Реферат: Холодильные машины и установки

Холодильные машины и установки

Введение

Холодильная техника - это научная дисциплина и отрасль техники, охватывающая методы получения и использования низких температур (холода) для производства и хранения пищевых продуктов.

Использование холодильной техники позволяет сохранять свойства пищевых продуктов, а также получать пищевые продукты с новыми свойствами.

Без холодильной техники невозможно снабдить растущее население качественными продуктами питания. В процессе производства и увеличения объёмов реализации пищевых продуктов важна роль холодильной техники, которая позволяет:

-       создавать запасы скоропортящихся пищевых продуктов в широком ассортименте;

-       увеличивать продолжительность хранения замороженных пищевых продуктов;

-       продавать пищевые продукты сезонного производства равномерно в течение года;

-       снижать товарные потери при хранении и транспортировке продовольственных товаров;

-       внедрять прогрессивные методы оказания услуг населению предприятиями торговли и общественного питания.

Холодильная машина

Холодильная машина - устройство, служащее для отвода теплоты от охлаждаемого тела при температуре более низкой, чем температура окружающей среды.

Процессы, происходящие в холодильных машинах, являются частным случаем термодинамических процессов, т. е. таких, в которых происходит последовательное изменение параметров состояния рабочего вещества: температуры, давления, удельного объема, энтальпии. Холодильные машины работают по принципу теплового насоса - отнимают теплоту от охлаждаемого тела и с затратой энергии (механической, тепловой и т. д.) передают её охлаждающей среде (обычно воде или окружающему воздуху), имеющей более высокую температуру, чем охлаждаемое тело. Холодильные машины используются для получения температур от 10°С до -150°С. Область более низких температур относится к криогенной технике. Работа холодильной машины характеризуется их холодопроизводительностью.

Первые холодильная машина появились в середине XIX в. Одна из старейших холодильных машин - абсорбционная. Её изобретение и конструктивное оформление связано с именами Дж. Лесли (Великобритания, 1810), Ф. Карре (Франция, 1850) и Ф. Виндхаузена (Германия, 1878). Первая парокомпрессионная машина, работавшая на эфире, построена Дж. Перкинсом (Великобритания, 1834). Позднее были созданы аналогичные машины с использованием в качестве хладагента метилового эфира и сернистого ангидрида. В 1874 К. Линде (Германия) построил аммиачную парокомпрессионную холодильную машину, которая положила начало холодильному машиностроению.

В основе работы холодильников лежит холодильный цикл. Простой паровой цикл механической холодильной машины реализуется с помощью четырех элементов, образующих замкнутый холодильный контур, - компрессора, конденсатора, дроссельного вентиля и испарителя или охладителя (рис. 1). Пар из испарителя поступает в компрессор и сжимается, вследствие чего его температура повышается. После выхода из компрессора пар, имеющий высокие температуру и давление, поступает в конденсатор, где охлаждается и конденсируется. В некоторых конденсаторах используется режим переохлаждения, т.е. дальнейшее охлаждение сконденсировавшейся жидкости ниже ее температуры кипения. Из конденсатора жидкость проходит через дроссельный вентиль. Поскольку температура кипения (насыщения) для данного давления оказывается ниже температуры жидкости, начинается ее интенсивное кипение; при этом часть жидкости испаряется, а температура оставшейся части опускается до равновесной температуры насыщения (тепло жидкости расходуется на ее превращение в пар). Процесс дросселирования иногда называют внутренним охлаждением или самоохлаждением, поскольку в этом процессе температура жидкого хладагента снижается до нужного уровня. Таким образом, из дроссельного вентиля выходят насыщенная жидкость и насыщенный пар. Насыщенный пар не может эффективно отводить тепло, поэтому он перепускается мимо испарителя и подается прямо на вход компрессора. Между дросселем и испарителем установлен сепаратор, в котором пар и жидкость разделяются.

Рис. 1. Схема холодильного цикла

Основные принципы агрегатирования парокомпрессорных холодильных машин

Агрегатирование холодильных машин - компоновка различных видов оборудования из унифицированных элементов является одним из эффективных методов совершенствования холодильных машин. Холодильным агрегатом называют конструктивное объединение нескольких основных элементов холодильной машины и вспомогательных устройств в единый блок. Конструктивное объединение всех элементов холодильной машины в один или несколько блоков называют агрегатированной комплексной холодильной машиной.

Современные предприятия холодильного машиностроения большую часть своей продукции выпускают в виде агрегатов, поскольку агрегатированные поставки холодильного оборудования существенно сокращают и упрощают работу при монтаже холодильной машины. Исключаются или значительно облегчаются такие работы, как изготовление элементов и сборка трубопроводов рабочего вещества, испытание оборудования на герметичность, монтаж приборов автоматики, осушка системы, центровка компрессора с электродвигателем. При этом осуществление всех перечисленных операций в заводских условиях значительно дешевле и на более высоком качественном уровне.

Выпуск холодильного оборудования в виде агрегатов выдвигает требование высокой степени унификации элементов агрегата, что приводит к дополнительному сокращению затрат на их производство и упрощают эксплуатацию агрегатов, так как снижается номенклатура запасных частей.

