Конспект лекцій з предмету Холодильні машини та установки кондиціонування повітря

МІНІСТЕРСТВО ТРАНСПОРТУ ТА ЗВ’ЯЗКУ УКРАЇНИ

 

Київський технікум залізничного транспорту

 

ЗАТВЕРДЖУЮ:

Заступник директора

з навчальної роботи

________ С.В. Миленька

“____” ________ 2010 р.

 

САМОСТІЙНА РОБОТА

 

Конспект лекцій

з предмету “Холодильні машини та установки кондиціонування повітря ”

для спеціальності № 5.07010502 “Технічне обслуговування і ремонт вагонів”

 

 

Розглянуто на засіданні Розробила:

циклової комісії технікуму викладач

Протокол № 7

Лютого 2010 р.

Голова циклової комісії _______ Т.В. Гаврильченко

_______А.С. Терехов 25 січня 2010 р.

 

 

Самостійна робота № 1.

Основні визначення та одиниці вимірювання фізичних величин.

1. Температура– це властивість речовини та міра зміни рівня теплової дії на тіло. Теплова інтенсивність – це признак середньої молекулярної швидкості речовини. Іншими словами , температура – це показник інтенсивності коливань молекул речовини. Температура використовується для показу напрямку, в якому теплота передається від тіла до тіла. Теплота передається від більш теплого тіла до того, у якого температура нижча. Дана передача енергії виконується без використання внутрішньої роботи.

Існує дві абсолютні температурних шкали, які відповідають шкалам Цельсія і Фаренгейта. Абсолютна температурна шкала системи ІР – шкала Ренкіна (R), а в СІ абсолютну температурну шкалу називають шкалою Кельвіна (К).

R = 0 F + 459,670; 0 F = R – 459,670.

В холодильній техніці температуру вимірюють по термодинамічній шкалі Т в градусах Кельвіна (К) або по практичній температурній шкалі t в градусах Цельсія (⁰ С).

Т= t + 273,15; t= Т-273.15.

Температура вимірюється різними приладами:

- Рідинними та газовими термометрами, в яких виконується зміна об’єму рідини або газу;

- Манометричними термометрами, в яких змінюється тиск газу в замкненій системі;

- Термометрами опору, в яких виконується зміна електричного опору провідника (датчика) в залежності від температури;

- Термоелектричні пірометри (термопари), в яких два провідника з різних матеріалів утворюють замкнений ланцюг і мають два спаї; в ланцюзі виникає електрорушійна сила, пропорційна різниці температур спаїв.

Температуру, при якій рідина переходить з рідинної фази в газоподібну або навпаки, називають температурою насичення. Наприклад, води випаровується при 100 ⁰С.

2. Тиск– сила (F), що діє на одиницю поверхні перпендикулярно до неї . Основною одиницею вимірювання тиску є паскаль (Па), - сила в 1 ньютон (Н), що приходиться на 1 м² площі.

Р = F / S = Н/ м2 = Па. (кПа); (МПа).

Тиск вимірюють рідинними або пружинними манометрами. Манометри, що показують розрідження, або вакуум, називають вакуумметрами. Тиск по манометру називають збитковим, або манометричним Р _ман, на відміну від абсолютного Р, що враховує тиск атмосферного повітря Р _бар. Атмосферний тиск складає 0,1 МПа:

Р = Р ман + Р бар .

3. Маса ( m ) –це вимірювання речовини, яке визначає його опір при русі. Масу тіла виміряють силою, яку необхідно прикласти для вимірювання його швидкості або напрямку. Опір тіла, який протистоїть зміні його руху, називають інерцією.

В системі СІ масу виміряють в кілограмах (кг).

Масу тіла також вимірюють силою тяжіння. Цю силу називають вагою тіло. Вага (W) – це сила, яка діє на масу внаслідок сили тяжіння. Вага математично дорівнює масі тіла, що помножена на гравітаційну постійну (q_c).

W = m * qc = кг*9, 81 м/с2 = ньютони.

4. Об’єм (V)речовини – цекількість тримірного простору, який вона займає. Об’єм виражається в трьох вимірах: довжині, ширині, висоті.

Питомий об’єм речовини виражає об’єм, який займає одна одиниця маси тіла. Питомий об’єм – обернене відношення густини. В системі СІ одиниця питомого об’єму :

U = V / m = m3 / кг.

5. Густина –це величина, що чисельно дорівнює масі одиниці його об’єму:

Р = m / V = кг / м3.

Відносна густина –це відношення його густини до густини якого-небудь стандартної речовини. Стандартна речовина – це речовина, при температурі та тиску, що використовуються як еталон, від якого виконуються решта порівнювальних вимірів. Якщо необхідно визначити відносну густину рідини, зазвичай використовують стандарт чистої води при 15,6 ⁰ С; при таких же умовах густина води складає 1000 кг/м³.

D р = ρ р / р в = р р / 1000 кг/м3.

Де d _р – відносна густина рідини4

ρ _р –густина рідини;

ρ_в – густина води.

6. Теплота –енергетична характеристика процесу теплообміну, що вимірюється кількістю енергії, яка передається від одного тіла до іншого і передається трьома способами: теплопровідністю, конвекцією, променевим теплообміном.

Теплопровідністю називається процес розповсюдження тепла в тілі внаслідок теплового руху його молекул. Швидкість руху молекул при підвищенні температури зростає, збільшується число ударів з сусідніми молекулами. В твердих тілах теплопровідність - єдиний спосіб розповсюдження тепла.

Конвекцією називається процес передачі тепла в рідині або газі внаслідок теплопровідності і безпосереднього переміщення їх частинок з однієї частини об’єму в іншу. Конвекційне перенесення тепла спостерігається в рідинах, що рухаються, газах, сипучих тілах.

Променевим теплообміном називають процес передачі тепла від одного тіла до іншого тепловими променями через проміжне прозоре для теплового випромінювання середовище. В тілі, що випромінюється, променева енергія знову трансформується в енергію теплового руху молекул (атомів).

