Процессы получения низких температур.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ХОЛОДИЛЬНОЙ ТЕХНИКИ
Курс лекций
Курск -2017
Введение.
Основную часть производственных процессов современной хозяйственной деятельно-сти человека выполняют машины – механические устройства, служащие для преобра-зования энергии, материалов или информации.
Для грамотного понимания принципа работы холодильного оборудования по перера-ботке животного сырья, его эксплуатации, модернизации и ремонта служит дисциплина «Холодильная техника».
Краткий курс лекций позволяет студентам получить сведения о назначении и устройст-ве холодильной техники, физических принципах получения низких температур, типах и циклах холодильных машин. Атак же об основных и вспомогательных элементах холо-дильных установок. Кроме того изучить теоретические основы холодильной техноло-гии.
Курс лекций ориентирован на формирование общетехнической подготовки студента, как основы для творческого изучения и квалифицированной эксплуатации технических средств производственных процессов, используемых для производства животноводче-ской продукции.
Лекция 1
ПРОЦЕССЫ ПОЛУЧЕНИЯ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР.
СПОСОБЫ ОХЛАЖДЕНИЯ.
Способы охлаждения
Для получения холода используются безмашинные и машинные способы охлаждения. Безмашинные способы охлаждения основываются на плавлении, испарении, сублима-ции.
В безмашинных способах охлаждения используются готовые хладоносители (водный, эвтектический и сухой лед, сжиженные газы, воздух). Установки, работающие на гото-вых хладоносителях, просты по устройству и, следовательно, наиболее доступны, но они имеют существенные недостатки: полную зависимость от возможности и условий получения хладоносителей; большой объем грузовых работ, связанных с зарядкой хла-доносителями и поддержанием гигиены в охлаждаемых помещениях.
Недостатки, свойственные безмашинным способам охлаждения, отсутствуют у машин-ных способов, когда энергия (механическая, тепловая, электрическая) поступает извне. По виду затрачиваемой энергии холодильные машины подразделяются на компресси-онные, теплоиспользующие и термоэлектрические. Компрессионные машины исполь-зуют механическую энергию; теплоиспользующие — тепловую от источников теплоты, температура которых выше окружающей среды; термоэлектрические — электриче-скую.
При охлаждении в компрессионных и теплоиспользующих машинах теплота перено-сится в результате совершаемого рабочим телом — холодильным агентом (хладаген-том) обратного кругового процесса, а в термоэлектрических — при воздействии потока электронов на атомы вещества.
Охлаждение в термоэлектрических машинах основано на термоэлектрическом эффекте, известном как эффект Пельтье, заключающемся в том, что при пропускании постоян-ного электрического тока по замкнутой цепи, состоящей из двух разнородных провод-ников или полупроводников, один из спаев нагревается (горячий спай), а другой охла-ждается (холодный спай). Для того чтобы холодный спай термоэлемента имел посто-янную низкую температуру и был источником холода, горячий спай нужно охлаждать.
В этом случае система представляет собой холодильный агрегат, в котором электриче-ский ток переносит энергию от холодного спая термоэлемента к горячему. Количество перенесенной энергии пропорционально силе тока в цепи термоэлемента. Изменение полярности электрического тока приводит к перемене мест холодного и горячего спаев. Основной показатель качества термоэлемента — коэффициент добротности (эффектив-ности вещества), определяющий максимальную разность температур горячего и холод-ного спаев. К достоинствам такого рода устройств можно отнести непосредственное использование электрической энергии для переноса теплоты без промежуточных ве-ществ и механизмов; бесшумность и автономность работы; компактность и простоту автоматизации и обслуживания. Однако они значительно дороже других холодильных машин.
В зависимости от вида рабочего тела (холодильного агента) холодильные машины, в основе принципа действия которых лежит обратный цикл Карно, подразделяют на па-ровые и газовые.
В испарителе паровой холодильной машины происходит испарение рабочего тела при переходе к нему теплоты от охлаждаемого объекта, а в конденсаторе — его конденса-ция при переходе теплоты от рабочего тела в окружающую среду (в воздух или воду).
В качестве рабочего тела в паровых холодильных машинах используют аммиак и хла-доны — фтористые и хлористые производные предельных углеводородов, в газовых — воздух.
