловых насосах. В холодильных установках, работающих на R22, необходимо использовать минеральные или алкилбензольные масла. Нельзя смешивать R22 с R12 – образуется азеотропная смесь.

Хладагент R134a (CF3CFH2).

Молекула тетрафторэтана R134а имеет меньшие размеры, чем молекула R12, что повышает опасность утечек. Относится к группе ГФУ (HFC). Потенциал разрушения озона ODP = 0, потенциал глобального потепления GWP = 1300. Физические свойства R134a приведены в табл. 9, а характеристики на линии насыщения – в приложении 8.

Хладагент R134a нетоксичен и не воспламеняется во всем диапазоне температур эксплуатации. Однако при попадании воздуха в систему и сжатии могут образовываться горючие смеси. Не следует смешивать R134a и R12, так как образуется азеотропная смесь высокого давления с массовыми долями компонентов 50 и 50 %. Давление насыщенного пара R134a несколько выше, чем у R12 (соответственно 1,16 и 1,08 МПа при 45 °С). Пар R134a разлагается под влиянием пламени с образованием отравляющих и раздражающих соединений, таких, как фтороводород. Имеет эксплуатационные характеристики, близкие к R12. Для R134a характерны небольшая температура нагнетания (в среднем на 8…10 °С ниже, чем для R12) и невысокие значения давления насыщенных паров.

Хладагент R600a (C4H10).

Изобутан представляет собой природный газ, не разрушающий озоновый слой (ODP = 0) и не способствующий появлению парникового эффекта (GWP = 0,001). Масса хладагента, циркулирующего в холодильном агрегате при использовании изобутана, значительно сокращается (примерно на 30 %). Удельная масса изобутана в 2 раза больше удельной массы воздуха – газообразный R600a стелется по земле. Изобутан хорошо растворяется в минеральном масле, имеет более высокий, чем R12, холодильный коэффициент, что уменьшает энергопотребление. Изобутан горюч, легко воспламеняется и взрывоопасен, но только при соединении с воздухом при объемной доле хладагента 1,3…8,5 %. Нижняя граница взрывоопасности (1,3 %) соответствует 31 г R600a на 1 м3 воздуха; нижняя граница (8,5 %) – 205 г R600a на 1 м3 воздуха. Температура возгорания равна 460 °С. Холодильные агрегаты, работающие на R600a характеризуются меньшим уровнем шума из-за низкого давления в рабочем контуре, но требуют более производительные компрессоры (объемная холодопроизводительность R600a примерно в 2 раза меньше, чем у R12).

Таблица 1

Характеристика ХА при температуре кипения t0 = -15 0C и температуре конденсации tк = 30 0С при всасывании сухих насыщенных паров

ХА

pк, МПа

p0, МПа

Весовая холодопроизводительность, кДж/кг

Объемная холодопроизводительность, кДж/м3

Отн. размеры комп-в

Аммиак

1,17

0,24

1101

2517

1

Углекислота

7,18

2,28

125,6

7750

0,28

Фреон-22

1,2

0,30

159

2040

1,06

Фреон-12

0,74

0,18

117

1277

1,69

Фреон-142

0,39

0,08

167

649

3,33

  1.  
    ХОЛОДОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ МАШИНЫ

Как известно, холодопроизводительность машины Q0, кДж/ч – количество тепла, которое ХМ отнимает от охлаждаемой среды в течение часа. Весовая холодопроизводительность q0, кДж/кг – холодопроизводительность 1 кг циркулирующего ХА. Объемная холодопроизводительность qv, кДж/м3 – холодопроизводительность 1 м3 паров ХА, засасываемых компрессором.

где v1 – удельный объем пара,  засасываемого компрессором, м3/кг.

где G – количество ХА, проходящего по испарителю в час, кг/ч.

где V – объем ХА, поступающего в компрессор в течение часа, м3/ч.

Рис. 19. T-s-диаграмма ПКХМ

Как известно, для поршневых компрессоров:

где λ – коэффициент подачи компрессора,

Vh – объем, описанный поршнем (поршнями), м3/ч.

где z – число цилиндров.

Тогда:

(А)

Для одного и того же компрессора величина Vh неизменна (при n=const). Следовательно, Q0 зависит от  qv и λ. qv зависит от температурного режима цикла. С понижением температуры кипения t0 величина  уменьшается, так как с понижением температуры (и давления) кипения v1 резко увеличивается, в то время как q0 почти не изменяется. При постоянной температуре кипения qv может изменяться в зависимости от температуры перед РВ tп. С понижением tп объемная холодопроизводительность qv увеличивается, так как увеличивается q0.

Таким образом, при разных t0 и tп ХМ с одним и тем же компрессором дает разную холодопроизводительность Q0. С повышением температуры кипения и понижением температуры перед РВ холодопроизводительность машины увеличивается и наоборот. На величину действительной холодопроизводительности влияет также температура конденсации tк, так как при этом изменяется отношение pк/p0, а следовательно, и λ. Наиболее резкое влияние на величину холодопроизводительности оказывает температура кипения ХА. Повышение t0 на 1 0С в аммиачных машинах приводит к увеличению Q0 примерно на 6%, во фреоновых – на 4%.  График зависимости холодопроизводительности Q0 от температуры кипения t0 называется характеристикой ХМ (компрессора).

Рис. 20. Характеристики ХМ

Для сравнения ХМ их холодопроизводительности необходимо определять при одинаковых условиях работы, которые характеризуются четырьмя температурами: t0 – температура кипения, tк – температура конденсации, tвс – температура всасывания, tп – температура перед регулирующим вентилем.

Таблица 2

Сравнительные температурные режимы для ХМ

Режим

Температура, 0С

t0

tвс

tк

tп

Стандартный для аммиачной машины

-15

-10

+30

+25

Стандартный для фреоновых машин

-15

+15

+30

+25

Плюсовой фреоновый для условий кондиционирования воздуха

+5

+15

+40

+30

Низкотемпературный для фреона

-35

+15

+30

+25

Низкотемпературный для аммиака

-40

-30

+30

+25

Ранее для одноступенчатых машин в качестве сравнительных условий были приняты «нормальные»: t0 = -10 0С, tк = +25 0С, tп = +15 0С,  всасывание сухого насыщенного пара.

Таким образом, в литературе встречаются термины для холодопроизводительности – стандартная, нормальная, для условий кондиционирования.

В каталогах и справочниках обычно дается холодопроизводительность ХМ в сравнительных условиях работы. Практически ХМ работают при режимах, которые определяются эксплуатационными условиями. Эти рабочие условия, как правило, отличаются от сравнительных. Температура кипения t0 поддерживается такой, которая требуется для охлаждения объекта, а температура конденсации tк определяется температурой охлаждающей воды или воздуха. Холодопроизводительность Q0 в рабочих условиях соответственно отличается от указанных в каталогах и справочниках. Зависимость между рабочей и стандартной холодопроизводительностью можно получить из уравнений:

(Б)

Уравнением (Б) слудет пользоваться только тогда, когда для машин отсутствуют характеристики. Для машин, серийно выпускаемых, холодопроизводительность определяют по характеристикам Q0-t0, опубликованным в каталогах и специальной литературе.

  1.  
    МНОГОСТУПЕНЧАТЫЕ И КАСКАДНЫЕ ХМ

Когда в охлаждаемом помещении необходимо значительно понизить температуру (например, в камерах замораживания продуктов получить  –(25..35) 0С), в испарителе ХМ поддерживают низкую температуру кипения при соответствующем низком давлении. В таких случаях значительно возрастает степень повышения давления  и применение одноступенчатого компрессора становится экономически невыгодным. Поэтому применяют 2-х-ступенчатые ХМ (при ε>7). При этом предусматривают межступенчатое охлаждение паров ХА водой или жидким ХА. Водой пар охлаждается относительно мало, пар не доходит до насыщения, такое охлаждение называется неполным промежуточным охлаждением. Полное промежуточное охлаждение до состояния насыщения осуществляется жидким ХА.

При температурах -60 0С и ниже 2-х-ступенчатые ХМ оказываются также неэкономичными, т.к. степени сжатия в ступенях становятся большими, а рабочие коэффициенты (в первую очередь – коэффициент подачи) - низкими. Поэтому переходят к 3х ступенчатому сжатию или каскадным ХМ. Так, например, для производства сухого льда (СО2) применяется 3х ступенчатая ХМ.

  1.  ЦИКЛ ДВУХСТУПЕНЧАТОЙ ХМ С ОДНОСТУПЕНЧАТЫМ ДРОССЕЛИРОВАНИЕМ

Наиболее простой является двухступенчатая ХМ с водяным промежуточным охлаждением и одноступенчатым дросселированием.

Рис. 21. Схема и цикл двухступенчатой ХМ с одноступенчатым дросселированием

Пар из испарителя И в состоянии 1 засасывается компрессором низкого давления КМ1 при давлении P0 и адиабатически сжимается  до промежуточного давления Pпр. Затем пар охлаждается в промежуточном водяном холодильнике ПХ при постоянном давлении Pпр до состояния 3 (процесс 2-3). Такое промежуточное охлаждение является неполным, т.к. пар остается перегретым (т.3) и не достигает состояния насыщения (т.3). Далее пар адиабатически сжимается во второй ступени компрессора КМ2 (процесс 3-4). Сжатый пар конденсируется в КД (процесс 4-5) и в состоянии 5 поступает к регулирующему вентилю РВ, где дросселируется до P0 (процесс 5-6). Хладагент в состоянии 6 поступает в испаритель И и даёт холодильный эффект. В сравнении с одноступенчатым сжатием (процесс 1-2) наблюдается экономия в затрате работы  (площадь 2243).