Універсальною одиницею вимірювання роботи, любого виду енергії , а також кількості теплоти в системі СІ є джоуль (Дж), що представляє собою роботу сили в 1 Н на шляху в 1 м при спів паданні напрямків сили і переміщення точки її прикладання.

Тепловіддачею називають процес теплообміну між твердою стінкою (тілом) і рідинним (газоподібним) середовищем, що по ній протікає.

Теплопередачею називають процес теплообміну між двома середовищами, що розділені деякою перегородкою.

7. Питома теплоємкість (с) – це властивість, яка вказує на кількість енергії, що необхідна для вимірювання температури однієї одиниці маси речовини на один градус.

С= ( (Q2 – Q1) / (T2 – T1) ) * 1 / m; ( (кДж / (кг * К) ).

 

Самостійна робота № 2.

Теоретичні основи машинного охолодження.

Льодяне та льодосоляне охолодження основане на таненні льоду (льодосоляної суміші) і розчиненні повареної солі. Цей спосіб простий і надійний, але… Сухо льодяне охолодження основане на переході вуглекислого газу з твердого… Охолодження рідкими газами (азотом, повітрям, хладоном, вуглекислим газом, киснем) основане на здатності їх кипіти при…

Самостійна робота № 3.

Термодинамічні основи машинного охолодження.

Перший та другий закони термодинаміки.

Перший закон термодинаміки є частковим вираженням закону збереження та перетворення енергії.

Робота перетворюється в теплоту, і, навпаки, теплота перетворюється в роботу в строго визначених еквівалентних співвідношеннях.

Математично це можна записати :

q=l, Дж.

Принцип еквівалентності теплоти і роботи, встановлений експериментально, відноситься до будь-яких можливих перетворень теплоти в роботу або роботи в теплоту.

Перший закон термодинаміки можна сформулювати так.

Підведена до пари теплота витрачається на змінену внутрішньої енергії та виконання внутрішньої роботи.

де q– підведена теплота, Дж/кг; Δ u – змінювання внутрішньої енергії, Дж/кг; l – робота пари, виконана в процесі підводу теплоти, Дж/кг.

E= Q2/А.

Цей коефіцієнт може бути більшим за 1. Він залежить від різниці температур нагрівача Т₁ і охолоджувача Т₂.

У реальних холодильних машин коефіцієнт e>3.

Другий закон термодинаміки дає якісну залежність – він показує шлях, по якому здійснюється найбільш ефективне, безперервне перетворення в роботу підведеної до робочого тіла теплоти.

Самостійна робота № 6.

Повітряні холодильні машини.

В повітряній холодильній установці повітря з теплообмінника ТО, що встановлений в приміщенні охолодження, всмоктується компресором К і стискається…  

E = q0/l = T1/ (T2-T1) = T4/ (T3-T4).

Процеси підведення і відведення тепла в даному циклі виконуються при наявності певної, хоча і змінної різниці температур між робочим тілом холодильної машини і зовнішнім джерелом тепла. Такі процеси зовнішньо не обернені.

Температура зовнішнього повітря лише в межах (без різниці температур) відповідає точці 3, а в приміщенні охолодження – точці 1, внаслідок чого холодильний коефіцієнт теоретичного циклу повітряної машини буде значно нижчий, ніж в оберненому циклі Карно.

При заданій холодопродуктивності Q₀ (Вт) кількість повітря. Що циркулює в системі складає (кг/год) G = 3,6· Q₀ / q₀.

Теоретична потужність, що витрачається компресором (кВт), Nк = G·l к /3600, де l к – робота,витрачена в компресорі.

Теоретична потужність, що отримана при розширенні в детандері (кВт) , Nд = G·l д /3600, де l д – робота, що здійснюється в розширювачі.

Теоретична потужність, що витрачається в циклів, Nт = Nк - Nд.

В дійсному циклі економічність нижча, ніж в теоретичному. Ефективність повітряних холодильних машинах покращують введенням регенераторів (теплообмінників) в прямих і обернених процесах циклу. Такі турбодетандери з теплообмінниками – регенераторами використовують в авіаційних установках кондиціювання повітря.

Самостійна робота № 7.

Пароежекторні і абсорбційні холодильні машини.

В пароежекторній холодильній установці одночасно здійснюються два цикли : прямий цикл теплового двигуна 1-3-8-10-11 , в якому теплова енергія, що… В пароежекторних машинах в якості холодоагенту зазвичай використовують воду,…

Самостійна робота № 8.

Робота холодильної установки в якості теплового насосу.

Тепловий насос здійснює перенесення тепла від більш холодного тіла, яким є навколишнє атмосферне повітря, до більш теплого – повітрю у вантажному… При зміні напрямку повітря, що подається, конструкція і схема холодильної установки залишаються попередніми, але…

U0 = q / l = (q0+l) / l = E+1.

Перетворення роботи в тепло за допомогою теплового насосу в енергетичному відношенні більш вигідно, ніж пряме безпосереднє перетворення. Це відноситься до передачі тепла при помірних температурах. Розрахунки показують, що холодильні установки, що працюють на бінарних сумішах фреонів, можуть забезпечити в режимі теплового насосу підтримання додатних температур у рефрижераторних вагонах взимку.

 

Самостійна робота № 9.

Термоелектричне охолодження .

Отримання низьких температур за допомогою напівпровідникових матеріалів основа на використанні термоелектричного ефекту, відкритого в 1834 р.… Кількість поглинутого або виділеного тепла в одиницю часу залежить від струму І в ланцюзі і коефіцієнта Пельтьє П,…

Самостійна робота № 4

Принципові схеми і теплові процеси компресійних холодильних машин.

Розглянемо принципову схему ідеальної холодильної машини, яка складається з конденсатора, компресора, розширювального циліндра ( детандера) і…  

Самостійна робота № 5

Розрахунок теоретичного і дійсного циклів холодильної машини.

Основними параметрами холодоагенту є тиск, температура, питомий об’єм, ентальпія та ентропія. На діаграму Т-S(рис.5.1) наносять лінії постійних… На рис. 5.2. теоретичний цикл суміщений з дійсним циклом холодильної машини.…

V=3600*Q0/q0 = 3600* Q0*u1/(i1-i4)=G*u1.