В зависимости от способа подачи рабочего тела в конденсатор холодильные машины подразделяют на компрессионные, абсорбционные, сорбционные и пароэжекторные. В компрессионных холодильных машинах рабочий цикл совершается за счет механи-ческой работы компрессора, в абсорбционных, сорбционных и пароэжекторных — за счет затрат теплоты.
Для получения требуемых температур кипения и конденсации рабочего тела использу-ют одноступенчатые, многоступенчатые и каскадные паровые компрессионные маши-ны. Соответственно в одноступенчатых используют один, в многоступенчатых и кас-кадных — два компрессора и более, которые обеспечивают осуществление холодиль-ного цикла в каждой ступени машины. Для холодильной обработки и хранения пище-вых продуктов в охлаждаемых камерах используют преимущественно паровые ком-прессионные одно- и двухступенчатые холодильные машины.
Вопросы для самоконтроля
1. Естественное охлаждение.
2. Искусственное охлаждение.
3. Способы получение низких температур.
4. Адиабатическое дросселирование.
5. Эффект Ранка.
6. Термоэлектрический эффект.
7. Подразделение холодильных машин.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Основная
1. Расщепкин А.Н., Ермолаев В.А., Кемеровский Теплообменные аппараты низкотемпературной техники. [Электронный ресурс] 2012 URL: http://www.iprbookshop.ru/14393.html (Дата обращения: 23.09.2013).
2. Буянов О.Н.,Воробьёва Н.Н.,Усов А.В. Холодильное технологическое обору-
дование [Электронный ресурс] 2009 URL: http://www.iprbookshop.ru/14401.html
(Дата обращения: 23.09.2013).
Дополнительная
1. Большаков С.А. Холодильная техника и технология продуктов питания. – М.: Изда-тельский центр «Академия», 2003. – 304 с.
2. Курылев Е.С., Оносовский В.В., Румянцев Ю.Д. Холодильные установки. – СПб.: Политехника, 2002. – 576 с.
3. Куцакова В.Е. и др. Примеры и задачи по холодильной технологии пищевых про-
дуктов. – М.: Колосс, 2003. – 240 с.
Лекция 2
Вопросы для самоконтроля
1 . Холодильный агент.
2. Вида обратного цикла.
3. Энтропия.
4. Удельная массовая холодопроизводительность.
5. Холодильный коэффициент.
6. Холодильная машина.
7. Эффективность цикла теплового насоса.
8. Коэффициент преобразования теплоты.
9. Система охлаждения холодильной установки.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Основная
3. Расщепкин А.Н., Ермолаев В.А., Кемеровский Теплообменные аппараты низкотемпературной техники. [Электронный ресурс] 2012 URL: http://www.iprbookshop.ru/14393.html (Дата обращения: 23.09.2013).
4. Буянов О.Н.,Воробьёва Н.Н.,Усов А.В. Холодильное технологическое обору-
дование [Электронный ресурс] 2009 URL: http://www.iprbookshop.ru/14401.html
(Дата обращения: 23.09.2013).
Дополнительная
4. Большаков С.А. Холодильная техника и технология продуктов питания. – М.: Изда-тельский центр «Академия», 2003. – 304 с.
5. Курылев Е.С., Оносовский В.В., Румянцев Ю.Д. Холодильные установки. – СПб.: Политехника, 2002. – 576 с.
6. Куцакова В.Е. и др. Примеры и задачи по холодильной технологии пищевых про-
дуктов. – М.: Колосс, 2003. – 240 с.
Лекция 3
Вопросы для самоконтроля
1. Одноступенчатые холодильные машины.
2. Многоступенчатые холодильные машины.
3. Цикл многоступенчатой парокомпрессионной машины.
4. Теоретическая индикаторная диаграмма поршневого компрессора.
5. Теоретическая холодопроизводительность компрессора.
6. Индикаторная диаграмма действительного рабочего процесса.
7. Действительный объем паров холодильного агента.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Основная
5. Расщепкин А.Н., Ермолаев В.А., Кемеровский Теплообменные аппараты низкотемпературной техники. [Электронный ресурс] 2012 URL: http://www.iprbookshop.ru/14393.html (Дата обращения: 23.09.2013).
6. Буянов О.Н.,Воробьёва Н.Н.,Усов А.В. Холодильное технологическое обору-
дование [Электронный ресурс] 2009 URL: http://www.iprbookshop.ru/14401.html
(Дата обращения: 23.09.2013).