В ХМ, работающих на таких схемах, через каждую ступень компрессора проходит одно и то же количество пара

Минимальная работа сжатия и max холодильный коэффициент получается при одинаковых степенях сжатия.

Работа сжатия в первой ступени:

Работа сжатия во второй ступени:

Холодильный коэффициент:

Машины, работающие по такой схеме, просты в монтаже и требуют меньших капитальных затрат. Однако, повышение температуры при всасывании и нагнетании во второй ступени неблагоприятно сказываются на работе аммиачных машин (ухудшаются условия смазки, возникают значительные температурные деформации). Схема сжатия с двумя степенями и неполным промежуточным охлаждением используется для фреоновских ХМ, где всасывание перегретых паров в каждую ступень  компрессора является испарительным (перегрев всасывания пара заметно увеличивает коэффициент подачи фреоновских компрессоров).

  1.  ЦИКЛ ДВУХСТУПЕНЧАТОЙ ХМ С ДВУХСТУПЕНЧАТЫМ ДРОССЕЛИРОВАНИЕМ С ПОЛНЫМ ПРОМЕЖУТОЧНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ

ХМ, работающая по такой схеме, может обеспечить одну или две разных температуры кипения хладагента: можно охлаждать два помещения, поддерживая в них разные температуры.

Рис. 22. Схема двухступенчатой ХМ с двухступенчатым дросселированием с полным промежуточным охлаждением

Особенность схемы – неодинаковое количество пара, поступающего в отдельные ступени сжатия.

Рис. 23. Цикл двухступенчатой ХМ с двухступенчатым дросселированием с полным промежуточным охлаждением

В конденсатор КД из второй ступени КМ2 поступает G кг хладагента, где конденсируется и переохлаждается до состояния 5, а затем дросселируется в РВ1 (процесс 5-6), понижается давление и температура. Влажный пар со степень сухости х в состоянии 6 поступает в промежуточный сосуд ПС, где насыщенный сухой пар (состояние 3) отделяется от капельной жидкости (состояние 7). При этом  вместо G кг влажного пара образуется G·х кг сухого пара и  G·(1-х) кг жидкости. Далее часть жидкости G2 в состоянии 7 направляется в промежуточный испаритель И1, где она кипит при давлении Pпр и температуре tпр (процесс 7-3), охлаждая заданный объект. Другая часть жидкости G1 вторично дросселируется в РВ2 (процесс 7-8) и поступает в испаритель низкого давления И2. В испарителе И2 хладагент кипит при P0 и t0 (процесс 8-1), отнимая тепло от охлаждаемого помещения. Полученный пар в состоянии 1 засасывается компрессором первой ступени КМ1 и адиабатно сжимается до Pпр (процесс 1-2), после чего поступает в промежуточный водяной холодильник ВХ, где охлаждается до состояния 3. Для обеспечения полного промежуточного охлаждения (т.е. для охлаждения до состояния сухого насыщенного пара, сост. 3), пар направляется в ПС, где за счет испарения части жидкости G (процесс 3-3) от пара отнимается тепло G1·(i3-i3). При этом

Количество пара, отсасываемое компрессором КМ2 из ПС, составит:

В КМ2 пар сжимается адиабатически (процесс 3-4) и снова нагнетается в КД, где конденсируется (процесс 4-5).

При двух ступенях получается экономия в работе по сравнению с одноступенчатым сжатием (процесс 1-9) равная площади 2943 на TS-диаграмме.

Холодильный коэффициент:

В цикле с двухступенчатым дросселированием значение ε выше, чем в цикле с одноступенчатым дросселированием. Пар, образующийся при дросселировании от Pk до Pпр, сжимается только компрессором второй ступени, а при одноступенчатом дросселировании (процесс 5-10 на   lgP-i- диаграмме). Этот пар сначала транзитом проходит через испаритель, затем сжимается компрессором первой ступени и только после этого поступает во вторую ступень. Это снижает холодильную производительность компрессора первой ступени увеличивает затрату мощности на сжатие в нём пара. Цикл с двухступенчатым сжатием является более экономичным, чем цикл с одноступенчатым сжатием и двухступенчатым сжатием с одноступенчатым дросселированием.

  1.  ЦИКЛЫ КАСКАДНЫХ ХМ

Для получения очень низких температур (tº ниже -70ºС) кроме многоступенчатых ХМ применяются каскадные ХМ. Они состоят из двух или трёх одно- или двухступенчатых машин. Принцип каскадной ХМ, состоящей из двух одноступенчатых машин:

Рис. 24. Каскадная ХМ

В испарителе И1 нижнего каскада кипит ХА1, охлаждая помещение. Пар в состоянии 1 засасывается компрессором КМ1 и сжимается адиабатически (процесс 1-2) и в состоянии 2 направляется в холодильник Х1 и охлаждается водой до состояния 3', затем пар охлаждается в конденсируется в испарителе-конденсаторе И-КД за счет теплообмена с кипящим ХА2 верхнего каскада. Благодаря этому температура конденсации нижнего каскада tk1  значительно ниже температуры охлаждающей воды. Жидкость в состоянии 4 дросселируется в РВ1 и в состоянии 5 снова поступает в И1.

Рис. 25. Цикл каскадной ХМ

В верхнем каскаде также осуществляется цикл одноступенчатой ХМ (10-20-30-40-50), но в другом, более высоком интервале температур с ХА2. В испарителе-конденсаторе И-КД кипит ХА2, отнимая тепло от ХА1. Для этого температура кипения верхнего каскада t02 поддерживается на несколько градусов меньше температуры конденсации нижнего каскада tk1.

Применение каскадных ХМ целесообразно при использовании разных хладагентов в отдельных каскадах: в нижнем каскаде используют ХА с низкими температурами замерзания и не требующие большого разрежения, а в верхнем – ХА, обычно применяемые в одноступенчатых ХМ. Так, например, для каскадных ХМ применяются фреоны R13 (нижний каскад) и R22 (верхний каскад).

  1.  
    КОМПРЕССОРЫ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН
    1.  КЛАССИФИКАЦИЯ ПОРШНЕВЫХ КОМПРЕССОРОВ

В ХМ поршневые компрессоры (ПК) с возвратно-поступательным движением поршня имеют наибольшее применение. Для ХМ с небольшой холодопроизводительностью (Q0 < 1,5 т.ккал/с (~1,75 кВт)) применяются также ротационные компрессоры (с вращающимся ротором с пластинами в его щелях или с катящимся ротором). Кроме того, в машинах большой производительности (Q0 > 400 т.ккал/с (~450 кВт)) применяются центробежные компрессоры. Обычный диапазон применения различный типов и конструкций компрессоров:

Холодильные ПК различают по следующим признакам:

  1.  По холодопроизводительности: малые (до 9 кВт), средние (9 – 60 кВт) и крупные (свыше 60 кВт).
  2.  По характеру движения ХА через цилиндры: прямоточные (ХА движется в одном направлении, всасывающий клапан в поршне) и непрямоточные (как в обычных компрессорах).
  3.  По степени герметичности: герметичный со встроенным электродвигателем в заваренном (запаянном) кожухе без разъемов; бессальниковые со встроенным электродвигателем, но с объемными крышками; сальниковые с картером, заполненным парами рабочего тела и уплотнениями приводного конца коленчатого вала (бескрейцкопфные компрессоры); с открытым контуром и сальниковым уплотнением штока при выходе его из цилиндра (крейцкопфные машины двойного действия).
  4.   По температурам кипения:

а) от +10 °С до -25 °С (одноступенчатые)

б) от -30 °С до -110 °С (многоступенчатые и каскадные)

в) специальные компрессоры для транспортных установок.

  1.  В зависимости от расположения цилиндров: горизонтальные, вертикальные, угловые (L, V, W, VV – образные).
  2.  По выполнению его цилиндров и картера: блок-картерные, когда цилиндры и картер выполнены в одной общей отливке; с отдельным картером – компрессор с отдельными блочными или индивидуальными цилиндрами.

В настоящее время промышленность выпускает компрессоры (см. диагр.):

Таблица 3

Классификация компрессоров

  1.  Малой производительности, компрессоры герметичные, сальниковые и бессальниковые, с вертикальным, угловым или горизонтальным расположением цилиндров, одноступенчатые компрессоры простого действия.

В качестве рабочего тела применяются фреоны R12, R22, R142. Такие компрессоры применяются для фреоновых автоматических агрегатов, которые широко используются в торговле и на предприятиях общего питания, а также в индивидуальных кондиционерах. Малые ХМ применяются также в транспортных холодильных агрегатах.

  1.  Средней производительности: компрессоры преимущественно сальниковые; бескрейцкопфные непрямоточные и прямоточные, с вертикальным или угловым исполнением, обычно блок-картерные простого действия

Рабочие тела – R12, R22, R142 и аммиак. Компрессоры как правило входят в состав агрегатированных ХМ, которые широко применяются на различных предприятиях.