Кількість тепла, віднятого від холодоагенту в конденсаторі Q_к (кВт) визначається годинною масою холодоагенту, що циркулює і різницею ентальпій в точках 2-3:

Qк =G* (і2-і3).

Теоретична робота (кДж), що витрачається компресором на здійснення холодильного циклу, L=G*(i₂-i₁).Теоретична потужністькомпресора(кВт),що необхідна для роботи холодильної машини,

Nт = (G*(i2-i1)) / 860абоNт = G*l / 3600;абоNт= Q0/Е.

Де 860 – тепловий еквівалент 1 кВт*год.

Теплове навантаження (кВт) на конденсатор, або годинна кількість тепла, що відводиться в ньому від холодоагенту,

Qк= Q0+ Nт= Q0 +Q0/Е = Q0/Е *(Е+1).

Теплове навантаження на переохолоджувач:

Qи= (G*(i3-i3”))/3600 = G*qu / 3600.

Для визначення параметрів холодоагенту в циклі простіше використовувати таблиці його насиченої і перегрітої пари – знаходять тиски р₀ і р_к, а також параметри точок, що розташовані на пограничних кривих, - параметри сухої насиченої пари і насиченої рідини по t та t_к;та параметри переохолодженої рідини по температурі t_и (р = р_к ).

По таблицях перегрітої пари знаходять параметри точок 1 і 2, що розташовані в області перегрітої пари. В цій області точки визначаються будь-яким двома параметрами. По тиску і температурі відшукують інші параметри стану( u, і, S) точки 1. параметри точки 2 знаходять по тиску і ентропії. Параметри точки 4 по таблицях не визначають, але так як в процесі 3-4 ентальпія постійна (і₄=і₃), то і₃ знаходять по таблицях насиченої пари.

Теоретичний цикл холодильної машини розраховують при умовах адіабатного стиснення пари холодоагенту в компресорі, відсутності втрат, здійснення процесів кипіння і конденсації при незмінних тисках.

Відхилення дійсного циклу від теоретичного пояснюється наступними причинами:

1) перегрівом пари холодоагенту у випарнику для захисту від потрапляння крапель рідини в компресор;

2) переохолодження холодоагенту в конденсаторі, щоб забезпечити повну його конденсацію і подачу тільки рідини до регулюючого вентиля;

3) падіння тисків холодоагенту в трубчастій системі випарника і конденсатора за рахунок тертя. На здійснення процесу стиснення в компресорі (процес 1”-2”) витрачається більше роботи, ніж в теоретичному циклі без втрат тиску (лінія 1-2);

4) Наявність втрат на тертя та інших втрат в компресорі холодильної машини, внаслідок чого пара холодоагенту стискається не при постійному значенні ентропії процесу.

З-за вказаних причин в дійсному циклі холодильної машини масова холодопродуктивність 1 кг холодоагенту (кДж/кг) з обліком перегріву пари у випарнику і переохолодженні рідини в конденсаторі дорівнює різниці ентальпій в точках 1”і 4”, q_0”=і_1”-і_4”, а у випадку переохолодження – різниці ентальпій в точках 1” і 4, q₀=і_1”-і₄.

Робота, витрачена у цьому випадку в компресорі на кожний 1 кг холодоагенту, визначається: 1=і_2”-і_1”.Графічно ця робота визначається на lq p-і діаграмі проекцією адіабати процесу стиснення 1”-2” на ось абсцис.

 

Самостійна робота № 10.

Теоретичний робочий процес і основні параметри поршневого компресора.

Компресор – це газова машина, яка в якості двигуна не здійснює роботу, а споживає її. Компресор є одним з основних та найбільш відповідальних… Найбільш розповсюджені поршневі холодильні компресори з обернено-поступовим…

G= Q0 / q0.

Об’єм париV(м³/с) , що засмоктується компресором, при її питомому об’ємі u₁(м³/кг), що відповідає стану пари перед всмоктуючим клапаном компресора, знаходять за формулою:

V=G*u₁

При заданій масі або об’ємі пари всмоктування холодопродуктивність компресора (Вт) визначається як:

Q₀= G* q₀= V* q₁/ u₁= V* q_u,

Де q_u –питома об’ємна холодопродуктивність холодоагенту, Дж/м³.

Холодопродуктивність залежить не тільки від маси або об’єму пари засмоктування, але й від їх параметрів. Теоретичною холодопродуктивністю 1 кг холодоагенту називають різницю між ентальпіями холодоагенту рідкого перед дроселю вальним вентилем і випаруваного у відповідності з теоретичним циклом.

Самостійна робота № 11.

Тепловий розрахунок одноступеневої холодильної машини та підбір компресора.

Можливості використання одноступеневих компресорів обмежуються температурою нагнітання (температурою холодоагенту в кінці стиснення)), яка не… По заданому температурному режиму, діаграмі Т-S або lq p-і будують цикл і… 1) Визначають питому холодопродуктивність (кДж/кг) холодоагенту q0=і1-і4.

Nт = (G*(i2-i1)).

7) Знаходять дійсну (індикаторну) потужність компресора (кВт): N_i=N_т / .Індикаторний к.к.д знаходять по графіках (рис. ІІ.22) або приймають в межах 0,62-0,80 .

8) Підраховують ефективну потужність на валу компресора (кВт): N_е=N_і / _мех.

По ефективній потужності визначають потужність електродвигуна.

N_ел = (1,08--1,15) N_е / _{п ел}. При підборі електродвигуна потужність підраховують в режимі максимального навантаження і приймають 10-15% запас.

9) Визначають теплове навантаження в конденсатор, - тепловий потік в ньому , (кВт):

а) теоретичний по різниці ентальпій в циклі з обліком переохолодження в конденсаторі Q_k=G*(i₂-i₃),і без врахування переохолодження Q_k=G*(i₂-i₃^”);

б) дійсний з обліком втрат в процесі стиснення Q_к= Q₀+ N_і.

