Меню

Холодильные машины в системах кондиционирования воздуха



ХОЛОДИЛЬНЫЕ МАШИНЫ И УСТАНОВКИ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА

Пигарев В.Е., Архипов П.Е. /Под редакцией В.Е. Пигарева. Холодильные машины и установки кондиционирования воздуха: Учебник для техникумов и колледжей железнодорожного транспорта. — М.: Маршрут, 2003. — 424 с.

Рассмотрены теоретические основы холодильных машин и установок кондиционирования воздуха подвижного состава, принципы выбора и расчёта их элементов, особенности конструкции, эксплуатации и технического обслуживания холодильного оборудования, а также его техническая диагностика и методы испытания. Учебник написан в соответствии с государственными требованиями к обязательному минимуму содержания и уровню подготовки выпускников техникумов и колледжей железнодорожного транспорта по программе дисциплины «Холодильные машины и установки кондиционирования воздуха», специальности 1707 Техническая эксплуатация подвижного состава железных дорог, специализации 1707.03 Установки и электрические аппараты вагонов. Предназначен для студентов техникумов и колледжей железнодорожного транспорта; может быть также использован персоналом вагонного хозяйства, связанным с эксплуатацией и ремонтом подвижного состава.

ВВЕДЕНИЕ

Холодильная техника — высокоразвитая отрасль промышленности, способная удовлетворять самые разнообразные требования, возникающие в связи с необходимостью отводить теплоту от различных объектов.
Холодильная машина — это замкнутая система из аппаратов и устройств, предназначенных для осуществления холодильного цикла. Используют холодильные машины для охлаждения разнообразной продукции ниже температуры окружающей среды и для непрерывного поддержания заданной температуры в течение необходимого времени.
Холодильная установка включает в себя холодильную машину, приборы автоматики, трубопроводы и сооружения, необходимые для проведения технологических процессов.
В 1834 г. была изобретена компрессионная холодильная машина. Искусственное охлаждение начали применять при заготовке, обработке и транспортировке скоропортящихся продуктов. Первая установка для замораживания мяса была построена в Австралии в 1861 г. Такое мясо впервые было перевезено в 1876 г. на судне-рефрижераторе с машинным охлаждением. Изотермические вагоны с ледяным охлаждением начали эксплуатировать в США с 1858 г. Первую холодильную машину в России применили в 1888 г. на рыбных промыслах в Астрахани. В настоящее время практически нет такой отрасли промышленности, где бы не применялся искусственный холод.
Холодильное хозяйство страны носит комплексный характер и представляет собой единую холодильную цепь, охватывающую все последовательные звенья производства, хранения, транспортировки и реализации пищевых продуктов.
Железнодорожный хладотранспорт — одно из ведущих звеньев непрерывной холодильной цепи, представляющей собой технологическую систему, обеспечивающую подготовку, хранение и транспортировку скоропортящейся продукции. Перевозка скоропортящихся грузов связана с определёнными температурными режимами, поэтому энергетика рефрижераторного подвижного состава, кроме охлаждения груза в летнее время, предусматривает его обогрев зимой. Основной элемент современного железнодорожного хладотранспорта — рефрижераторный подвижной состав — имеет общую или индивидуальную для каждого вагона энергетическую установку и источник
получения искусственного холода — холодильную машину.
Выбор энергохолодильного оборудования и особенности его конструкции и энергетики рефрижераторного подвижного состава обусловлены спецификой технологии железнодорожного хладотранспорта. Конструктивные особенности оборудования в основном определяются габаритом подвижного состава. Это обстоятельство вызывает высокие удельные тепловые нагрузки рефрижераторных вагонов, что влечет за собой продолжительное время включения машинного оборудования, ужесточая требования к его надежности, а также интенсифицирует процессы усушки груза и потери его массы. Пространственная ограниченность вагона создает трудности и в размещении и обслуживании машинного оборудования. Конструктивные особенности, вытекающие из ограниченности габаритов и особенности геометрии вагонов, обостряют требования по поддержанию допустимых температурных градиентов по объему перевозимого груза.
Для выполнения своей основной задачи железнодорожный хладотранспорт располагает: специальным подвижным составом, пунктами экипировки вагонов и их обслуживания, снабжения хладоносителем, специализированными депо, пунктами санитарной обработки вагонов, другими стационарными и передвижными устройствами. В соответствии с Соглашением о международных перевозках скоропортящихся пищевых продуктов и транспортных средствах доставки, предназначенных для этих перевозок, разработанным Европейской экономической комиссией ООН (ЕЭК ООН), весь подвижной состав хладотранспорта подразделяют на:

  • вагоны-термосы, кузов которых образуют: теплоизоляционные стены, крыша, пол и двери, позволяющие ограничить теплообмен между внутренней и наружной поверхностями грузового помещения;
  • вагоны-ледники, имеющие источник естественного холода с готовым холодоносителем (сухой лед, жидкий азот, эвтектические плиты и т.п.); в ряде конструкций подвижного состава подобного типа предусматривают системы автоматического регулирования подачи холодоносителя, обеспечивающие режим поддержания заданной температуры;
  • рефрижераторный подвижной состав — 5-вагонные секции и автономные вагоны, имеющие общую или индивидуальную для каждого вагона энергетическую установку и источник получения искусственного холода — холодильную машину;
  • отапливаемые вагоны, оснащенные установками, позволяющими обеспечить и автоматически поддержать заданный температурный режим обогрева грузового помещения.

В настоящее время находят применение изотермические контейнеры, охлаждаемые навесными или встроенными холодильно-отопительными агрегатами. Их масса брутто колеблется от 5 до 30 т. Более широкая градация изотермических контейнеров предусмотрена международным стандартом (масса брутто 30, 25, 20, 10, 7,5 т).
Высота и ширина всех стандартизированных контейнеров 2438 мм. На контейнеры, используемые для перевозки скоропортящихся грузов в международном сообщении, распространяются также таможенные предписания, морской регистр, требования бюро стандартов и др. Крупнотоннажные контейнеры, специализированные для перевозки пищевых продуктов, классифицированы по наличию источников холода, типу применяемой системы охлаждения или отопления. В соответствии с международными требованиями контейнеры проектируют для эксплуатации при наружных температурах от +45 до –45 °C. Системы охлаждения (отопления) должны сохранять работоспособность при наружных температурах от +55 до –50 °C и атмосферном давлении от 86,5 до 167 кПа.
К номинальным (расчетным) условиям при проектировании изотермических контейнеров отнесены: температура грузового помещения –20 °C при температуре наружного воздуха +45 °C для рефрижераторных контейнеров и +16 и –40 °C соответственно для отапливаемых контейнеров.
Характерная особенность таких контейнеров состоит в том, что они унифицированы по внешним и присоединительным параметрам с большегрузными контейнерами общего назначения. Холодоснабжение большегрузных изотермических контейнеров может осуществляться от машинной холодильной установки, установки с жидким азотом или сухим льдом. Машинным охлаждением оснащено около 90 % парка изотермических контейнеров. Важнейшие преимущества такого охлаждения: универсальность, автономность и экономичность; недостатки — сложность изготовления, низкая надежность.
Относительная простота, высокая надежность, возможность быстрого понижения температуры груза и воздуха в грузовом помещении, незначительная естественная убыль — отличительные особенности жидкоазотной и сухоледной систем охлаждения контейнеров. Внутренний объём контейнеров многих зарубежных фирм массой брутто 20 т составляет 0,75 наружного. Объем грузового помещения 23—26 м3.
Перевозят такие контейнеры на специальном подвижном составе, платформах-автомобилях, судах-контейнеровозах. В портах обрабатывают крупнотоннажные контейнеры на специально выделенных и технически оснащённых причалах-терминалах. Для дорог страны разработана техническая документация на рефрижераторный контейнер массой брутто 20 т; изготовлены и испытаны опытные образцы контейнеров с машинной и азотной системами охлаждения. Отечественные контейнеры типа СК-5 соответствуют типоразмерам международного стандарта, имеют надежную теплоизоляцию. В их конструкции широко использованы алюминий, его сплавы и стеклопластик. Температура, влажность, чистота и другие параметры воздуха, если они отвечают нормам, способствуют хорошему самочувствию людей и успешному выполнению многих производственных процессов. Для придания воздуху определенных свойств применяется кондиционирование.
Термин «кондиционирование» воздуха образован от слова «кондиция» и в широком смысле этого слова означает обработку воздуха. Необходимость применения кондиционирования воздуха в пассажирских вагонах обусловлена их низкой теплоустойчивостью, малым объемом помещения, приходящимся на одного пассажира, а также быстрым передвижением вагонов, вследствие чего они попадают в различные климатические зоны и разные погодные условия. В более узком и распространенном смысле кондиционирование воздуха — это подготовка и поддержание заданных параметров воздуха независимо от изменения климатических и погодных условий именно в бытовых помещениях, к которым относят и пассажирские вагоны.
В качестве источника искусственного холода в современном подвижном составе используют установки машинного охлаждения с хладоновыми компрессорами. Несмотря на конструктивное совершенство, энергетическую эффективность и хорошие эксплуатационные показатели хладоновых холодильных машин, идет интенсивный поиск новых решений в области холодильной техники для установок подвижного состава, включающий разработку и использование более эффективных и экологически чистых хладагентов, а также создание машин принципиально новых типов.