  1.  Крупной производительности (в основном работают на аммиаке но также могут быть использованы R12, R22, R142). Эти компрессоры прямоточные, сальниковые, бескрейцкопфные простого действия с V и VV-образным расположением цилиндров (холодопроизводительность до 450 кВт); и крейцкопфные двойного действия горизонтальные с расположением цилиндров по обе стороны вала (выше 450 кВт). Крупные компрессоры применяются на крупных холодильниках, пищевых предприятиях, а также в химической, нефтяной и других отраслях промышленности.

  1.  ДЕЙСТВИТЕЛЬНЫЙ РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС В КОМПРЕССОРЕ

В действительном процессе поршневого компрессора в отличие от теоретического имеются потери, которые можно разделить на две группы:

а) объемные, снижающие производительность

б) энергетические, увеличивающие расход энергии.

А. К объемным относятся потери, вызванные наличием мертвого пространства (объёмный коэффициент , где  до 6 – 7 в одноступенчатых), сопротивлением при всасывании и нагнетании (коэффициент дросселирования ), подогревом пара от стенок цилиндра при всасывании (коэффициент подогрева ) и утечками через неплотности в клапанах, сальниках и поршневых кольцах (коэффициент плотности ).

Коэффициент  - при проходе по трубопроводу и особенно через клапаны имеют место потери давления: давление во всасывающем трубопроводе перед компрессором Pвс меньше, чем давление в испарителе P0, а давление в цилиндре компрессора P1 еще ниже. Также давление нагнетания в цилиндре P2 выше давления в нагнетательном трубопроводе Pн, которое выше давления конденсации Pk. Потери на свасывании достигают 0,03 МПа (0,3 кг/см2), а на нагнетании 0,05…0,07 МПа (0,5…0,7 кг/см2). Потери давления приводят, как известно, к потере производительности.

Коэффициент . Хладагент при всасывании, нагреваясь от стенок цилиндра, расширяется, чем уменьшает весовую производительность компрессора. Особенно потери увеличиваются при всасывании влажного пара: капельки жидкости при подогреве превращаются в пар, который занимает большой полезный объем цилиндра. Потери от подогрева уменьшаются при всасывании перегретых паров (для аммиака перегрев на 5…10 °С; для фреонов – 25…30 °С).

Величина  зависит от P2/P1: чем больше , тем выше средняя температура стенок цилиндра. Для воздушных компрессоров .

В крупных и высокооборотных компрессорах  больше, чем в малых (для больших диаметров относительно меньше слияние стенок).  также зависит от характера движения газа внутри цилиндра: в прямоточных компрессорах  больше, чем в непрямоточных, т.к. температура газа и стенок меньше,  поэтому меньше и средняя разность температур.

Коэффициент  учитывает также подогрев или охлаждение при смешении газа, расширяющегося из мертвого пространства и газа, поступающего в цилиндр.

Коэффициент подачи учитывает все объёмные потери:

(т.е. действительной подачи к теоретической).

Б. В действительном компрессоре энергетические затраты увеличиваются главным образом за счет теплообмена пара со стенками цилиндра, сопротивления при всасывании и нагнетании а также вследствие трения движущихся частей компрессора.

Рис. 26. Сжатие пара в компрессоре:

1-2 – адиабатическое сжатие в теоретическом компрессоре; 1-а-в-с – действительный процесс сжатия; 1-а - изменение состояния пара при всасывании

Вследствие сопротивления при всасывании и теплообмена со стенками цилиндра давление пара в т. а понизилось на ΔР0, а температура повысилась с Т0 до Т. Сжатие а-в-с в действительном процессе сопровождается теплообменом со стенками цилиндра, причем в начале сжатия, когда температура пара ниже температуры стенок, тепло подводится к пару (отрезок а-в); затем, когда в процессе сжатия температура пара превысит температуру стенок, тепло от ХА переходит к стенкам цилиндра (отрезок в-с). В цилиндре пар сжмается до давления более высокого, чем в конденсаторе (на ΔРк) из-за сопротивления при нагнетании. Увеличение работы в действительном процессе по сравнению с теоретическим равно площади, заключенной между адиабатическим сжатием 1-2 и линией действительного процесса а-в-с.

Увеличение энергетических затрат в действительном процессе по сравнению с теоретическим характеризуется индикаторным КПД:

, где NT и Ni – теоретическая и индикаторная мощности соответственно.  учитывается потери от теплообмена в цилиндре, от сопротивления при всасывании и нагнетании (обычно = 0,6…0,8).

Потери на трение в движущихся частях учитываются механическим КПД:

, где Ne – эффективная мощность (мощность на валу). Значение = 0,8…0,9.

Мощность электродвигателя , где (≈0,95) – КПД ременной передачи; (≈0,8…0,9) – КПД электродвигателя.

Характерной величиной при сопоставлении различных компрессоров является удельная холодопроизводительность – холодопроизводительность на единицу мощности. Эффективная удельная холодопроизводительность Ke=Q0/Ne (ккал/кВт·ч). Для герметичных и бессальниковых компрессоров Kэ =Q0/Nэ.

Величины Ke, Kэ и потребляемая мощность зависят от температур  кипения t0 и конденсации tk. Особенно заметное влияние на величину удельной холодопроизводительности оказывает t0. Повышение t0 на 1 °С в аммиачных машинах приводит к увеличению Ke на 5,5 %.

  1.  МАРКИРОВКА ПОРШНЕВЫХ КОМПРЕССОРОВ

Для машин производительностью до 450 кВт:

1 цифра – число цилиндров.

2 буква – тип машины по рода ХА (Ф – фреон; А – аммиак).

3 буква – тип машины по расположению цилиндров: В(верт.), Г(гориз.), У(V-обр.), УУ(VV-обр.).

4 цифра – диаметр цилиндра, в десятках мм.

Примеры: 2ФВ-4 – 2х цилиндровая фреоновая, вертикальная, диаметр цилиндра 40 мм; 4АУ-15 – 4х цилиндровая аммиачная с V-образным расположением цилиндров, диаметр цилиндра 150 мм.

Для машин производительностью более 450 кВт:

1 буква – тип машин по роду ХА.

2 буква – тип машин по расположению цилиндров: В или Г.

3 цифра – холодопроизводительность в тыс ст. ккал/ч.

Примеры: ФВ-6 –фреоновая, вертикальная, Q0 – 6 тыс ст. ккал/ч; ФУБС-12 – фреоновая, V-обр-я, бессальниковая, Q0 – 12 тыс ст. ккал/ч.

  1.  
    АБСОРБЦИОННЫЕ ХМ

В абсорбционных ХМ, также как в компрессорных, для получения холода осуществляется круговой процесс, но затрачивается не механическая работа, а тепловая энергия. Поэтому абсорбционные ХМ целесообразно применять на предприятиях, где имеется большое количество отработавшего пара, горячей воды.

Рис. 27. Схема абсорбционной ХМ на аммиаке NH3, темп-тура кипения = -33 °С:

1 – кипятильник; 2 – конденсатор; 3 – РВ; 4 – испаритель; 5 – абсорбер; 6 – насос; 7 – РВ раствора

В кипятильник 1 подается крепкий раствор, который подогревается. При кипении при относительно высоких давлении и температуре образуется водоаммиачный пар с большой концентрацией аммиака, который поступает в конденсатор 2. Там конденсируется при давлении Рк за счет охлаждающей воды (воздуха). Образовавшийся жидкий аммиак через РВ 3 поступает при давлении Р0 в испаритель 4, кипит при t00) за счет отнятия тепла от охлаждаемого помещения. Образовавшийся пар направляется в абсорбер 5 и там поглощается слабым водоаммиачным раствором (абсорбция – поглощение сорбата всем объемом сорбента, т.е. поглощение пара жидкостью). Давление в абсорбере Р0. Слабый водоаммиачный раствор поступает в абсорбер 5 из кипятильника 1 через РВ для раствора 7. Процесс насыщения раствора, бедного аммиаком, протекает с выделением тепла, которое отводится водой (воздухом). Давление в кипятильнике Рк больше давления в абсорбере Р0, поэтому для подачи жидкого раствора в кипятильник применяют насос 6. Выходящий из кипятильника слабый раствор проходит через РВ 7, при этом давление снижается до Р0 и поступает в абсорбер.

Мелкие абсорбционные машины – применяются для охлаждения торгового оборудования  и в домашних холодильниках. Они являются машинами непрерывного действия, безнасосными, с инертным газом. Применение инертного газа, выравнивающего давление во всех аппаратах машины, дало возможность создать агрегат, не имеющий запорных вентилей и движущихся частей. По процессу диффузии паров ХА в инертный газ, определяющему интенсивность их работы, машины получили название абсорбционно-диффузионных. Хладагентом является аммиак, поглотителем – водоаммиачный раствор, инертным газом – водород. Циркуляция парогазовой смеси в испарителе и абсорбере происходит благодаря разности удельных весов крепкой и слабой парогазовых смесей. Вследствие равенства общего давления во всех частях машины для подачи крепкого раствора в кипятильник требуется преодолеть только сопротивление в трубопроводах. Подача раствора осуществляется термосифоном (трубка малого диаметра, обогревается тем же нагревателем): когда раствор закипает в термосифоне, паровые порции поднимают жидкость в верхнюю часть.

  1.  ПАРОЭЖЕКТОРНЫЕ ХМ

В ПЭХМ энергия, затрачиваемая на осуществление холодильного цикла вводится в виде тепла, превращающегося в механическую работу.

В эжекторных ХМ может использоваться любой хладагент, но практическое применение нашли машины, работающие на водяном паре.