10) Визначають теоретичний холодильний коефіцієнт, або питому холодопродуктивність

Ет= Q0/ Nт, а також електричний холодильний коефіцієнт Ее= Q0/ Nел.

Одноступеневий компресор можна підібрати по стандартній холодопродуктивності, яка є в технічній документації або по графіку залежності холодопродуктивності від температури кипіння (рис. ІІ.23).

 

 

Самостійна робота № 12.

Багатоступеневе стиснення та схеми холодильних машини з повним проміжним охолодженням.

Багатоступеневими називаються машини, що працюють при двох або більше тисках всмоктування. При необхідності підтримання значно низьких температур це призводить до… Температура в кінці стиснення не повинна перевищувати –125 0С.

Самостійна робота № 13.

Властивості і характеристики холодоагентів.

Холодильний агент (холодоагент) – це робоча речовина холодильної машини, яка здійснює в ній обернений круговий процес. В цьому процесі тепло від… К термодинамічним властивостям холодоагентів відносяться: температура кипіння… Тиск у випарнику при робочих температурах кипіння холодоагенту бажано мати вище атмосферного, щоб запобігти вакууму (…

Аміак (NH3 ) – безкольоровий, з різким запахом газ має ряд термодинамічних і технічних переваг, але вибухонебезпечний і ядовитий. Робочий тиск в конденсаторі аміачної машини не перевищує 1,4 МПа. У випарнику тиск нижче атмосферного отримується тільки при температурі нижче –33,35 0 С.

Має велику об’ємну холодопродуктивність, слабо розчиняється в мінеральному маслі, інтенсивно поглинається водою, що виключає утворення льодовнях пробок в системі; в присутності вологи руйнує мідь та її сплави, на чорні металі не діє. Витікання аміаку через нещільності виявляються по запаху.

При вдиханні повітря з аміаком подразнюється слизова оболонка горла і очей. Максимально допустима концентрація аміаку у повітрі при коротко строковому перебуванні людини 0,35 мг/л. Аміак може горіти. Вибухонебезпечний в діапазоні концентрації у повітрі – від 16 до 28,8 % (по об’єму) при наявності відкритого плам’я. Газоподібний аміак легше повітря, рідкий є провідником електричного струму.

Хладон -12 ( R -12) безсольовий газ в 4 рази важче повітря, об’ємна холодопродуктивність q_u = 1275 кДж/ м³

Температура кипіння при атмосферному тиску То = - 9,8 ⁰ С. Температура замерзання

– 155 ⁰ С, критична температура + 112 ⁰ С.

Хладон-12 добре розчиняється в мастилі, але погано розчиняється у воді. Густина пари хладону 12 у 5 разів більше густини аміаку, що веде до втрат тиску при русі по трубопроводах та апаратах. Для зменшення втрат понижують швидкість руху пари та збільшують діаметри трубопроводів. При відсутності вологи інертний до всіх конструкційних матеріалів за виключенням гуми. Дуже текучий, здатний проникати через мікроструктуру чавунів, змиває окалину з чорних металів та інертний до кольорових металів. Негорючий, не вибухонебезпечний, не струмопровідний. Являється безпечним холодоагентом, але при зберігання в повітрі більше 30% по всьому об’єму можливе отруєння з-за недостатності кисню.

При нормальних умовах стабільна речовина, але при температур вище 400 ⁰ С в присутності відкритого полум’я розчиняється з утворенням токсичної речовини – фосген. Можливо допустима концентрація 300 мг в повітрі. Має велику вартість.

Фреон -22 – безкольоровий газ. По термодинамічним властивостям близький до аміаку. Володіє великою холодопродуктивністю 2044, 7 кДж/ м³. Нормальна температура кипіння при атмосферному тиску – 40,8 ⁰ С . Фреон негорючий і невибуховий, але більш отруйний ніж хладон-12. Текучий, легко проникає через нещільності, але погано розчиняє воду, добре розчиняється у мастилі.

При відсутності вологи нейтральний до металів. При температурі вище 547 ⁰ С починає розкладатися. Коефіцієнт тепловіддачі фреону-22 на 25-30% вище ніж у хладону-12. При високих температурах конденсації фреон-22 має значно більший тиск ніж хладон-12 з-за чого утримується його застосування на РРС. Використовується в установках кондиціювання повітря і низько температурних машинах і має високу вартість.

Транспортування холодоагентів здійснюється з дотриманням особливих правил безпеки: хладон перевозиться в цистернах по узгодженню з замовником. Холодоагенти транспортують також у балонах, бочках, контейнерах, розрахованих на збитковий тиск не менше 1,2 МПа. Балони наповнені холодоагентами представляють небезпеку як резервуари, що знаходяться під збитковим тиском. Балони бувають ємність від 5 до 50 л. Запірні вентилі балонів повинні мати праву різьбу на бічному штуцері. На корпусі балона не повинно бути раковин, свищів. Внутрішня поверхня балонів повинна бути очищеною від бруду, іржі, просушена та огляне на при освітленні її електролампою. На корпус балону наносять написи:

1. порядковий номер балона.

2. масу тари з арматурою з точністю до 0,2 кг.

3. Рік виготовлення.

4. Дату освідоцтвування.

5. Ємність в літрах.

6. Робочий тиск в МПа.

7. Тиск пробного, гідравлічного випробування.

Балони для хладону -12 та фреону-22 фарбуються в сріблястий колір, напис хладон-12 наносять чорною або червоною фарбою. Балони, які знаходяться в експлуатації передають перевірці та свідоцтву: 1- огляд поверхні, 2- перевірка маси та об’єму , 3- гідравлічне випробування. Засвідчення проводять через 5 років.

Балони з холодоагентами зберігаються на складах підземного типу. Склади ізольовані від житлових приміщень. Гарантійний термін зберігання хладону-12 – 1 рік. Не можна допускати нагрівання балонів будь-яким джерелом тепла.

 

 

Самостійна робота № 14.

Вибір холодоносіїв.