Дополнительная
7. Большаков С.А. Холодильная техника и технология продуктов питания. – М.: Изда-тельский центр «Академия», 2003. – 304 с.
8. Курылев Е.С., Оносовский В.В., Румянцев Ю.Д. Холодильные установки. – СПб.: Политехника, 2002. – 576 с.
9. Куцакова В.Е. и др. Примеры и задачи по холодильной технологии пищевых про-
дуктов. – М.: Колосс, 2003. – 240 с.
Лекция 4
ТИПЫ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН.
Вопросы для самоконтроля
1 Аммиак.
2 Хладоны (фреоны).
3 Азеотропные смеси.
4 Теплофизические свойства.
5 Физико-химические свойства.
6 Галогенизированные хладагенты.
7 Гидрофторуглеводороды (ГФУ) и гидрохлорфторуглеводороды (ГХФУ).
8 Жидкие хладоносители.
9 Твердые хладоносители.
10 Функциональная схема воздушной холодильной машины.
11 Машины вихревого типа.
12 Компрессионные паровые холодильные машины.
13 Холодильные машины с центробежными компрессорами.
14 Холодильные машины с винтовыми маслозаполненными компрессорами.
15 Холодильные машины с ротационными пластинчатыми компрессорами.
16 Абсорбционные холодильные машины.
17 Сорбционных холодильные машины.
18 Пароэжекторные холодильные машины.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Основная
7. Расщепкин А.Н., Ермолаев В.А., Кемеровский Теплообменные аппараты низкотемпературной техники. [Электронный ресурс] 2012 URL: http://www.iprbookshop.ru/14393.html (Дата обращения: 23.09.2013).
8. Буянов О.Н.,Воробьёва Н.Н.,Усов А.В. Холодильное технологическое обору-
дование [Электронный ресурс] 2009 URL: http://www.iprbookshop.ru/14401.html
(Дата обращения: 23.09.2013).
Дополнительная
10. Большаков С.А. Холодильная техника и технология продуктов питания. – М.: Изда-тельский центр «Академия», 2003. – 304 с.
11. Курылев Е.С., Оносовский В.В., Румянцев Ю.Д. Холодильные установки. – СПб.: Политехника, 2002. – 576 с.
12. Куцакова В.Е. и др. Примеры и задачи по холодильной технологии пищевых про-
дуктов. – М.: Колосс, 2003. – 240 с.
Лекция 5
Поршневые компрессоры
Виды поршневых компрессоров.Поршневые компрессоры подразделяют по холодо-производительности, виду холодильного агента, области применения, устройству кри-вошипно-шатунного механизма, конструкции корпуса, расположению цилиндров, на-правлению движения пара в последних, числу степеней сжатия, степени герметичности и некоторым другим признакам.
По холодопроизводительности поршневые компрессоры подразделяют на малые (Q0 до 12 кВт), средние (Q0 12—120 кВт) и крупные (Q0 более 120 кВт).
По виду холодильного агента различают аммиачные, хладоновые (фреоновые) и уни-версальные компрессоры.
В зависимости от области применения компрессоры подразделяют на стационарные, транспортные и др.
По устройству кривошипно-шатунного механизма различают компрессоры крейцкопф-ные, или ползунковые (двойного действия), и бескрейцкопфные (простого действия). Крейцкопфные компрессоры бывают в основном одноцилиндровые, горизонтальные, сальниковые, непрямоточные.
Наиболее распространены бескрейцкопфные открытые компрессоры вертикальные и V-образные, прямоточные и непрямоточные (рис. 1).
Число цилиндров у бескрейцкопфных компрессоров колеблется от 2 до 16. Двухцилин-дровые компрессоры, как правило, вертикальные. Если цилиндров больше, применяют различные пространственные схемы их расположения.
Бескрейцкопфные компрессоры разнообразны по конструктивному исполнению.
По конструкции корпуса компрессоры подразделяют на блок-картерные (общая отлив-ка блока с картером) и разъемные (блок цилиндров и картер представляют собой от-дельные детали).
Большое распространение получили блок-картерные компрессоры. В цилиндровую часть блок-картера вставляют сменные цилиндровые гильзы. Блок-картерные компрес-соры по сравнению с разъемными отличаются большей жесткостью и прочностью при меньшей толщине стенок цилиндров; их изготовление и ремонт проще.