ПЭХМ применяются в установках кондиционирования воздуха, а также для технологических нужд в бумажной, пищевой и других отраслях промышленности. Хм выпускаются производительностю от 60 тыс. до 600 тыс. ст. ккал/ч.

Рис. 28. Схема ПЭХМ:

1 – котел; 2 – сопло; 3 – камера смешения; 4 – испаритель; 5 – диффузор; 6 – конденсатор; 7 – РВ; 8 – насос; 9 – эжекторный аппарат

За счет подвода тепла в котле получают пар высокого давления Рп, который поступает в эжектор. При истечении пара через сопло в камеру смешения давление снижается до Р0. Энергия пара превращается в кинетическую энергию струи, которая вытекает из сопла с большой скоростью и этим обеспечивает отсасывание пара низкого давления из испарителя в камеру смешения. После смешения пар поступает в диффузор, где кинетическая энергия снова переходит в потенциальную; рабочий пар сжимается вместе с паром из испарителя до давления конденсации Рк. Т.о. в эжекторных машинах тепловая энергия переходит в механическую.

Пар, поступающий из диффузора в конденсатор охлаждается водой и конденсируется. Одна часть сконденсировавшейся жидкости забирается насосом и под давлением Рп направляется в котёл, а другая через РВ поступает в испаритель и охлаждает помещение за счет кипения.

Для оценки эффективности ХМ (абсорбционной или пароэжекторной) пользуются тепловым коэффициентом, то есть отношением количества тепла, отводимого от охлаждаемой среды, в количеству тепла, затраченному на нагрев ХА (в паровом котле и за счет теплового эквивалента работы насоса):

Величина  для ПЭХМ значительно ниже, чем для компрессорных машин, а иногда и абсорбционных ХМ.

В эжекторных ХМ очень большой расход охлаждающей воды в конденсаторах (в 3-4 раза больше, чем в компрессорных). В конденсаторах конденсируется пар, отсасываемый из испарителя, а также и тот пар, который проходит через пароструйный аппарат.

Преимущества ПЭХМ: простота устройства, навысокая стоимость, использование воды в качестве хладагента, затрата тепловой, а не механической работы.


Контрольные вопросы к разделу 2:

  1.  Какой цикл является термодинамически наиболее совершенным?
  2.  Каким показателем оценивают эффективность холодильного цикла?
  3.  Чем ограничено применение воздушных поршневых машин?
  4.  В чем преимущество цикла ПКХМ перед циклом ВКХМ?
  5.  Чем цикл реальной ПКХМ отличается от обратного цикла Карно?
  6.  В чем преимущество «сухого хода компрессора»?
  7.  Назовите и опишите свойства наиболее распространенных хладагентов.
  8.  Что влияет на холодопроизводительность холодильной машины?
  9.  Как классифицируются холодильные поршневые компрессоры?
  10.  Опишите действительный рабочий процесс в компрессоре.

  1.  
    АППАРАТЫ ХОЛОДИЛЬНЫХ УСТАНОВОК
    1.  КОНДЕНСАТОРЫ

Конденсатор – теплообменный аппарат, в котором тепло от ХА передается окружающей среде (воде или воздуху). В конденсатор перегретый пар ХА поступает из компрессора, здесь он охлаждается, конденсируется и переохлаждается (иногда переохлаждение протекает в специальных переохладителях или теплообменниках).

Основное требование к конденсаторам – высокая интенсивность теплопередачи. При эксплуатации поверхности их нужно регулярно очищать. Со стороны ХА, не растворяющего масло, поверхность аппарата загрязняется маслом (), которое попадает из компрессора (в случае до -12 загрязнения не наблюдается). Со стороны воды поверхность загрязняется отложениями водяного камня. При проектировании конденсаторов средняя разность температур между ХА и охлаждающей водой принимают 5…6 °С, а при воздушном охлаждении  – 8…12 °С.

По способу отвода тепла различают конденсаторы:

а) с воздушным охлаждением (ребристо-змеевиковые и листотрубные, с принудительной и свободной циркуляцией воздуха);

б) с водяным охлаждением (кожухотрубные, противоточные из двойных труб, элементные, оросительные и испарительные). Конденсаторы с водяным охлаждением имеют более интенсивную теплопередачу и более компактны, однако в условиях эксплуатации часто воздушное охлаждение является более целесообразным.

Конденсаторы с воздушным охлаждением – их чаще всего применяют в мелких фреоновых агрегатах, где водяное охлаждение усложняет эксплуатацию (требуется подвод и отвод воды). Обычно конденсатор воздушного охлаждения представляет собой ряд плоских вертикальных змеевиков из медных или стальных труб, в которых протекает ХА. Для увеличения наружной поверхности, омываемой воздухом, её делают ребристой, а для увеличения скорости движения воздуха ставят вентилятор. Конденсатор закрепляется в кожухе с диффузором для равномерного направления воздуха при обдувании. Скорость воздуха составляет 3…5 м/с.

Рис. 29. Конденсатор с воздушным охлаждением:

1 – коллектор входа пара; 2 – калачи; 3 – выход жидкости; 4 – вентиль; 5 – ресивер; 6 – вход пара

Пары ХА поступают сверху через коллектор, объединяющий все секции (змеевики), а жидкий ХА отводится через нижний коллектор. Непосредственно за конденсатором устанавливается ресивер для сбора жидкости.

В домашних холодильниках применяются конденсаторы воздушного охлаждения с естественной циркуляцией воздуха. Часто конструкторами применяется листотрубный конденсатор. Он выполнен из двух листов, которые, после нанесения на них специальной краской рисунка каналов, подвергают в горячем состоянии прокатке и листы сваривают кроме закрашенных мест. После этого водой или воздухом под давлением листы раздувают для получения каналов. Такие конденсаторы относительно дешевы в изготовлении и обеспечивают достаточно интенсивную теплопередачу:

Рис. 30. Конденсаторы воздушного охлаждения с естественной циркуляцией водуха

Иногда применяют конденсаторы змеевиковые с ребрами из стальной проволки. Он просты в изготовлении и достаточно эффективны:

Рис. 31. Змеевиковый конденсатор в ребрами из проволоки

Конденсаторы с водяным охлаждением. Наиболее компактны и менее металлоемки кожухотрубные и кожухозмеевиковые аппараты. Они широко применяются:

а) горизонтальный кожухотрубный конденсатор состоит из стального цилиндрического кожуха, внутри которого расположены трубки небольшого диаметра. К кожуху с двух сторон приварены трубные решетки с развальцованными в них трубами. Конденсатор с двух сторон имеет чугунные крышки с перегородками внутри. Вода внутри труб делает несколько ходов (по концам перегородки). Пары ХА поступают сверху в межтрубное пространство, охлаждаются, конденсируются, и жидкость стекает вниз и  отводится к ресиверу или непосредственно к РВ. В нижней части конденсатора приварен маслоотстойник, из которого периодически выпускают масло.

Рис. 32. Горизонтальный кожухотрубный конденсатор

Трубы стальные (NH3) или иногда медные (фреон). В случае фреона маслоотстойник не нужен, так как фреоны в большинстве своём хорошо растворяют масло. В верхней части всегда устанавливается предохранительный клапан (выпуск в испаритель или в атмосферу). Коэффициент теплопередачи . Для его увеличения делают оребрение (накатанное из медных трубок; коэффициент оребрения, равный 3,5 увеличивает К до 3000…4000 ). В настоящее время выпускаются кожухотрубные конденсаторы с поверхностью от 2 до 300 м2.

б) кожухозмеевиковые конденсаторы – выпускаются двух видов: с одной трубной решеткой и съёмной крышкой или с кожухом, заваренным с обеих сторон (без трубной решетки).

Рис. 33. Кожухозмеевиковый конденсатор с отъемной крышкой

Конденсатор с отъёмной крышкой КТР-3 (3 м2 поверхность): к сферическому днищу приварено 8 V-образных медных труб Ø 12x1,5 мм. со стальными ребрами. Трубы развальцованы втрубной решетке (сталь). Крышка чугунная, с внутренними перегородками. Вода внутри труб делает 4 хода. Трубы размещают в верхней части, а нижняя часть кожуха используется в качестве ресивера для жидкого ХА. В качестве предохранительного клапана в стенку кожуха ввернута легкоплавкая пробка (ПР). При 70 °С она расплавляется, и кожух соединяется с атмосферой, этим исключается повышение давления.

Кожухозмеевиковый конденсатор с заварным кожухом применяется в водоохладительных машинах (ВОМ) торговых автоматов.

Рис. 34. Кожухозмеевиковый конденсатор с заварным кожухом

Он имеет 10 стальных труб с навитыми латунными ребрами, соединенных каналами. Наружную поверхность труб с ребрами лудят (гальваническим способом). Концы змеевика вварены в дно. Снаружи к ним приварены штуцеры для присоединения гибких водопроводных шлангов. На жидкостной трубе поставлены вентиль и фильтр. Недостаток кожухозмеевиковых конденсаторов – нельзя механически очистить трубы от осадков и загрязнений, применяются для небольших ХМ.

в) вертикальные кожухотрубные конденсаторы. Вода в них не заполняет всё сечение трубы, а протекает тонким слоем по внутренней поверхности. Трубы развальцованы в трубных решетках. В верхней части конденсатора находится водораспределительное устройство для равномерной подачи воды. Каждая труба имеет направляющую насадку для обеспечения винтообразного движения воды по внутренней поверхности трубы.