Теплоносієм ( або холодоносієм) називають проміжну речовину, яка призначена для відведення тепла від об’єктів, що охолоджують, і передачі його… Теплоносії поділяють на : - рідкі – вода, розсоли (водні розчини солей), розчини етиленгліколю, гліцерин;

Самостійна робота № 15.

Параметри поршневих компресорів.

Хладонові компресори типу ФУУБС мають привід вмонтованого електродвигуна. Для цих компресорів потужність споживання вказується на зажимах… Для розвантаження електродвигуна при пуску части використовують запірний… Компресори повинні працювати без перевищення граничної допустимої різниці тисків нагнітання і всмоктування при…

Самостійна робота № 16.

Основні вузли прямоточних поршневих компресорів.

Основними частинами вертикальних не прямоточних компресорів є: картер 1, циліндри 5, колінчатий вал 2, поршні 4, шатуни 3, клапани, підшипники,… Привідний електродвигун обертає колінчастий вал безпосередньо або через… У малий і середніх компресорах всмоктуючи та нагнітальні клапани 6 і 8 розташовані у верхній частині циліндра в…

Самостійна робота № 17.

Визначення основних параметрів поршневих компресорів.

 

По заданій холодопродуктивності Q₀ кВтзнаходять годинний об’єм, що описується поршнями компресора:

Vh= 3,6 * Q0 / qu *л.

Об’ємну холодопродуктивність холодоагенту q_uпри робочих умовах (по заданим температурам випаровування і переохолодження – перед регулювальним вентилем) і коефіцієнт подачі л компресора знаходять по таблицях і довідкових даних. Потім, використовуючи геометричну залежність об’єму, що описується, від параметрів поршневого компресора простої дії

V_h= (п*D² /4)*s*n*60*z=47,1* D²*s*n*z,

 

де D – діаметр циліндра, м;

s – хід поршня, м;

n –частота обертання валу, об/хв.;

z –число циліндрів,

записують рівняння для діаметра циліндра

D= 3,6* Q_{0_________________}

S*n*z* qu *л.

 

В цьому рівнянні три невідомих – D, s,n . Їх число скорочують, використавши вираз для середньої швидкості поршня і задавшись типовим співвідношенням ходу поршня і діаметра циліндра.

Uсер=2* s*n/60 = 30* Uсер = s*n.

 

Підставивши значення середньої швидкості в формулу, отримаємо:

D= 3,6* Q_{0_________________}

Uсер * qu *л.

 

У малопотужних компресорів U_сер = 1,5--2,5 м/с, у компресорів більшої потужності

U_сер = 2--4 м/с. Задавши значення U_сер знаходять діаметр поршня.

Співвідношення s/D залежить від виду холодоагенту і конструкції компресора. Для фреонових компресорів величина s/D=0,6--0,8.

Частоту обертання колінчастого валу (об/хв) знаходять з використанням формули:

N=30* Uсер / s.

Прохідні січення клапанів компресора визначають з рівняння нерозривності потоку холодоагенту в циліндрах і клапанах, знаючи середні значення допустимої швидкості в цих січеннях. Для хладону -12 швидкості у всмоктувальних клапанах до 30 м/с, в нагнітальних – до 35 м/с. Висота підйому клапанів складає 1-1,5 мм.

Індикаторна потужність (кВт), що споживається компресором:

N_і= Q₀ / _і*q_т

де _і - індикаторний к.к.д. компресора;

q_т - теоретична питома холодопродуктивність холодоагенту.

Ефективну потужність, що підводиться до компресора знаходять по наближеній формулі:

N_е=N_і / _мех.

Самостійна робота № 18.

Регулювання холодопродуктивності компресора.

Зміною частоти обертання колінчатого валу компресора. Досягається це зміною частоти змінного струму, що подається до асинхронного привідного… Дроселювання холодоагенту перед всмоктуванням здійснюється розташуванням… і коефіцієнт подачі лкомпресора знижуються, холодопродуктивність падає по мірі збільшення опору на стороні…

Самостійна робота № 19.

Ротаційні, гвинтові та центробіжні компресори.

У компресорів з ротом, що котиться вісь валу 8 співпадає з віссю циліндра, але ексцентрична осі ротора, який при обертанні доторкається до стінок циліндра. Компресор має пластинку 3 притискання з пружиною

Самостійна робота № 20.

Масла для системи мащення компресорів.

Підвищення надійності та економічності компресорів.

Масло мащення повинне мати низьку температуру замерзання і більш високу температуру спалаху, бо температура пари холодоагенту в кінці стиснення може… 140 0 С.Одночасно воно повинно зберігати свої властивості при температурі… В залежності від виду холодоагенту можуть використовуватися мінеральні, напівсинтетичні і синтетичні масла. Для…

Самостійна робота № 21.

Компресор типу V.

Картер компресора 4, корпус електродвигуна 17, кришка підшипників 15, піддон ванни 1 і фланці відлиті з алюмінієвого сплаву. Для забезпечення… Зовнішні поверхні картера, головок циліндрів, корпусу електродвигуна і частково клапанних плит поребрині для…

Самостійна робота № 22.

Компресор типу 2Н56/7,5 =105/2 холодильної установки ФАЛ-056/1.

Компресор типу 2Н56/7,5 =105/2 холодильної установки ФАЛ-056/1 непрямо поточний, напівгерметичний, чотирициліндровий з з V- подібним дворядним розташуванням циліндрів під кутом 90⁰ , двоступеневого стиснення без проміжного охолодження.

Вмонтований електродвигун потужністю 7,5 кВт охолоджується зовнішнім повітрям від вентиляторів конденсатора установки. Три циліндри компресора працюють паралельно як перша ступінь, один циліндр – як друга ступінь. Найбільш допустимий тиск – порожнині всмоктування 0,9 МПа, в порожнині нагнітання 2 МПа.