В зависимости от кинематической схемы и расположения оси цилиндров компрессоры делят на прямоточные и непрямоточные; горизонтальные и вертикальные; с угловым расположением цилиндров — V-, W-образные или веерные, крестообразные, звездооб-разные.
В прямоточном компрессоре всасывающие клапаны располагаются на днище поршня, а нагнетательные — в верхней части цилиндра, в ложной крышке.
В непрямоточных компрессорах клапаны всасывающие и нагнетательные размещаются в верхней части цилиндра — на клапанной доске. При движении поршня вниз давление в цилиндре компрессора становится ниже, чем во всасывающей полости, и пар прохо-дит через вентиль во всасывающую полость, а затем через всасывающий клапан в по-лость цилиндра. При движении поршня вверх пар сжимается до давления конденсации и через нагнетательный клапан попадает в нагнетательную полость.
По числу степеней сжатия компрессоры бывают одно- и многоступенчатые. По степени герметичности и числу разъемов компрессоры подразделяют:
на герметичные — со встроенным электродвигателем в запаянном кожухе без разъе-мов;
бессальниковые — со встроенным электродвигателем, с разъемами и съемными крышками;
открытые, или сальниковые, в которых ведущий вал уплотняется при помощи саль-ника;
простого действия, в которых сжатие пара осуществляется одной стороной поршня, и двойного действия, в которых обе стороны поршня рабочие.
Герметичные компрессоры — компрессор и электродвигатель заключены в общий гер-метически закрытый сварной стальной кожух. Электродвигатели устанавливают одно-фазные и трехфазные асинхронные. Ротор электродвигателя насаживается непосред-ственно на вал компрессора. Частота вращения вала может быть близка к 50 с-1, что по-зволяет уменьшить геометрические размеры, габариты и массу компрессора при той же холодопроизводительности. Обмотка электродвигателя охлаждается потоком вса-сываемого пара холодильного агента, благодаря чему возможно повышение на него на-грузки. Герметичные машины почти бесшумны. Их холодопроизводительность нахо-дится в пределах от нескольких сотен ватт до 10 кВт. Герметичные компрессоры изго-тавливают для трех различных диапазонов температур кипения холодильного агента: С
— среднетемпературного от-25 до +10 оС; Н - низкотемпературного от -40 до -25 °С и В
— высокотемпературного от -10 до +10 °С.
Компрессоры С используют в торговом холодильном оборудовании и бытовых холо-дильниках. В бытовых холодильниках применяют в основном одноцилиндровые порш-невые непрямоточные герметичные компрессоры с вертикальным цилиндром и гори-зонтальным валом. Электродвигатели в последнее время используют однофазные асин-хронные с пусковой обмоткой и короткозамкнутым ротором, скорость вращения кото-рого, а следовательно, и вала компрессора 50 с-1.
Компрессоры Н применяют в низкотемпературном холодильном оборудовании и не-больших морозильных устройствах.
Компрессоры В используют для кондиционеров, охладителей напитков, соков, молока и других устройств.
Бессальниковые компрессоры непрямоточные. Разъемное соединение и съемные крышки обеспечивают доступ к их внутренним частям. Обмотки электродвигателей, как и герметичных компрессоров, охлаждаются всасываемым паром холодильного агента.
Отличительная особенность бессальниковых компрессоров – отсутствие сальников, так как электродвигатель находится на одном валу с компрессором и располагается в его картере. Такая конструкция позволяет уменьшить габариты и практически полностью исключить утечку рабочего тела.
Холодопроизводительность таких компрессоров находится в пределах от нескольких до нескольких десятков киловатт (средние по величине холодопроизводительности компрессоры).
Рис. 5.1. Бескрейцкопфный непрямоточный VV-образный
одноступенчатый компрессор П220:
а - продольный разрез; б — поперечный разрез; 1 — блок-картер; 2 — гильза Цилинд-ра; 3— поршень с кольцами; 4— шатун; 5— заборный масляный фильтр; 6 - шестерен-чатый затопленный насос; 7— шестерни привода масляного насоса; 8 - коленчатый вал с противовесами; 9 — ложная крышка; 10 — всасывающий клапан; 11 — нагнетатель-ный клапан; 12— сальник уплотнения вала
В сальниковых компрессорах самым уязвимым конструктивным узлом является уплот-нение коленчатого вала, через которое наиболее вероятна утечка холодильного агента. Особенно велика опасность утечки в малых хладоновых компрессорах.