Рис. 35. Вертикальный кожухотрубный конденсатор

Достоинства – малый расход воды, компактность и относительная легкость очистки от водяного камня. Их обычно ставят на аммиачных ХМ средней производительности, устанавливаемых вне машинного зала. Недостаток – большая высота (до 5…6 метров). Коэффициент теплопередачи .

г) оросительные конденсаторы – плоские змеевики, орошаемые снаружи водой, часть её испаряется. Вода подаётся через желоба треугольного сечения с зубчатыми кромками и равномерно орошает змеевики и стекает в поддон, откуда подается в градирню, расположенную над конденсатором. Вода используется повторно.

Рис. 36. Оросительный конденсатор прямоточный

Расход свежей воды 10 % от общего циркулирующего объема. Для прямотока .

Применяется в крупных ХМ, но схема делается противоточной: пары ХА поступают снизу, конденсат отводится из 4, 8, 10, 12, 14-ой труб через вваренные трубки меньшего диаметра в стояк, откуда сливается в ресивер.

Рис. 37. Оросительный конденсатор противоточный

Для такой схемы .

Преимущество – относительно малый расход охлаждающей воды. Можно применять жесткую или загрязненную воду, достаточная надежность, достаточно большой К.

д) испарительные конденсаторы – змеевики с ХА расположены внутри плотного кожуха. Они орошаются водой, а в противотоке движется воздух (от вентилятора). Вода при обдувании воздухом интенсивно испаряется, благодаря чему температура её не повышается. Поэтому вода, стекающая в нижнюю часть, вновь направляется насосом для орошения конденсатора, при этом не требуется промежуточное охлаждение. Часть воды испаряется. А часть уносится в виде брызг с воздухом.

Рис. 38. Испарительный конденсатор:

1 – вентилятор; 2 – водоотделитель; 3 – форсунки; 4 – змеевик конденсатора; 5 – водяной бак; 6 – насос

Расход свежей воды ~ 10 % от расхода её в обычных конденсаторах. Их целесообразно использовать при недостатке воды. Устанавливать можно в закрытых помещениях. Недостаток – образование накипи при испарении и коррозия труб. Коэффициент теплопередачи .

е) двухтрубные конденсаторы – труба в трубе: пары ХА в межтрубном кольцевом пространстве, поступают сверху, в жидкость – вниз. Воды поступает снизу по внутренней трубе с скоростью 1…1,5 м/с. Коэффициент теплопередачи . Недостаток – трудность очистки, металлоёмкость. Применяются мало.

Рис. 39. Двухтрубный конденсатор

ж) элементный конденсатор – каждый элемент как бы небольшой кожухотрубный конденсатор. Уже не выпускаются промышленностью.

  1.  
    ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ КОНДЕНСАТОРА

Поверхность конденсатора:

, где

- количество теплоты,  отводимое от ХА

среднелогарифмическая разность температур;
- Коэф-т теплопередачи для плоской стенки;

Расход воды при проточной схеме .

Таблица 4

Коэффициенты теплопередачи для различных типов конденсаторов

Тип конденсатора

К, ккал/(ч·м2·°С)

Примечание

Горизонтальный кожухотрубный

Отнесен к оребренной поверхности

аммиачный

800 – 900

фреоновый

300 – 450

Вертикальный кожухотрубный

600 – 800

Оросительный

700 – 900

Испарительный

400 – 500

Противоточный

600 – 900

С воздушным охлаждением

25 – 40

  1.  ИСПАРИТЕЛИ

Испаритель – аппарат, в котором тепло отнимается от охлаждаемой среды за счет кипения ХА.

Классификация:

  1.  По виду охлаждаемой среды:

а) для охлаждения промежуточного жидкого теплоносителя (рассола или воды). Бывают кожухотрубные, змеевиковые и вертикально трубные.

Рис. 40. Схема для охлаждения промежуточного жидкого теплоносителя

Такая схема широко применяется: большая аккумулирующая способность системы; возможность регулирования температуры за счет изменения расхода рассола; возможность поддержания постоянной температуры.

б) для охлаждения путем непосредственного испарения ХА – охлаждение воздуха в помещении (испарители – батареи с естественной циркуляцией воздуха и воздухоохладители с принудительной циркуляцией воздуха).

  1.   По характеру заполнения хладагентом:

а) затопленные

б) незатопленные (сухие). Применяются только в малых фреоновых ХМ.

К испарителям предъявляются те же требования, что и к конденсаторам, главное из них – большое значение коэффициента теплопередачи. При проектировании испарителей среднюю разность температур между рассолом и ХА принимают ~ 5 °С, а при охлаждении воздуха ~ 10…15 °С. Скорость движения рассола 0,5…1,5 м/с.

  1.  ИСПАРИТЕЛИ ДЛЯ ОХЛАДЕНИЯ ЖИДКОСТНЫХ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ

По характеру заполнения теплоносителем различают испарители открытого и закрытого типов.

В испарителях открытого типа поверхность рассола соприкасается с воздухом. Рассол из испарителя забирается насосом и под давлением подается в охлаждающие батареи камер, откуда сливается обратно в испаритель. В испарителе закрытого типа рассол под напором насоса циркулирует в герметичной системе.

1. Кожухотрубные рассольные испарители – по конструкции аналогичны кожухотрубным конденсаторам.

Рис. 41. Кожухотрубный рассольный испаритель

Горизонтальный цилиндрический кожух, трубы развальцованы в трубных решетках. В межтрубном пространстве кипит ХА, в трубах циркулирует рассол. По движению рассола бывают одно- и многоходовые. Испаритель затопленного, закрытого типа, жидкий ХА (NH3) заполняет высоту ~0.8 Ø кожуха. Пары отсасываются сверху через сухопарник. Снизу приварен маслосборник для выпуска масла и загрязнений. Коэффициент теплопередачи  .

В больших фреоновых испарителях в сухопарнике размещают змеевик с жидким ХА, поступающим из конденсатора к регулирующему вентилю. Жидкость в змеевике переохлаждается, а пар, выходящий из испарителя, осушается и перегревается.

Недостаток кожухотрубных испарителей – опасность разрыва труб в случае замерзания в них рассола. Это может иметь место в случае недостаточного содержания соли в рассоле, а также при случайной остановке рассольного насоса.

Достоинства – простота, компактность, эффективность. Обычно крупные испарители маркируют так: 40ИКТ

40 – площадь, м2;

И – испаритель;

КТ – кожухотрубный

2. Кожухозмеевиковые испарители – применяются редко, работают на фреоне, с одной трубной решеткой.

Рис. 42. Кожухозмеевиковый испаритель

Фреон находится внутри труб, охлаждаемый теплоноситель – в межтрубном пространстве. Здесь исключается возможность разрыва трубок при замерзании теплоносителя. ИХ применяют для охлаждения воды до 2 - 3 °С. Снаружи испаритель теплоизолирован.

3. Змеевиковые испарители – применяются для охлаждения жидкостей (воды, соков, пива), используются в малых фреоновых ХМ торговых автоматов. Например, испаритель-водоохладитель торгового автомата АТ-26. Змеевик для воды из латунных труб Ø10х1 мм.; для фреона из медных труб Ø10х1 мм.

Рис. 43. Змеевиковый испаритель

Оба змеевика залиты сплавом алюминия с медью и образуют одно целое, что обеспечивает равномерную передачу тепла. Лучше – проще : змеевик в виде спиральной пружины плотно вворачивается в змеевик для воды (непосредственный контакт), затем – горячее цинкование их в сборе для улучшения контакта.

4. Вертикальнотрубные испарители – затопленные открытого типа (для NH3), состоит из прямоугольного металлического бака, где устанавливаются трубчатые секции.

Каждая секция имеет 2 горизонтальных коллектора Ø121х4 мм., соединенных между собой изогнутыми трубами Ø76х4 мм., а также вертикальными стояками Ø76х4 мм. И высотой Н=800…1100 мм. Жидкий ХА поступает сверху в нижний коллектор и заполняет трубки почти до верхнего коллектора. В трубках происходит кипение, капли жидкости улавливаются. Охлажденный рассол забирается насосом из нижней части бака. Циркуляцию рассола обеспечивает винтовая мешалка. Скорость движения рассола 0,5…0,7 м/с. Бак теплоизолирован.

Рис. 44. Вертикальнотрубный испаритель

Коэффициент теплопередачи  - хорошая теплоотдача за счет циркуляции ХА внутри труб. Недостаток – значительная коррозия метала из-за доступа воздуха к рассолу. Применяются в алюминиевых Хм большой производительности.

В последнее время секции вертикальнотрубных испарителей стали выполнять в виде штампованных стальных панелей с канавками (листотрубные), 2 листа скреплены контактной сваркой (точечной). Т.о. достигается малый расход металла.

  1.  ИСПАРИТЕЛИ ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ВОЗДУХА

Бывают с естественной и принудительной циркуляцией воздуха (последние называются воздухоохладителями).

1. Змеевиковые испарители – из змеевиковых труб с естественной циркуляцией. Наиболее широко применяются. Также испарители-батареи устанавливаются в охлаждаемом помещении (холодильная камера, витрина, прилавок и др.) и с их помощью отнимают тепло от воздуха. Делают одно- или двухрядные. Недостаток змеевиковых испарителей – плохое удаление паров ХА (пары из нижний рядов проходят всю батарею и снижают активную зону труб). Для ребристых фреоновых батарей  при разности температур между воздухом и ХА в 12…15 °С.