Картер 6, корпус електродвигуна 15 і кришка 3 картера відлиті з алюмінієвого плаву і покриті всередині полімерною смолою для герметизації цих деталей і зменшення вмісту абразивних частинок у маслі мащення. Картер, відлитий заодно з двома блоками циліндрів, має торцеві фланці – передній для кріплення кришки і задній для двигуна. В блоки циліндрів запресовані втулки 8 з легованого сірого чавуну. В приливі картера зі сторони кришки встановлений передній опорний підшипник 2 колінчатого валу 4. Там же змонтований масляний насос 1 з фільтром 20.

Всередині картера є ребра жорсткості, а на перегородці у заднього фланця закріплений стакан 18 корінного опорно-упорного підшипника з втулками 17. У верхній частині розташований отвір з фланцем для кріплення всмоктувального кутового запірного вентиля, в нижній частині є різьбові отвори під дві пробки 19 для зливання масла, а також змонтовані вентиль для заповнення маслом і масло мірне скло. Знизу до картера прикріплені два електронагрівальні елементи 21 потужністю по 150 Вт на напругу 220 В.

Головки 10 циліндрів не мають зовнішнього оребребрення, що погіршує температурні параметри пари холодоагенту, яка нагнітається в конденсатор, і викликає великі витрати енергії на її стиснення. Температура пари в кінці стиснення вище на 12-15 ⁰ С звичайної.

В циліндричному оребреному корпусі електродвигуна укріплена обмотка статора 13. Ззовні на цьому корпусі змонтовані герметична коробка вводу силового дроту і коробка 12 захисту обмоток від перегріву з датчиками 11 (термістори), закріпленими на торцевій частині обмоток статора і підключеними в кожну з трьох фаз.

При перевищенні допустимої температури обмоток загоряється сигнальна лампа на щиті в службовому вагоні секції, а потів відключається двигун. Ротор 14 двигуна насаджений на удовжену консольну частину колінчатого валу.

Кривошипно-шатунний механізм складається з двоколінного штампованого колінчатого валу і шатунів 5 з поршнями 9, з’єднаних плаваючими пальцями 7. На передньому кінці валу є шийка 1 під втулку опорного підшипника і хвостовик для запресування косозубої шестерні приводу насоса. На кожній з шатунних шийок 2.3 монтується по два сталеві шатуни. Втулки корінного підшипника охоплюють дві шийки 4, на консольній частині 5 є паз для шпонки кріплення ротора електродвигуна. Всередині валу просвердлений канал для підводу масла до шатунних підшипників.

 

Втулки переднього і корінного підшипників виготовлені зі сталі і залиті олов’яно-свинцевою бронзою. Осеві навантаження сприймаються двома сталевими упорними кільцями 16, розташованими по торцях стакану корінного підшипника, відлитого з сірого чавуну. До втулок 17 корінного підшипника підводиться масло мащення через отвори в стакані.

В шатунах циліндрів низького тиску передбачено канал

діаметром 5 мм для підводу масла до верхньої головки, в яку запресована сталева втулка 2, залита всередині олов’яно-свинцевої бронзою. В нижній роз’ємній головці встановлені два

сталеві вкладиші 1 з заливкою з такої ж бронзи, що утримуються від провертання штифтом. Кришка нижньої головки притягується шатунними болтами з якісної сталі. Вкладиші і втулка мають радіальні отвори і канавки. Шатун циліндра високого тиску виготовлений так само. Але в його штанзі не має каналу для подачі масла, бо верхня головка забезпечена голчатим підшипником, який змащується розбризкуванням. Голки зібрані в сепараторі і обертаються по поверхням сталевої закаляної втулки і поршневого пальця. Шатунно-поршневий механізм компресора динамічно відбалансований.

Поршні відлиті з алюмінієвого сплаву; кожний має два прямокутні компресійні і одне маслозємне кільце із сірого чавуну з прямим розрізом в замці.

Корпуса головок циліндрів відлиті із сірого чавуну. Права головка перекриває два циліндри низького тиску, ліва – циліндри низького і високого тиску. В корпусі лівої головки над кожним циліндром розташовуються робочі клапани 8 низького і 6 високого тиску. Права головка має загальну камеру нагнітання обох циліндрів; у лівій головці камера нагнітання циліндра низького тиску сполучається з камерою всмоктування циліндра високого тиску. На обох головках зі сторони передньої кришки компресора є фланці, до яких кріпиться перепускний патрубок, що об’єднує камери нагнітання всіх циліндрів низького тиску в загальну порожнину проміжного тиску. Ліва головка має другий фланець 5 (зі сторони електродвигуна) для під єднання нагнітального трубопроводу і верхній штуцер 4 для підключення мановауумметра вимірювання тиску конденсації і пресостату захисту установки по найбільшому тиску нагнітання холодоагенту.

Клапані групи циліндрів низького тиску встановлюються всередині всмоктувального ковпака 7, який закріплений на картері за допомогою кришки 3 притискання, кільцевої ущільнюючої пластинчатої пружини 1 і шпильок. Порожнина ковпака 7 кожного циліндра низького тиску сполучається чотирма отворами з порожниною картера компресора.

При гідравлічному ударі в циліндрі нагнітальний клапан долає зусилля буферної пружини 2, і піднімаючись, збільшує січення каналу для проходу холодоагенту, захищаючи компресор від аварії.

Нагнітальний клапан встановлений в центрі всмоктуючого кільцевого клапану, який складається з кільця 3, клапанної пластини 2, пластинчатої пружини 1 і обмежувача підйому 5. Складений клапан на чотирьох штифтах 4. Всі деталі сталеві. Кільце і обмежувач мають отвори для проходу холодоагенту по периметру. Клапана пластина має товщину 1 мм, пластинчата пружини – 0,5 мм зі згином кільця по радіусу .

Нагнітальний клапан складається із сідла , упорної плити 5. великої 3 і малої 1 клапанних пластин і пластинчатих пружин 4 і 7, а також стяжного болта 8 і фасонної гайки 6, яка одночасно служить нижньою тарілкою для буферної пружини клапану. Товщина обох клапанних пластин 0,9 мм. Пластинчасті пружини товщиною 0,2 мм мають діаметр, однаковий з діаметром відповідної пружини, і вигнуті по радіусу.