По характеру охлаждения блока цилиндров бывают компрессоры с воздушным и водя-ным охлаждением. Воздушное охлаждение используется в малых холодильных ком-прессорах, во всех остальных применяют водяное принудительное охлаждение.
Для смазки трущихся деталей используются принудительная, непринудительная или комбинированная системы смазки.
По типу привода различают компрессоры с ременной передачей; непосредственно со-единенные с электродвигателем муфтой; с электродвигателем, ротор которого насажен на вал компрессора.
По частоте вращения коленчатого вала компрессоры разделяют на тихоходные — до
500 об/мин и быстроходные — свыше 500 об/мин.
Унифицированные поршневые компрессоры выпускают для хладонов I и II баз, для аммиака и хладонов — III и IV баз, для аммиака — V базы.
Герметичные компрессоры I базы имеют горизонтальное и вертикальное расположения двух или четырех цилиндров.
Компрессоры герметичные и бессальниковые предназначены для хладонов, сальнико-вые — для аммиака и хладонов. Хладоновые компрессоры I, II и III баз — непрямоточ-ные, IV — прямоточные; аммиачные III и IV баз — прямоточные; аммиачные комп-рессоры V базы — крейцкопфные непрямоточные с опозитным расположением двух или четырех цилиндров.
Для смазки цилиндров и механизма движения в аммиачных компрессорах используют масла ХА, ХА-30, ХС-40, а в хладоновых - ХФ-12-16, ХФ-22-24, ХФ-22с.
При маркировке унифицированных поршневых компрессоров применяют следующие обозначения: П — поршневой, Ф — хладоновый (фреоновый), А — аммиачный, В — вертикальный, V — V-образный, W — веерообразный, Б — бессальниковый, Г — гер-метичный, О — опозитный. Цифры после букв означают холодопроизводительность (кВт).
В сальниковых компрессорах марок П14, П20, П28 и др. расположение цилиндров V-, W-, VV-образное.
В бессальниковых компрессорах марок ПБ5, ПБ7 — ПБ220 расположение цилиндров также V-, W-, VV-образное.
Основные конструктивные узлы и детали поршневых компрессоров — рама, картер, блок-картер, цилиндры, коленчатые валы, шатуны, поршни, поршневые кольца, клапа-ны, сальники.
Картер представляет собой конструктивную основу машины.Картер вертикальных иV-образных компрессоров имеет вид коробки с боковыми окнами, которые закрывают-ся съемными крышками. Крышку со стороны маховика, через которую проходит ко-ленчатый вал компрессора, называют задней, а противоположную ей — передней. Сверху картера крепится блок цилиндров. Многие конструкции вертикальных компрес-соров выполняются блок-картерными. В этом случае цилиндры и картеры отливаются в виде единой детали. Блок-картерные компрессоры компактнее, имеют меньше флан-цевых соединений, проще и дешевле в производстве.
В каждый цилиндр запрессовывают сменные гильзы, которые в случае износа могут быть заменены новыми. Сменные гильзы уплотняют по верхнему и нижнему поясам резиновыми кольцами. Для охлаждения цилиндров верхнюю часть их боковой поверх-ности отливают с ребрами (при охлаждении воздухом) или со специальной полостью (при охлаждении водой — водяной рубашкой).
Коленчатые валы по конструкции могут быть кривошипными и эксцентриковыми.Ихвыполняют штампованными, литыми или цельноковаными из высококачественной уг-леродистой или легированной стали. Опорой коленчатого вала служат подшипники, расположенные в крышках картера или корпусе.
Чтобы движение поршня было равномерным, на конец коленчатого вала, выступающий из картера, насаживается маховик — шкив большего диаметра с тяжелым ободом. При непосредственном соединении компрессора с электродвигателем надобность в махови-ке отпадает, его роль выполняет ротор двигателя.
Шатуны передают движение от коленчатого вала к поршням.Они—штампованныестальные двутаврового сечения с разъемной нижней головкой, с вкладышем, залитым баббитом, и неразъемной верхней головкой с бронзовой втулкой.
Нижние головки шатунов, которые охватывают шейки коленчатого вала, стягиваются стальными болтами с зашплинтованными корончатыми гайками. Верхние головки пальцами поршня закрепляются в поршне.