Важная задача совершенствования технологии хладотранспорта — это разработка единой автоматизированной системы управления перевозками скоропортящихся грузов различными видами транспорта.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН
1.1. Физические принципы получения низких температур
1.2. Основные параметры и единицы их измерения
1.3. Первый и второй законы термодинамики
1.4. Агрегатное состояние вещества
1.5. Обратный цикл Карно
1.6. Классификация и теплотехнические основы работы холодильных машин
1.7. Рабочий процесс паровой компрессорной холодильной машины
1.8 Рабочий процесс и основные параметры поршневого компрессора
1.9. Холодопроизводительность компрессора и установки
1.10. Мощность компрессора и энергетические коэффициенты
1.11. Рабочие процессы паровых двухступенчатых компрессионных холодильных машин
1.12. Холодильные агенты и холодоносители
1.12.1 Холодильные агенты
1.12.2 Теплоносители
ГЛАВА 2. КОНСТРУКЦИЯ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН
2.1. Компрессоры холодильных машин
2.1.1. Классификация поршневых компрессоров
2.1.2. Конструкция компрессоров
2.1.3. Винтовые и роторные холодильные компрессоры
2.2. Устройство поршневых хладоновых компрессоров
2.2.1 Компрессор 2H2-56/7,5-105/7
2.2.2. Автоматический запорный вентиль
2.2.3. Компрессор 2ФУУБС18
2.2.4. Компрессор типа V
2.2.5. Повышение надежности и экономичности компрессоров
2.2.6. Характерные неисправности и требования безопасности при обслуживании компрессоров
2.3. Теплообменные и вспомогательные аппараты
2.3.1. Назначение теплообменников холодильных установок
2.3.2. Классификация и устройство конденсаторов
2.3.3. Теплопередача в конденсаторах и тепловой расчет
2.3.4. Классификация испарителей
2.3.5. Теплопередача в испарителях и воздухоохладителях
2.3.6. Конструкция испарителей подвижного состава
2.3.7. Характерные неисправности теплообменных аппаратов
2.3.8. Расчет испарителей
2.3.9. Вспомогательные аппараты
ГЛАВА 3. РЕГУЛИРОВАНИЕ. АВТОМАТИЗАЦИЯ РАБОТЫ. ЗАЩИТА ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН И УСТАНОВОК
КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА
3.1. Принципы автоматизации холодильных установок
3.2. Основные понятия об автоматическом регулировании
3.3. Классификация и основные элементы приборов автоматики
3.4. Регуляторы заполнения испарителя хладагентом
3.5. Терморегулирующие вентили
3.6. Приборы регулирования давления
3.7. Приборы регулирования температуры
3.8. Исполнительные механизмы
ГЛАВА 4. ХОЛОДИЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ПАССАЖИРСКИХ ВАГОНОВ
4.1. Установка кондиционирования воздуха MAB-II
4.2 Установка кондиционирования воздуха УКВ-31
4.3. Шкафы-холодильники вагонов-ресторанов и охладители питьевой воды
4.3.1. Шкафы-холодильники
4.3.2 Водоохладители
ГЛАВА 5. ХЛАДОНОВЫЕ УСТАНОВКИ РЕФРИЖЕРАТОРНОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
5.1. Основные характеристики хладоновых холодильных установок
5.2. Холодильные установки секции ZB-5 и АРВ
5.2.1. Холодильно-нагревательный агрегат FAL-056/7
5.3 Холодильные установки секций 5-БМЗ
5.4. Холодильная установка вагона для перевозки живой рыбы
ГЛАВА 6. ЖИДКОАЗОТНАЯ СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ (ЖАСО) ГРУЗОВ
6.1. Зарубежные разработки
6.2. Отечественные разработки ЖАСО
для железнодорожного транспорта
6.2.1. Крупнотоннажный рефрижераторный контейнер с азотной
системой охлаждения
6.2.2. Система охлаждения в АЖВ
6.2.3. Макетный образец АЖВ
ГЛАВА 7. ЭКСПЛУАТАЦИЯ И ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ ХЛАДОНОВЫХ ХОЛОДИЛЬНЫХ УСТАНОВОК И УСТАНОВОК КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА
7.1. Эксплуатация и техническое обслуживание холодильного
оборудования рефрижераторного подвижного состава
7.1.1. Холодильно-нагревательные установки ВР-1М
7.1.2 Холодильно-нагревательная установка FAL-056/7
7.1.3. Установка кондиционирования воздуха МАВ-II
7.1.4. Установка кондиционирования воздуха УКВ-31
7.1.5. Шкафы-холодильники
7.1.6. Охладитель питьевой воды TWK-10-3
7.2. Техническая диагностика холодильных установок
7.3. Техника безопасности при обслуживании ремонте и испытаниях холодильных установок
7.3.1. Общие положения
7.3.2. Правила техники безопасности
ГЛАВА 8. СИСТЕМА ОТОПЛЕНИЯ И ВОДОСНАБЖЕНИЯ РЕФРИЖЕРАТОРНОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА И ПАССАЖИРСКИХ ВАГОНОВ
8.1. Система вентиляции рефрижераторного подвижного состава
8.1.1. Рефрижераторная пятивагонная секция типа ZB-5
8.1.2. Рефрижераторная пятивагонная секция типа БМЗ
8.2. Вентиляция воздуха в пассажирских вагонах
8.2.1. Особенности системы вентиляции с рециркуляцией воздуха
8.2.2. Основы расчета и выбора параметров системы вентиляции
8.3. Система отопления РПС и пассажирских вагонов
8.3.1. Рефрижераторная пятивагонная секция типа ZB-5
8.3.2. Рефрижераторная пятивагонная секция типа БМЗ
8.3.3. Система отопления купейного и некупейного вагонов постройки Тверского вагоностроительного завода (ТВЗ)
8.3.4. Система отопления купейного вагона постройки Германии
8.4. Системы водоснабжения РПС и пассажирских вагонов
8.4.1. Рефрижераторная пятивагонная секция типа ZB-5
8.4.2. Рефрижераторная пятивагонная секция типа БМЗ
8.4.3. Водоснабжение пассажирских вагонов
8.4.4. Система водоснабжения купейного вагона модели 61-4179 постройки ТВЗ
ЛИТЕРАТУРА