 

Всмоктувальний і нагнітальний клапани циліндрів низького тиску маркуються буквою N. Клапани циліндра високого тиску по конструкції аналогічні описаним, але маркуються буквою Н і відрізняються лише формою пластинчатих пружин, які мають різні радіуси вигину і висоту прогину.

На фланцях компресора встановлені сталеві без сальникові запірні вентилі, що регулюють січення каналів для проходу холодоагенту на сторонах всмоктування і нагнітання. Вентиль складається зі зварного корпусу 1 з фланцями і штуцером 5, кришки 2, стакану 3, шпинделя 4, ущільнюючого сильфона 6 і тарілки клапану 7. На корпусі всмоктувального запірного вентиля є патрубок для приєднання трубки пресостату найменшого тиску всмоктування.

На нижній поверхні тарілки 7 розташоване ущільнююче кільце 8 з полімерного матеріалу і є шпилька з гайкою 9 для кріплення

направляючої. Кришка вентиля ущільнена круглими кільцями, що укладені в канавки на зовнішній і внутрішній циліндричних поверхнях.

Система мащення компресора комбінована – під тиском від масляного насосу і розбризкуванням. Компресор заправляють маслом ХФ 12-18 в кількості 8 кг. Шестеренний насос 14 має привід від шестерні 3, насадженої на колінчатий вал. Кулькові клапани 1 забезпечують постійний напрямок подачі масла при зміні напрямку обертання ротора привідного електродвигуна. Масло всмоктується насосом з ванни картера через магнітний 12 і сітчастий 11 фільтри і нагнітається через комбінований магнітно-сітчастий фільтр 2 по двом окремим каналам: до втулок і упорним кільцям корінного підшипника 9; до переднього опорного підшипника 4 і шатунним підшипникам 8. Від передньої шийки зроблено відвід масла до штуцера 5 для підключення манометра 6.

Різниця тисків в системі мащення (по манометру 6) і в картері компресора (по манометру тиску всмоктування) повинна складати 0,24-0,50 МПа, за виключенням періоду пуску (до 15 хв) , коли допускається деяке зниження тиску масла.

При різниці вказаних тисків більше 0,5 МПа спрацьовує пружинно-кульковий редукційний клапан 13 і частина нагнітального насосом масла відводиться назад в картер. Рівень масла у ванні вважається нормальним, якщо воно заповнене ¾ висоти оглядового скла. 10. Допустимі мінімальні і максимальні рівні масла також відмічені на масло мірному склі.

В системі мащення компресора є термостат з діапазоном регулювання від -25 до + 15 ⁰ С, який відключає електродвигун компресора при недопустимому зниженні температури масла (нижче -15⁰ С) і включає його після заданого підвищення.

 

 

Самостійна робота № 23.

Характерні несправності та вимоги безпеки при обслуговуванні компресорів.

Ліквідацію витікань холодоагенту виконують наступним чином: холодоагент відсмоктують з компресора в систему, прикривши всмоктувальний вентиль.… В експлуатації компресора регулярно перевіряють надійність кріплення вузлів… Типові несправності хладонових компресорів 2 ФУУБС-18 та способи їх усунення наведені в табл.. Несправність …

Самостійна робота № 24.

Призначення теплообмінних апаратів холодильних установок.

В рефрижераторних вагонах використовують різні теплообмінні апарати і пристрої: конденсатори, випраники-повітроохолоджувачі, регенератори, проміжні… В холодильних установках рефрижераторних вагонів використовуються чотири…

Самостійна робота № 25.

Теплопередача у випарниках і повітроохолоджувачах.

Тепло у випарниках передається холодоагенту від середовища охолодження (розсіл, повітря) через стінку труби. Ефективність такої теплопередачі… Бульбашковий режим кипіння виникає і підтримується, коли в ряді точок поверхні…

Самостійна робота № 26.

Характерні несправності теплообмінних апаратів.

Типовими несправностями конденсаторів аміачних установок є поломки механізму приводу та крильчаток вентиляторів охолодження, забруднення поверхонь… Можливі заїдання в шарнірних з’єднаннях і жалюзі повітряної шахти… Характерними дефектами конденсаторів хладонових холодильних машин є зношення і протирання трубопроводів і труб…

Самостійна робота № 27.

Розрахунок випарників.

Розглянемо приклади наближеного розрахунку випраників-повітороохолоджувачів.

Приклад 1. Визначити режим охолодження, вибрати концентрацію розсолу і підібрати розсільний випраник-повітроохолоджувач камер пристанційного холодильника для зберігання фруктів. Температура повітря в камерах - 0,5⁰ С. Тепловий потік у випарнику Q_в =250 кВт.

Для камер зберігання фруктів перепад температур повітря і розсолу приймається 5-6⁰ С.

Приймаємо температуру розсолу, що виходить з випарника і подається у повітроохолоджувачі камер, t_р2 = - 7⁰ С, підігрів розсолу у повітроохолоджувачі 2⁰ С (температура розсолу, що поступає у випарник, , t_р1 = - 5⁰ С).Температуру кипіння аміаку приймаємо на5⁰ С нижче температури розсолу, що виходить з випарника.

T0 = tр2 - 5 = - 7 – 5 = - 120 С.

Для закритої системи охолодження температура замерзання розсолу повинна бути на 8-10⁰ Снижча температури кипіння. По додатку 4 приймаємо розчин хлористого кальцію з температурою замерзання – 21,2⁰ С.Вміст солі в розчині 12,9 %, щільність розсолу при 15⁰ С ρ=1,2кг/л =1200 кг/м³.Питома теплоємкість розсолу при середній його температурі - 6⁰ С.

Ср = 2,99 кДж/(кг*К).

Середня різниця температур розсолу і холодоагенту, що кипить

T =(( tр2 - tр1 )/2)- t0 =(-7+(-5))-(-12) = 60 С.

При такій само різниці температур питомий тепловий потік для аміачних кожухоподібних випарників можна прийняти q_F = 3500 Вт/ м².Площа поверхні випарника

F = Q_и / q_F = 25000 / 3500 = 71,4 м².