Поршни по конструкции делят на дисковые и тронковые.Дисковые используют в круп-ных крейцкопфных компрессорах двойного Действия, когда по обе стороны поршня расположены рабочие объемы цилиндра. Тронковые поршни могут быть двух типов: проходные для прямоточных машин, непроходные для непрямоточных.
Конструкция проходных поршней позволяет увеличить проходные сечения всасываю-щего и нагнетательного клапанов.
Непроходные поршни отличаются простотой конструкции и небольшой массой. Их ис-пользуют в малых и средних непрямоточных компрессорах. Поршни для герметичных компрессоров делают без поршневых колец. Вместо них на боковой поверхности про-тачивают неглубокие канавки для сбора и равномерного распределения масла по зерка-лу цилиндра.
Всасывающие и нагнетательные клапаны выполняют в компрессоре распределитель-ную функцию. Через всасывающие клапаны происходит засасывание паров холодиль-ного агента из всасывающего трубопровода в цилиндр компрессора, а через нагнета-тельные — выталкивание сжатых паров в нагнетательный трубопровод. В поршневых холодильных компрессорах клапаны самодействующие, т.е. они открываются и закры-ваются под действием разности давлений по обе их стороны.
На всасывающие клапаны прямоточных компрессоров, расположенные в днище порш-ня, помимо давления газа действуют силы инерции. В вертикальном прямоточном ком-прессоре при движении поршня вверх и достижении им верхней мертвой точки кла-панная пластина по инерции стремится продолжить движение вверх, и клапан открыва-ется, в то время как поршень после остановки начинает двигаться вниз. Когда же пор-шень останавливается в нижней мертвой точке, клапанная пластина по инерции стре-мится продолжить движение вниз, прижимается к седлу клапана, и он закрывается.
В бескрейцкопфных компрессорах применяют пластинчатые клапаны, получившие свое название потому, что их рабочей запорной деталью служат тонкие (0,8— 1,5 мм) стальные пластины. Пластинчатые клапаны в зависимости от конфигурации и крепле-ния клапанных пластин бывают кольцевыми, полосовыми, язычковыми.
Кольцевые клапаны применяют в средних и крупных компрессорах.
В конструкциях клапанов, закрепленных на поршнях, используют беспружинные коль-цевые и полосовые клапаны. Полосовые клапаны называют еще ленточными, посколь-ку в них отверстия для прохода пара перекрываются упругими пластинами, имеющими форму лент.
Предохранительные клапаны предотвращают аварии при чрезмерном повышении дав-ления нагнетания. При превышении предельной разности давлений нагнетания и вса-сывания (∆P = 1,68 МПа) предохранительные клапаны перепускают сжатый пар из по-лости нагнетания в полость всасывания.
Применяют в основном пружинные самодействующие предохранительные клапаны. Когда разность давлений превышает допустимую, пружина сжимается, клапан откры-вается и нагнетательная сторона компрессора соединяется с всасывающей.
Сальниками называют специальные устройства для уплотнения подвижных деталей,например валов, штоков, плунжеров, в целях предотвращения утечки жидкостей, пара или газа. Применяют сальники с кольцами трения. Сальники открытых хладоновых компрессоров бывают сильфонного и мембранного типов.
Ротационные компрессоры
Ротационные компрессоры более уравновешены, чем поршневые, поскольку у них нет кривошипно-шатунного механизма, совершающего возвратно-поступательное движе-ние. Кроме того, они не имеют всасывающих клапанов и могут работать при больших частотах вращения вала. Габариты ротационных компрессоров невелики. Изготавлива-ют их с катящимися, качающимися и вращающимися роторами, последние (пластинча-тые компрессоры ) — с двумя, четырьмя и более пластинами, с круглым или эллиптиче-ским цилиндром.
Вал ротационных компрессоров расположен эксцентрично по отношению к цилиндру. На вал насажен ротор (поршень) с фрезерованными по всей длине пазами, в которые вставлены асботекстолитовые пластины. При вращении ротора пластины под дей-ствием центробежной силы выходят из пазов и прижимаются к поверхности цилиндра, образуя замкнутые полости.
Пар из всасывающего трубопровода захватывается пластинами, отсекается в верхней части цилиндра вращающимся ротором и сжимается. При дальнейшем вращении по-лость со сжатым паром соединяется с нагнетательным трубопроводом и пар вытал-кивается.