В последнее время применяются алюминиевые листотрубные испарители (как конденсаторы) в домашних холодильниках, в торговом оборудовании. Для них  при свободном движении воздуха с обеих сторон.

Иногда для не очень больших холодильных камер применяются испарители с вентилятором, принудительная циркуляцию воздуха интенсифицирует теплопередачу, повышая эффективность охлаждения

Змеевик может быть расположен у стены (пристенная батарея) или под потолком (потолочная батарея). В камерах для замораживания продуктов применяются также батареи-стеллажи: полки из трубчатых гладких змеевиков на металлических стойках.

2. Короткошланговая батарея – короткие вертикальные трубки, объединенные двумя горизонтальными коллекторами.

Рис. 45. Короткошланговая батарея

Для гладкотрубных с естественно циркуляцией . При оребрении становятся более компактными, расход труб уменьшается ~ в 4 раза, а металла ~ в 2 раза.

Недостаток таких батарей – для заполнения системы требуется большое количество ХА (NH3 заполняют примерно до верхнего коллектора). Кроме того, из-за наличия столба жидкости в трубах повышается температура кипения в нижней части, особенно заметное при низких температурах (tкип менее -40 °С). Применяют специальные батареи, в которых не образуется столь жидкости.

3. Пристенная малоёмкая аммиачная батарея «Каскад» конструкции Е.С. Щербакова.

Рис. 46. Пристенная малоемкая аммиачная батарея:

1 – диафрагма; 2 – струеотбойник; 3 – дренажный трубопровод

Жидкий NH3 поступает сверху через диафрагму  и тонкой струёй (5…12 % сечения) двигается в горизонтальных трубах; пары ХА отсасываются сверху компрессором. Батарея может быть оребрена.

  1.  
    ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ИСПАРИТЕЛЕЙ

Искомыми величинами являются: тепловая нагрузка; поверхность теплообмена; количество циркулирующего хладагента.

Тепловая нагрузка:

, где

- количество ХА;

Поверхность теплообмена:

, где

;

Количество циркулирующего рассола:

, где

- изобарная теплоёмкость рассола.

  1.  ВОЗДУХООХЛАДИТЕЛИ (ВО)

ВО – это теплообменный аппарат, в котором тепло от воздуха передается ХА или теплоносителю (воде или рассолу). ВО применяются при воздушном способе охлаждения камер. В этом случае воздух из холодильной камеры прогоняется вентилятором через ВО, где охлаждается и вновь возвращается в камеру.

ВО можно разделить на две группы: сухие или трубчатые, в которых теплообмен между воздухом и охладителем происходит через стенку трубы. Охлаждение воздуха может осуществлять ХА (сухие ВО непосредственного охлаждения) или теплоноситель (рассольные или водяные ВО)

В мокрых ВО (оросительных или форсуночных) теплообмен происходит при непосредственном контакте воздуха с холодным рассолом или водой.

1) Сухие ВО имеют плотный кожух, внутри которого расположены гладкие или ребристые змеевики. По змеевикам проходит холодная жидкость (ХА, рассол, вода). Воздух, прогоняемый вентилятором сквозь холодные змеевики, охлаждается и поступает в холодильную камеру. Размещают ВО внутри охлаждаемого помещения или вне его, но в таком случае кожух изолируют.

Рис. 47. Сухой воздухоохладитель

Недостатки: возможность обмерзания трубчатой системы в области низких температур, что приводит к ухудшению теплоотдачи. Для удаления льда со стенок требуется остановка и оттаивание его.

2) Мокрый оросительный ВО имеет металлический бак, изолированный снаружи.

Рис. 48. Мокрый оросительный воздухоохладитель

Внутри бака находятся две решетки 1. На нижнюю решетку насыпан рабочий слой керамических колец 2 толщиной 300…400 мм. Над рабочим слоем колец размещены оросительные желоба 3. На второй решетке насыпан отбойный слой колец 4 высотой около 150 мм.

Воздух, отепленный в камерах, подается вентилятором в ВО снизу и продувается через рабочий слой колец, орошаемый холодным рассолом. В этом слое колец происходит охлаждение и осушение воздуха (если температура рассола ниже температуры точки росы подаваемого воздуха). Охлажденный воздух, поднимаясь, проходит через отбойный слой колец, где за счет изменения направления движения отделяются капли рассола, после чего поступает в охлаждаемую камеру.

Рассол, отепленный на 1…2 °С, стекает на дно бака и через фильтр сливается в испаритель для охлаждения.

В мокрых оросительных ВО не происходит образования шубы, т.к. выделяемая влага поглощается рассолом, поэтому необходимо контролировать концентрацию рассола.

Если вместо рассола применяется вода, то разновидностью этих ВО будут форсуночные ВО.

С помощью насоса охлаждающая вода поступает в оросительные трубки, в которых образуется факел влаги. Воздух при соприкосновении с частицами воды охлаждается и нагнетается в камеру, в которой установлены фильтр и влагоотстойник для отделения частиц воды.

Рис. 49. Мокрый форсуночный воздухоохладитель

Недостатки: малый интервал охлаждения по температуре (только в области положительных температур).


Контрольные вопросы к разделу 3:

  1.  Какое основное требование предъявляется к конденсаторам?
  2.  Классификация конденсаторов по способу отвода тепла.
  3.  Какие типы конденсаторов с водяным охлаждением вы знаете?
  4.  Назовите основные этапы теплового расчета конденсатора.
  5.  Классификация испарителей.
  6.  Типы испарителей для охлаждения жидкостных теплоносителей.
  7.  Типы испарителей для охлаждения воздуха.
  8.  Назовите основные этапы расчета испарителей.
  9.  Для чего нужны воздухоохладители?
  10.  Назовите основные разновидности воздухоохладителей.

  1.  
    ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ХОЛОДИЛЬНЫХ УСТАНОВОК

Отделители жидкости (ОЖ). На выходе от регулирующего вентиля происходит частичное парообразование. На выходе из испарителя пары могут увлекать частицы жидкости. Поэтому применяются ОЖ, которые служат для создания сухого хода компрессора. Их применяют в аммиачных установках при охлаждении камер батареями непосредственного охлаждения.

Рис. 50. Отделитель жидкости

ХА от РВ поступает в ОЖ, где отделяется пар, образовавшийся при дросселировании, а жидкость сливается в испаритель. ИЗ испарителя влажный пар также поступает в ОЖ для отделения сухого пара от капелек жидкости. Этот процесс происходит вследствие уменьшения скорости и изменения направления движения пара внутри аппарата. Сухой пар из верхней части ОЖ отсасывается компрессором. В нижней части находится маслоотстойник, откуда периодически выпускается масло. ОЖ снаружи изолируется.

Промежуточные сосуды. Применяются в многоступенчатых ХМ для охлаждения паров ХА между ступенями сжатия и переохлаждения жидкости перед РВ. Кроме того эти аппараты выполняют роль ОЖ.

Рис. 51. Промежуточный сосуд

Через патрубок 1 поступает пар из цилиндра низкого давления, а через патрубок 2 поступает ХА от РВ1. Пар после первой ступени охлаждается до температуры насыщения, соответствующей промежуточному давлению, за счет испарения части жидкости в аппарате. Охлажденный пар поднимается и, пройдя через отбойные тарелки 3, поступает в цилиндр высокого давления. К преимуществам такого аппарата следует отнести то, что масло после первой ступени компрессора не попадает в жидкостную линию, идущую в испаритель и не загрязняет теплообменных аппаратов.

Фильтры и осушители. Холодильная установка может быть загрязнена окалиной, ржавчиной, песком и др. Причинами загрязнения являются: недостаточно тщательная очистка поверхностей отливок на заводе-изготовителе; плохая очистка поверхностей после ремонта; нарушение эксплуатационных требований.

Загрязнения перемещаются в системе вместе с ХА и попадают в компрессор, регулирующие и запорные вентили, чем нарушают нормальную работу установки, ускоряют износ оборудования, затрудняют эксплуатацию.

Засорение дроссельных устройств приводит к недостаточному заполнению испарителя жидкостью, нарушению режима работы и уменьшению холодопроизводительности.

Для улавливания механических примесей во время работы холодильной установки в схему включают дополнительные аппараты – фильтры. Паровой фильтр-грязеуловитель устанавливают на всасывающей стороне перед компрессором или монтируют на всасывающем коллекторе.

Рис. 52. Паровой фильтр

Паровой фильтр имеет цилиндрический корпус, внутри которого размещены фильтрующие сетки. Съёмный фланец позволяет периодически эти сетки очищать. НА жидкостных линиях ставят фильтры через РВ. Фильтрующим материалом для аммиака служат металлические сетки, для фреона – густые медные или латунные сетки, а также асбестовая ткань, сукно, замша.

Кроме металлических загрязнений в систему холодильной установки попадает влага. Если ХА не растворяется в воде, то при температуре кипения ниже 0 °С в РВ обязательно образуется лёд. Фреон R12 практически не растворяется в воде, поэтому во фреоновых холодильных установках следует особо тщательно осушать ХА перед заполнением, а для защиты дросселирующих устройств от замерзания в процессе работы в схемах предусматриваются осушители, которые служат для поглощения воды, оставшейся в системе холодильной установки.