Приймаємо по каталогу два кожухоподібні випарники марки ИКТ-40 з площею поверхні

40,7 м² кожний. Витрата холодоносія (м³/с):

Vh= Q’и /( ср * ρр *^t р) = 250/(2,99*1200*2) = 0,0348(м3/с).

^t _р –різниця температур розсолу на вході у випарник і на виході з нього. Для прийнятої витрати доцільно вибрати два робочих насоси і один резервний. Підбираємо три центробіжні насоси 3К-6а з подачею 18 л/с кожний. Насоси повинні бути включені паралельно.

Приклад 2. Розрахувати поверхню хладонового повітроохолоджувача холодильної установки рефрижераторного вагону при повному навантаженні Q₀ =14 кВт для режиму перевезення морожених вантажів (температура повітря у вантажному приміщенні - 20⁰ С).витрата повітря через повітроохолоджувач зданий V=10000 м³/год.По довідниковим даним, при середній температурі повітря - 20⁰ С його щільність ρ=1,39 кг/м³, питома теплоємкість

Ср = 1,005 кДж/(кг*К).

Охолодження повітря у повітроохолоджувачі:

T = (Q0 * 3,6) / (V* ρ* ср )= (14000*3,6)/(1000*1,39*1,005)=3,60 С .

Розрахункову температуру повітря на вході у повітроохолоджувач приймаємо , t₁ = -19⁰ С.тоді температура повітря на виході , t₂ = - 22,6⁰ С.Розрахункова температура кипіння хладону-12 у повітроохолоджувачі прийнята , t₀ = - 26⁰ С.

Середньоарифметична різниця температур повітря і киплячого холодоагенту :

^t 3,6

Lq (t1 – t0)/( t1 – t0) = 2,3 lq (-29+26)/(-22,6+26) = 50 С.

Для ребристого повітроохолоджувача з діаметром труб 14-16 мм і відстанню між ними 30-40 мм при середній швидкості повітря в живому січенні 3,5-4,5 м/с коефіцієнт теплопередачі знаходиться в межах 30-45 Вт/(м²*К). Приймаємо k = 35 Вт/( м² /К).

В цих умовах допустимий питомий тепловий потік:

QF = k* Θ=35*5 = 175 Вт/ м2 .

Враховуючи наявність інею на повітроохолоджувачі при перевезенні морожених вантажів, понижаємо розрахункову величину питомого потоку на 30%, - до 122 Вт/ м² . Тоді потрібна теплопередача поверхні повітроохолоджувача:

F=Q₀/q_F =14*10³/122 = 115 м².

Іноді додатково перевіряють достатність розрахункової поверхні випарника для роботи холодильної в режимі охолодження плодів та овочів при температурі повітря, що поступає +5⁰ С.

 

Самостійна робота № 28.

Допоміжні апарати.   Допоміжні апарати та арматура забезпечують тривалу та економічну роботу ХУ в експлуатації. До допоміжних апаратів…

Tр2 і tр1 -температури розсолу на виході та вході випарника, 0 С.

N = V*Н / η*1000, де η –к.к.д. насоса (для великих насосів 0,8-0,9, для малих 0,5-0,7).

Самостійна робота № 29.

Класифікація та основні елементи приладів автоматики.   Прилади автоматичного регулювання забезпечують включення або виключення холодильної установки та окремих її апаратів,…

Самостійна робота № 30.

Регулятори заповнення випарника холодоагентом.   Поплавкові регуляторивикористовують в холодильних установках 12-ти вагонних секцій ; регулювання подачі холодоагенту у…

Самостійна робота № 31.

Прилади регулювання тиску.   Пресостати (реле тиску)(двопозиційний аппарат – замикає або розмикає контакти) служать для захисту холодильної машини…

Самостійна робота № 32.

Прилади регулювання температури.   Термостати (реле температур) працює під дією імпульсів від чутливого елемента. Прилад двопозиційної дії автоматично…

Самостійна робота № 33.

Основні характеристики холодильної установки ФАЛ-056/1.   В холодильній установці ФАЛ-056/1 використовується компресор з електродвигуном повітряного охолодження, не має масло…

Самостійна робота № 34.

Основні характеристики холодильної установки ВР-1М.   Обладнання холодильно установки ВР-1М розраховане на три режими роботи.

Самостійна робота № 35.

Експлуатація холодильної установки секцій ВО БМЗ.   Пуск холодильної машини починають с попереднього огляду агрегату, перевіряють рівень масла в картері, впевнюються у…

Самостійна робота № 36.

 

Призначення та види вентиляції пасажирських вагонів.

При механічній – повітрообмін здійснюється за допомогою спеціальних механізмів, на привід яких потрібно постійна витрата електричної енергії. Натуральна вентиляція найбільш просто може бути здійснена через відкриті вікна та двері вагону. На додаток до…

Самостійна робота № 37.

Класифікація систем опалення. Порівняльна характеристика основних систем опалення.   Система опалення пасажирського вагону призначена для підтримки у службових і пасажирських приміщеннях вагону…

Самостійна робота № 38.

Водяне опалення пасажирських вагонів.   В системі водяного опалення вода є теплоносієм. Система водяного опалення вагону негерметична, вважається системою…

Самостійна робота № 39.

Холодильна установка системи кондиціювання повітря типу МАВ-ІІ.   Характеристика холодильної установки типу МАВ-ІІ:

Самостійна робота № 40.

 

Шафи-холодильники. Охолоджувачі питної води.

Порядок пуску холодильного агрегату в роботу: 1. Перевіряють рівень масла в компресорі ( рис.1) та наявність холодоагенту в… 2. Зовнішнім оглядом визначають технічний стан регулятора тиску всмоктування (пресостату) 11 та реле максимального…

Заміна ТРВ:.

Видалення зволожуючого повітря: сторона низького тиску агрегату вакууммується за допомогою вакуум-насосу. Для попередження порушення щільності… Заміна фільтра-осушувача. Закривають вихідний з ресивера вентиль 7 і частина холодильної установки між компресором і ресивером вакууммується.…