Ротационные компрессоры используют в основном в установках большой холодопро-изводительности в качестве ступеней низкого давления в агрегатах двухступенчатого сжатия. Но выпускают и герметичные компрессоры небольшой холодопроизводитель-ности.
Ротационный герметичный компрессор с катящимся ротором состоит из неподвижного цилиндра и поршня-ротора, вращающегося на эксцентриковой шейке вала. К ротору при помощи пружины прижимается лопасть, разделяющая рабочий объем цилиндра на две части: в одной протекает процесс всасывания, в другой — сжатия и нагнетания.
При работе компрессора пары хладона поступают через всасывающий патрубок в ко-жух, омывают электродвигатель и охлаждают его, затем через всасывающую трубку всасываются компрессором. Сжатые пары холодильного агента через нагнетательный клапан выталкиваются из цилиндра в глушитель, а из него по трубопроводу подводятся
к нагнетательному штуцеру. Холодопроизводительность таких компрессоров от 255 до
640 Вт.
Винтовые компрессоры
Основу винтовых компрессоров составляют два ротора (оба с зубчато-винтовыми лопа-стями): ведущий и ведомый, расположенные в корпусе (рис. 2).
Рис. 5.2. Роторы винтового компрессора:
1 —ведущий ротор с четырьмя зубьями; 2 —ведомый роторс шестью впадинами; 3 — синхронизирующие шестерни
Винтовые впадины роторов, проходя мимо всасывающего окна, заполняются газооб-разным холодильным агентом. При дальнейшем вращении роторов газ сжимается, так как зубья одного ротора входят во впадины другого и при этом уменьшается объем, за-нимаемый газом . К концу сжатия впадины со сжатым газом объединяются с нагнета-тельным окном . Винтовое расположение на роторах нескольких впадин обеспечивает непрерывность подачи газа компрессором.
Применяют большей частью маслозаполненные винтовые компрессоры, в рабочее про-странство которых подается масло. Это повышает производительность компрессора вследствие уменьшения внутренних перетечек холодильного агента через зазоры меж-ду корпусом и роторами и между самими роторами, а также снижения температуры на-гнетания холодильного агента.
После прохождения компрессора хладагент направляется в маслоотделитель, в котором отделяется до 95 % масла. Шестеренчатым насосом масло направляется в маслоохлади-тель, через фильтры снова подается в рабочее пространство компрессора и на смазку подшипников.
Винтовые компрессоры надежны в эксплуатации, их холодопроизводительность можно плавно регулировать с помощью золотникового устройства, изменяющего активную длину винтов, у них отсутствует трение в полости сжатия. Они имеют небольшие габа-риты и массу по сравнению с поршневыми и даже ротационными компрессорами.
Винтовые компрессоры характеризуются очень низким пределом давления всасывания (5 — 2 кПа), что позволяет широко использовать их в низкотемпературных установках. Частота вращения ведущего ротора у них составляет 50 с-1.
Целесообразно применение аммиачных винтовых компрессоров холодопроизводитель-но-стью 350—1745 кВт. При более низкой производительности они утрачивают пре-имущества перед поршневыми по массе и габаритным размерам из-за громоздкости маслосистемы.
Турбокомпрессоры
Турбокомпрессоры редко используют в пищевой промышленности из-за большой хо-лодопроизводительности и широкого применения аммиака в качестве холодильного агента. По сравнению с поршневыми они обладают рядом преимуществ: отсутствие клапанов, динамическая уравновешенность, высокооборотность и малые габариты. Турбокомпрессоры обычно имеют несколько колес, поэтому являются многоступенча-тыми машинами. По принципу работы они подразделяются на осевые и центробежные. Осевые компрессоры применяют для очень большой холодопроизводительности, цен-тробежные — для холодопроизводительности от 500 до нескольких тысяч киловатт. На валу центробежного компрессора вращаются рабочие колеса с лопатками, передающие кинетическую энергию холодильному агенту, который выбрасывается из колеса в диф-фузор, где его кинетическая энергия преобразуется в энергию давления. Диффузор вы-полняется безлопаточным, лопаточным и прямолинейным. Движение пара на рабочем колесе складывается из вращения его вместе с колесом (абсолютное движение) и пере-мещения вдоль лопаток (относительное движение), что в сумме определяет абсолют-ную скорость движения пара, а следовательно, его кинетическую энергию. Работа, за-трачиваемая на сжатие пара, уменьшается по мере приближения процесса сжатия к изотермическому, поэтому после группы колес применяется промежуточное охлажде-ние пара в холодильниках.