Рис. 53. Осушитель

Осушители заполняют твердым поглотителем (силикагель SiO2 или алюмогели). Поглотители насыпают на решетку и сверху покрывают слоем сеток и слоем сукна. Сетки и сукно препятствуют уносу мелких частиц поглотителя в трубопроводы.

Силикагель адсорбирует влагу на своей пористой поверхности, но его поглощающая способность постепенно уменьшается. Просушить силикагель можно горячим воздухом или прокаливанием при температуре выше 200 0 °С. Просушенный силикагель можно вновь использовать в качестве поглотителя. При этом его  необходимо засыпать горячим и сразу закрывать крышку, чтобы предотвратить поглощение влаги из воздуха.

Воздухоотделители. В системе холодильной установки вместе с ХА может находиться воздух и другие газы, которые не конденсируются при температурах и давлениях, создаваемых в установке.

Воздух проникает в систему при вскрытии аппаратов, при ремонте или осмотре, при пуске компрессора. Некоторое количество воздуха остаётся в системе перед первоначальным заполнением её хладагентом. Воздух накапливается в конденсаторе или линейном ресивере, резко ухудшает режим работы холодильной установки и снижает холодопроизводительность.

В установках малой производительности воздух удаляют через воздухоспускной кран, установленный в верхней части конденсатора. Этот способ несовершенен, так как требует остановки компрессора и приводит к большим потерям ХА.

Применение специальных воздухоотделителей позволяет выпускать воздух непрерывно, без остановки машины и с незначительными потерями хладагента. Отделение воздуха в таких воздухоотделителях основано на охлаждении паровоздушной смеси, при котором ХА конденсируется и перепускается в испарительную сетку, а воздух выпускается в атмосферу.

Рис. 54. Воздухоотделитель:

1 – патрубок для впуска паровоздушной смеси; 2 – патрубок для выпуска жидкого хладагента в систему; 3,4 – вентили; 5 – патрубок для выпуска воздуха

Воздухоотделитель состоит из четырёх труб, вставленных одна в другую. Паровоздушная смесь поступает в наружную трубу через патрубок 1, а затем в пространство между 3 и 4 трубами (внутреннее). Здесь смесь охлаждается жидким ХА, который поступает от РВ по внутренней трубе и, проходя в пространстве между 2 и 3 трубами, уходит в испарительную систему через патрубок 2. В результате охлаждения ХА конденсируется и скапливается в нижнем правом углу наружной трубы (воздухоотделитель расположен под уклоном), откуда поступает во внутреннюю трубу через вентили 3 и 4. Отделенный воздух выпускается через патрубок 5.

Наиболее простую конструкцию имеет двухтрубный воздухоотделитель.

Рис. 55. Двухтрубный воздухоотделитель

Отбор пароводяной смеси к воздухоотделителю следует производить в наиболее холодной зоне конденсатора: ближе к месту подачи охлаждающей воды или над уровнем жидкости.

В аммиачных холодильных установках отделенный воздух выпускают в стеклянный сосуд с водой, аммиак, выходящий вместе с воздухом, поглощается водой, чем создается безопасность выпуска воздуха.

Во фреоновых ХМ паровоздушную смесь перед воздухоохладителем необходимо дополнительно сжать до возможного высокого давления, при этом воздух лучше отделяется от фреона. Для этого применяются компрессоры малых размеров (с производительностью 1…2 м3/ч).


Контрольные вопросы к разделу 4:

  1.  Каково назначение отделителя жидкости?
  2.  Для чего нужны фильтры и осушители?
  3.  Как удаляют воздух в установках малой производительности?
  4.  В чем недостатки удаления воздуха через воздухоспускной кран?
  5.  Где следует производить отбор пароводяной смеси к воздухоотделителю?

  1.  
    МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

  1.  ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТА

Введение

  1.  Устройство холодильника (конструкция, описание основных элементов (компрессор, испаритель, конденсатор…), хладагентов).
  2.  Расчет теплопритоков в шкаф бытового холодильника

Рис. 56.  Эскиз холодильника

Исходные данные:

Аналог

Объем V/V1, где V – общий объем холодильника, л; V1 –объем морозильного отделения, л

Температура морозильной камеры ,

*  - 6

**  - 12

***  - 18

****  - 24

Температура холодильной камеры ,

Хладагент (ХА)

  1.  Проводим расчет теплопередающих поверхностей холодильного шкафа:

а) боковые стенки:

F1, м2 (F1, м2)

F1, м2 (F1’’, м2)

б) дно F2, м2

в) потолок F3, м2

г) задняя стенка F4, м2 (F4, м2)

д) дверь F5, м2 (F5, м2)

  1.  Проводим расчет перепадов температур:

холодильная камера: ,

морозильная камера: ,

где  - температура окружающей среды, .

Температура окружающей среды принимается равной 32  (для умеренного климатического пояса) для всех поверхностей, кроме задней стенки. Для задней стенки температура окружающей среды принимается равной 45 .

  1.  Определяем коэффициенты теплопередачи ограждающих конструкций холодильника:

,

где  - коэффициент теплоотдачи от охлаждаемой среды к внутреннему коробу холодильника,   ,

- коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности холодильника к окружающей среде,   ,

– толщина внутреннего короба, м ,

- коэффициент теплопроводности внутреннего короба,   ,

– толщина наружного короба, м ,

- коэффициент теплопроводности наружного короба,   ,

– толщина изоляции, м ,

- коэффициент теплопроводности изоляции,   .

Принимаем внутренний короб выполненным из полистирола (),  наружный короб – выполненным из стали (). В качестве изоляции обычно используется пенополиуретан (ППУ) с .

Для горизонтальных поверхностей принимается:  . Для вертикальных поверхностей:  .

Коэффициенты теплопередачи ограждающих поверхностей:

а) боковые стенки k1,

б) дно k2,

в) потолок k3,  

г) задняя стенка k4,

д) дверь k5,

  1.  Проверка поверхностей на условия конденсации влаги

Считая, что относительная влажность , по диаграмме Малье определяем температуру точки росы .

,

Чтобы на поверхностях холодильника не конденсировалась влага, должно выполняться следующее условие: .

Максимальные значения k:

  1.  стенка:  
  2.  дно:  
  3.  потолок:

Во всех трех случаях должно выполняться условие . В противном случае необходимо изменять толщину изоляции.

  1.  Определяем теплопритоки через отдельные элементы ограждений холодильника:

.

Таблица 2.5.1

Теплопритоки через элементы ограждений

Ограждения

(холодильная камера)

морозильная камера)

Стенка 1 (бок)

Стенка 1 (бок)

Стенка 2 (дно)

Стенка 3 (потолок)

Стенка 4 (задн.)

Стенка 5 (дверь)

  1.  Определяем теплопритоки от термической обработки продуктов:

, Вт,

где

 -  удельная энтальпия продуктов при температуре окружающей среды, ,

– удельная энтальпия продуктов при температуре холодильной (морозильной) камеры, .

При максимальном коэффициенте эксплуатации морозильная камера заполняется говядиной на 50 %, а холодильная камера – на 20 % (по объему):

, кг

, кг

Плотность говядины () принимаем равной 1000 .

По таблице удельных энтальпий продуктов находим энтальпии говядины при температуре окружающей среды, холодильной камеры и морозильной камеры.

Суммарный теплоприток от термической обработки продуктов:

, Вт.

  1.  Определяем теплопритоки при открывании двери холодильника:

,

где n – кратность воздухообмена в течение суток; n = 20-30 для холодильной камеры, n= 5-10 для морозильной камеры,

V -  объем соответствующей камеры, м3,

- плотность воздуха при температуре окружающей среды,  ,

 -  удельная энтальпия воздуха при температуре окружающей среды, ,

– удельная энтальпия воздуха при температуре холодильной (морозильной) камеры, .

,  ,

где R = 287  – газовая постоянная воздуха.

Теплоемкость воздуха  .

Суммарный теплоприток при открывании двери:

, Вт.

  1.  Определяем теплопритоки от электроприборов:

, Вт,

где  – мощность электроприборов, Вт (),

- время открывания, с ().

  1.  Определяем суммарные теплопритоки и требуемую холодопроизводительность:

,

.

  1.  Тепловой расчет холодильной машины
    1.   В холодильниках с естественной циркуляцией воздуха принимается:

- температура кипения хладагента,

- температура конденсации хладагента.

  1.  По  определяем давление кипения , МПа, и давление конденсации , МПа.

Рис. 57. Схема работы холодильной машины:

КМ – компрессор; КД – конденсатор; ФО – фильтр-осушитель; РВ – регулирующий вентиль; И – испаритель; ТО – теплообменник

Строим рабочий цикл холодильной машины с учетом следующего:

Рис. 58. Цикл ХМ

Процесс 1-1' – подогрев паров хладагента в мотор-компрессоре.

- потеря на всасывающих клапанах.

- потеря на нагнетательных клапанах.