Источник

Холодильные машины и установки. Устройство, виды, принцип действия холодильных машин.

1. Общие сведения о холодильных машинах

Холодильные машины и установки предназначены для искусственного снижения и поддержания пониженной температуры ниже температуры окружающей среды от 10 °С и до -153 °С в заданном охлаждаемом объекте. Машины и установки для создания более низких температур называются криогенными. Отвод и перенос теплоты осуществляется за счет потребляемой при этом энергии. Холодильная установка выполняется по проекту в зависимости от проектного задания, определяющего охлаждаемый объект, необходимого интервала температур охлаждения, источников энергии и видов охлаждающей среды (жидкая или газообразная).

Холодильная установка может состоять из одной или нескольких холодильных машин, укомплектованных вспомогательным оборудованием: системой энерго- и водоснабжения, контрольно-измерительными приборами, приборами регулирования и управления, а также системой теплообмена с охлаждаемым объектом. Холодильная установка может быть установлена в помещении, на открытом воздухе, на транспорте и в разных устройствах, в которых надо поддерживать заданную пониженную температуру и удалять излишнюю влагу воздуха.

Система теплообмена с охлаждаемым объектом может быть с непосредственным охлаждением холодильным агентом, по замкнутой системе, по разомкнутой, как при охлаждении сухим льдом, или воздухом в воздушной холодильной машине. Замкнутая система может также быть с промежуточным хладагентом, который переносит холод от холодильной установки к охлаждаемому объекту.