Вопросы для самоконтроля
1 Виды поршневых компрессоров.
2 Герметичные компрессоры.
3 Бессальниковые компрессоры.
4 Картер.
5 Блок цилиндров.
6 Коленчатые валы.
7 Шатуны.
8 Поршни.
9 Всасывающие и нагнетательные клапаны.
10 Предохранительные клапаны.
11 Сальники.
12 Ротационные компрессоры.
13 Винтовые компрессоры.
14 Турбокомпрессоры.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Основная
9. Расщепкин А.Н., Ермолаев В.А., Кемеровский Теплообменные аппараты низкотемпературной техники. [Электронный ресурс] 2012 URL: http://www.iprbookshop.ru/14393.html (Дата обращения: 23.09.2013).
10. Буянов О.Н.,Воробьёва Н.Н.,Усов А.В. Холодильное технологическое обору-
дование [Электронный ресурс] 2009 URL: http://www.iprbookshop.ru/14401.html
(Дата обращения: 23.09.2013).
Дополнительная
13. Большаков С.А. Холодильная техника и технология продуктов питания. – М.: Изда-тельский центр «Академия», 2003. – 304 с.
14. Курылев Е.С., Оносовский В.В., Румянцев Ю.Д. Холодильные установки. – СПб.: Политехника, 2002. – 576 с.
15. Куцакова В.Е. и др. Примеры и задачи по холодильной технологии пищевых про-
дуктов. – М.: Колосс, 2003. – 240 с.
Лекция 6
Конденсаторы
Различают следующие типы конденсаторов : кожухотрубные горизонтальные, кожухот-рубные вертикальные, кожухозмеевиковые, испарительные и воздушные. Кожухотрубные горизонтальные конденсаторы используют в аммиачных и хладоно-вых холодильных установках пищевых предприятий. Они имеют цилиндрический стальной кожух, в котором Прямые трубы (стальные или медные) расположены гори-зонтально, концы их развальцованы в трубных решетках. Охлаждающая вода под напо-ром проходит по этим трубам. На конденсаторе устанавливают предохранительный клапан, указатель уровня холодильного агента, вентиль для выпуска воздуха из меж-трубного пространства. Пары хладагента конденсируются в межтрубном пространстве на наружной поверхности труб.
Такие конденсаторы обычно работают в комплекте с водоохлаждающими устройства-ми.
Кожухотрубные вертикальные конденсаторы используют в крупных аммиачных хо-лодильных установках . Главный их недостаток — сложность равномерного распреде-ления воды по трубам.
Кожухозмеевиковые конденсаторы отличаются от кожухотрубных горизонтальных от-сутствием второй трубной решетки, кожух конденсатора выполнен в виде горизонталь-но расположенного стакана, внутри которого водяные трубки соединены попарно.
Испарительные конденсаторы применяют на пищевых предприятиях.В них теплота отхолодильного агента передается через стенку трубы воде, стекающей тонкой пленкой по наружной поверхности труб, и далее воздуху посредством испарения части воды.
Конденсатор представляет собой закрытый корпус. Под конденсатором располагается водяной бак, куда вода сливается самотеком. Из водяного бака циркулирующая вода снова нагнетается насосом в водяной коллектор (оросительную систему). Сверху вен-тилятором подается поток воздуха, который усиливает испарение воды и служит при-емником теплоты водяного пара. Использование этого типа конденсаторов эффективно в районах с сухим и жарким климатом.
Воздушные конденсаторы широко используют в агрегатах,обслуживающих торговоеоборудование, бытовых холодильниках, изотермическом транспорте. Применение их
позволяет уменьшить расход воды, сократить затраты на сооружение устройств для ох-лаждения оборотной воды.
Воздушные конденсаторы представляют собой систему трубчатых змеевиков, распо-ложенных в металлическом корпусе. Холодильный агент проходит внутри змеевиков, с наружных оребренных поверхностей которых осуществляется съем теплоты естествен-ной или принудительной конвекцией движения воздуха. Ребра труб змеевиков пла-стинчатые, но иногда для устранения контактного сопротивления теплопередачи между трубой и ребрами эти конденсаторы изготавливают с литыми ребрами.
Испарители
Испарители — теплообменные аппараты, предназначенные для охлаждени