  1.  Для определения положения точки 4 используем уравнение теплового баланса:

- коэффициент, учитывающий долю регенерации в процессе перегрева. Откуда

  1.  Заполним таблицу основных параметров рабочих точек цикла:

Таблица 3.4.1

Основные параметры рабочих точек цикла

№ точки

P, МПа

t, °C

i, кДж/кг

ν, м3/кг

а

1

1'

2

3

4

5

  1.  Рассчитываем следующие параметры:

1) Удельная массовая холодопроизводительность

2) Удельная объемная холодопроизводительность

 

3) Удельная теплота, отводимая от конденсатора

4) Удельная изоэнтропная работа цикла

5) Массовый расход рабочего тела холодильной машиной

6) Теплота, отводимая от конденсатора

7) Изоэнтропная мощность компрессора

8) Холодильный коэффициент цикла

  1.  Тепловой расчет и подбор холодильного компрессора
    1.  Определяем объемный расход хладагента в компрессоре:

  1.  Определяем составляющие коэффициента подачи и рассчитываем коэффициент подачи :

,

где ,

- политропа расширения,

- относительный мертвый объем;

- коэффициент дросселирования;

- индикаторный коэффициент;

- коэффициент плотности;

- коэффициент подогрева.

  1.  Теоретическая объемная производительность компрессора:

По объемной производительности подбирается марка холодильного компрессора (в соответствии с  ГОСТ 17008-85). Берутся следующие параметры:

;

- частота вращения вала;

- диаметр цилиндра;

- средняя скорость поршня;

- ход поршня.

Допускается относительное расхождение

  1.  Энергетические потери и мощность компрессора

- индикаторный КПД для малых холодильных компрессоров;

- мощность, затрачиваемая на сжатие паров в действительном компрессоре (индикаторная мощность);

- удельное давление трения;

- мощность на преодоление сил трения;

- эффективная мощность (на валу);

- механический КПД, учитывающие потери, связанные с трением;

- эффективный КПД.

Для того, чтобы перейти от эффективной мощности компрессора  к мощности, потребляемой электродвигателем от сети , необходимо учесть КПД электродвигателя: .

- электрический КПД;

При сопоставлении компрессоров и в технических характеристиках используют эффективный холодильный коэффициент  и общий (электрический) коэффициент .

  1.  Расчет теплообменных аппаратов

Проводится на основе известной рассчитанной нагрузки  и

  1.  Конденсатор:

Определяем среднюю логарифмическую разность температур между воздухом и хладагентом и коэффициент теплопередачи К от воздуха к хладагенту:

- разность температур потоков на входе в конденсатор;

- разность температур потоков на выходе из конденсатора;

.

Для конденсатора .

Площадь теплообменной поверхности:

Рис. 59. Конденсатор

В большинстве случаев конденсатор представляет собой медную трубку с приваренными к ней прутьями диаметром 1,5 мм. При этом подбирается необходимое значение числа прутьев из равенства . Диаметр трубки и шаг s берется с холодильника-аналога.

  1.  Испаритель:

Температурный напор:

При наличии одного испарителя температурный напор и площадь теплообмена в холодильной камере не считаются;

Для испарителя ;

Площадь теплообменной поверхности:

.

  1.  Расчет капиллярной трубки

Обычно капиллярная трубка изготавливается из меди и имеет внутренний диаметр .

При заданной внутреннем диаметре вычисляем длину капиллярной трубки:

,

где  - внутренний радиус капиллярной трубки.

Так как в области жидкой фазы хладагент имеет малую сжимаемость и незначительное изменение вязкости, то:

- объемный расход хладагента через капиллярную трубку;

- динамическая вязкость хладагента в т.3

- кинематическая вязкость и плотность хладагента в т.3 соответственно).


ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе использования учебного пособия по курсу «Тепломассообменное оборудование предприятий» студенты знакомятся с устройством и принципом действия основного и вспомогательного холодильного, а также с методикой конструктивного и теплового расчета бытового холодильника.

Будущие специалисты получают практические навыки, необходимые для проектирования наиболее распространенного вида холодильной техники – бытового холодильника – на основе общей глубокой теоретической подготовки по дисциплине.


БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

  1.  Бабакин Б. С., Выгодин В. А. Бытовые холодильники и морозильники. – М.: Колос, 1998. – 631 с. (Справочник).
  2.  Варгафтик Н. Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. – М., 1972. – 720 с.
  3.  Идельчик И. Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. – М., «Машиностроение», 1975. – 559 с.
  4.  Кондрашова Н. Г., Лашутина Н. Г. Холодильно-компрессионные машины и установки. – М.: Высшая школа, 1966. – 509 с.


Учебное издание

ГАБИТОВ Фаризан Ракибович

МАРЯШЕВ Алексей Васильевич

ХЛЕБНИКОВ Валерий Алексеевич

ТЕПЛОМАССООБМЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

ПРЕДПРИЯТИЙ

Учебное пособие


Редактор

Компьютерный набор А. И. Шалаев, Я. О. Мотченко

Компьютерная верстка

Подписано в печать. Формат 60х84 1/16.

Бумага офсетная. Печать офсетная.

Усл. печ. л. 6,6. Уч-изд. л. 5,2. Тираж

Заказ №. С - .

Марийский государственный технический университет

424000 Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3

Редакционно-издательский центр

Марийского государственного технического университета

424006 Йошкар-Ола, ул. Панфилова, 17


w1

p1

w2

p2


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

40195. Особенности финансов коммерческих организаций различных форм собственности 34.5 KB
  Акция вид ценных бумаг свидетельствующий о внесении определенных средств в состав имущества акционерного общества и подтверждающий право собственности на долю в уставном капитале. Акция дает ее собственнику право на получение части прибыли дивиденда от деятельности акционерного общества и как правило на участие в его управлении. Акционерные общества могут быть открытого и закрытого типов. Разница между ними состоит в том что акционерные общества закрытого типа могут создавать ограниченное количество акционеров а количество и состав...
40196. Особенности коммерческих организаций, осуществляющих финансово-кредитные операции. Особенности коммерческих организаций, занимающихся финансовым посредничеством 55 KB
  Особенности коммерческих организаций осуществляющих финансовокредитные операции. Особенности коммерческих организаций занимающихся финансовым посредничеством Кредитная сфера охватывает часть денежных отношений характеризующуюся самостоятельным движением денег когда деньги меняют владельца Д Д. На этой основе у кредитных организаций возникают следующие группы финансовых отношений: денежные отношения характерные для коммерческих организаций: отношения с потребителями банковских услуг что является основой формирования финансовых...
40197. Особенности финансов некоммерческих организаций 22 KB
  Некоммерческие П. Некоммерческие партнерства 7. Автономные некоммерческие организации 8.
40198. Организация управления финансами корпораций. Организационная структура финансовой службы 62.5 KB
  СТРУКТУРА ФИНАНСОВОЙ СЛУЖБЫ ПРЕДПРИЯТИЯ Общее правило формирования коллектива сотрудников финансовой службы предприятия – высокая квалификация и экономически обоснованная минимизация штата. Поэтому структура финансовой службы предприятия обычно формируется постепенно по мере развития предприятия освоения современных технологий и внедрения современных инструментов финансового менеджмента централизации финансово – экономического управления предприятием и формирования на предприятии высокой корпоративной культуры. Структура финансовой службы...
40199. Понятие и сущность финансовых ресурсов. Охарактеризуйте основные подходы к формированию понятия финансовые ресурсы 41.5 KB
  Прибыль – это часть чистого дохода созданного в процессе производства и реализованного в сфере обращения которую непосредственно получает предприятие. Прибыль убыток отчетного периода складывается из: прибыли от реализации товаров; прибыли от реализации имущества и прочих активов; прибыли от финансовых операций; внереализационной прибыли. Прибыль от реализации товаров представляет собой разность выручки от реализации за вычетом НДС акцизов экспортных пошлин налога на реализацию ГСМ процентных надбавок к розничным ценам на...
40200. Подходы к трактовке определения капитала. Учетно-аналитический подход к трактовке понятия капитала 32.5 KB
  Подходы к трактовке определения капитала. Учетноаналитический подход к трактовке понятия капитала. Капитал – это стоимость которая имеет рыночную цену и спрос это реализуемая стоимость. Капитал имеет три формы движения: предпринимательскую прямые капиталовложения в производство и портфельные инвестиции т.
40201. Экономическая сущность капитала. Принципы его формирования 35.5 KB
  Экономическая сущность капитала. Рассматривая экономическую сущность капитала предприятия отметим следующие его главные черты: основной фактор производство; источник формирования благосостояния собственников; капитал предприятия является измерителем его рыночной стоимости. Вместе с тем объем используемого предприятием собственного капитала характеризует одновременно и потенциал привлечения им заемных средств; Динамика капитала предприятия является важнейшим показателем уровня эффективности его хозяйственной деятельности то есть за...
40202. Собственный капитал и его основные элементы. Расчет чистых активов 36.5 KB
  Расчет чистых активов Собственный капитал – общая стоимость средств пря принадлежащих ему на праве собственности. Для определения стоимости собственного капитала используется показатель стоимость чистых активов пря Ча=АрПр где где р принимаемые к расчету Аактивы Ппассивы Ча пря рассчитывается ежеквартально. Под стоимостью чистых активов акционерного общества понимается величина определяемая путем вычитания из суммы активов акционерного общества принимаемых к расчету суммы его пассивов принимаемых к расчету. Порядок расчета...
40203. Заемный капитал и его источники формирования 26 KB
  Краткосрочные Краткосрочные кредиты банков Краткосрочные займы Кредиторская задолженность По источникам привлечения: 1. Из внутренних источников кредиторская задолженность Цели привлечения: 1 – инвестиционные цели создание запасов; 2 – обеспечение непрерывности производственного процесса потребности пря в ресурсах. Кредиторская задолженность Задолженность поставщикам подрядчикам за выполненные работы поступившие ценности Начисленная но не выплаченная з...