Началом развития холодильного машиностроения в широких размерах можно считать создание Карлом Линде в 1874 году первой аммиачной паро-компрессорной холодильной машины. С тех пор появилось много разновидностей холодильных машин, которые можно сгруппировать по принципу работы следующим образом: паро-компрессионнные, упрощенно называемые компрессорные, обычно с электроприводом; теплоиспользующие холодильные машины: абсорбционные холодильные машины и пароэжекторные; воздушно-расширительные, которые при температуре ниже -90 °С экономичнее компрессорных, и термоэлектрические, которые встраиваются в приборы.

Каждая разновидность холодильных установок и машин имеет свои особенности, по которым выбирается их область применения. В настоящее время холодильные машины и установки применяются во многих областях народного хозяйства и в быту.

2. Термодинамические циклы холодильных установок

Перенос теплоты от менее нагретого к более нагретому источнику становится возможным в случае организации какого-либо компенсирующего процесса. В связи с этим циклы холодильных установок всегда реализуются в результате затрат энергии.

Чтобы отводимая от «холодного» источника теплота могла быть отдана «горячему» источнику (обычно — окружающему воздуху), необходимо поднять температуру рабочего тела выше температуры окружающей среды. Это достигается быстрым (адиабатным) сжатием рабочего тела с затратой работы или подводом к нему теплоты извне.

В обратных циклах количество отводимой от рабочего тела теплоты всегда больше количества подводимой теплоты, а суммарная работа сжатия больше суммарной работы расширения. Благодаря этому установки, работающие по подобным циклам, являются потребителями энергии. Такие идеальные термодинамические циклы холодильных установок уже рассмотрены выше в пункте 10 темы 3. Холодильные установки различаются применяемым рабочим телом и принципом действия. Передача теплоты от «холодного» источника «горячему» может осуществляться за счет затраты работы или же затрат теплоты.

2.1. Воздушные холодильные установки

В воздушных холодильных установках в качестве рабочего тела используется воздух, а передача теплоты от «холодного» источника «горячему» осуществляется за счет затраты механической энергии. Необходимое для охлаждения холодильной камеры понижение температуры воздуха достигается в этих установках в результате быстрого его расширения, при котором время на теплообмен ограничено, и работа в основном совершается за счет внутренней энергии, в связи, с чем температура рабочего тела падает. Схема воздушной холодильной установки показана на рис 7.14

Рис. 14. Схема воздушной холодильной установки: ХК — холодильная камера; К — компрессор; ТО — теплообменник; Д — расширительный цилиндр (детандер)

Температура воздуха, поступающего из холодильной камеры ХК в цилиндр компрессора К, поднимается в результате адиабатного сжатия (процесс 1 — 2) выше температуры Т3 окружающей среды. При протекании воздуха по трубкам теплообменника ТО его температура при неизменном давлении понижается — теоретически до температуры окружающей среды Тз. При этом воздух отдает в окружающую среду теплоту q (Дж/кг). В результате удельный объем воздуха достигает минимального значения v3, и воздух перетекает в цилиндр расширительного цилиндра — детандера Д. В детандере, вследствие адиабатного расширения (процесс 3-4) с совершением полезной работы, эквивалентной затемненной площади 3-5-6-4-3, температура воздуха опускается ниже температуры охлаждаемых в холодильной камере предметов. Охлажденный подобным образом воздух поступает в холодильную камеру. В результате теплообмена с охлаждаемыми предметами температура воздуха при постоянном давлении (изобара 4-1) повышается до своего исходного значения (точка 1). При этом от охлаждаемых предметов к воздуху подводится теплота q2 (Дж/кг). Величина q 2, называемая хладопроизводительностью, представляет собой количество теплоты, получаемой 1 кг рабочего тела от охлаждаемых предметов.

2.2. Парокомпрессорные холодильные установки

В парокомпрессорных холодильных установках (ПКХУ) в качестве рабочего тела применяют легкокипящие жидкости (табл. 1), что позволяет реализовать процессы подвода и отвода теплоты по изотермам. Для этого используются процессы кипения и конденсации рабочего тела (хладагента) при постоянных значениях давлений.

Физические параметры хладагентов

Температура кипения tкип при давлении р = 0,1 МПа, °С

Критическая температура, °С

Температура замерзания, tзам, °С

Скрытая теплота парообразования при tкип, кДж/кг

Источник

Читайте также:  Установить кондиционер в автомобиль в пензе

Вентилиция и кондиционирование © 2021
Внимание! Информация, опубликованная на сайте, носит исключительно ознакомительный характер и не является рекомендацией к применению.