Важная задача заводского агрегатирования - создание компактных конструкций, площади для размещения и обслуживания которых минимальны. Только при заводском агрегатировании достигаются минимальные габаритные размеры агрегата путем использования вспомогательных элементов, выполненных специально для типовой компоновки агрегатов заданного ряда. Агрегатирование в заводских условиях способствует типизации не только холодильного оборудования, но и проектов холодильных установок в целом.

В зависимости от объема и вида оборудования, включенного в состав холодильных агрегатов, их разделяют на следующие основные виды:

компрессорные агрегаты;

компрессорно-конденсаторные агрегаты;

компрессорно-испарительные агрегаты;

аппаратные агрегаты;

агрегатированные комплексные холодильные машины.

Компрессорные агрегаты

Компрессорные агрегаты состоят из компрессора с электроприводом и необходимых приборов автоматической защиты и визуального контроля. В состав компрессорных агрегатов могут входить вспомогательные аппараты и арматура, обеспечивающие отделение и возврат масла, его охлаждение, а также разгрузку компрессора при пуске и др.

Компрессорные агрегаты используют, как правило, в составе крупных холодильных установок, чаще всего с непосредственной системой охлаждения. Их применяют также и в установках с рассольной системой охлаждения, когда к одному крупному аппарату подключают несколько компрессоров, и в многоступенчатых низкотемпературных машинах, где большой объем оборудования затрудняет его компоновку в более сложные агрегаты.

Агрегаты с поршневыми компрессорами наиболее широко используют в диапазоне холодопроизводителыюстей от 40 до 200 кВт. Аммиачные агрегаты выпускают как в комплекте с маслоотделителем и маслоперепускным устройством, обеспечивающим автоматический возврат масла в картер компрессора, так и без указанных аппаратов. Исполнение агрегатов с маслоотделителями характерно для отечественных современных конструкций. Исключение из состава агрегата устройств, обеспечивающих отделение и возврат масла, приводит к структурной однотипности аммиачных агрегатов с хладоновыми, которые выпускают, за редким исключением, без маслоотделителя.

Холодильные винтовые компрессоры, выпускаемые у нас в стране, применяют, как правило, в составе компрессорных агрегатов, в которые включены привод, маслоотделитель, система смазки, приборы автоматики и защиты.

Подавляющее большинство современных компрессорных агрегатов выполняют с приводом от электродвигателя через эластичную муфту, и только некоторые фирмы в отдельных случаях (тяжелые условия эксплуатации, требующие снижения частоты вращения, применение привода от двигателя внутреннего сгорания и др.) используют клиноременную передачу.

Сторона обслуживания компрессорного агрегата определяется конструктивными особенностями компрессора.

Приборы защиты и визуального контроля в компрессорных агрегатах монтируют, как объединяя их в едином щите приборов, так и децентрализованно с использованием свободных, доступных для обслуживания мест на раме агрегата и непосредственно на компрессоре. В последнем случае приборы защиты размещают на раме, а манометры - на общем щите или раме либо на соответствующих штуцерах компрессора.

В крупных компрессорных агрегатах размещать приборы на едином щите предпочтительнее, так как это не усложняет их конструкцию и не затрудняет обслуживание компрессора, позволяет существенно упростить разводку кабеля, повышает общую степень заводской готовности агрегата. Наибольший практический эффект достигается при включении в состав щита приборов блока управления агрегатом.

Применение крупных компрессорных агрегатов в схемах многокомпрессорных установок, предусматривающих автоматическую остановку части компрессоров в зависимости от изменения потребной холодопроизводительности, вызывает необходимость в установке обратного клапана на нагнетательном трубопроводе за компрессором. Это обеспечивает отсоединение агрегата от коммуникаций и аппаратуры, находящихся под давлением конденсации. Таким образом, в течение всего периода стоянки агрегат находится под давлением кипения, что упрощает автоматический пуск компрессора. Для аммиачных компрессоров такое решение обязательное еще и по требованиям техники безопасности. При наличии маслоотделителя с автоматическим возвратом масла в компрессор обратный клапан устанавливают за маслоотделителем.

Рамы компрессорных агрегатов выполняют стальными сварными или литыми чугунными. В крупных агрегатах в последнее время широко применяют железобетонные конструкции рам, дешевые в изготовлении, требующие минимального количества армирующего металлопроката и хорошо сочетающиеся с цокольной частью фундамента агрегата. Некоторое увеличение общей массы агрегата компенсируется снижением массы фундамента, а снижение металлоемкости таких рам весьма существенно.

Муфты привода компрессора выполняют с упругим элементом, в качестве которого чаще всего используют резиновые оболочки. Основное требование, которое предъявляется к муфтам, - это возможность разбора сальника компрессора без смещения электродвигателя. Для передачи большой мощности целесообразно использовать неразрезные резинокордные оболочки или пальцевые. Применение муфт с резиновыми и резинокордными оболочками в агрегатах с поршневыми и ротационными компрессорами требует центровки валов компрессора и электродвигателя с выдержкой радиального смещения не более чем на 0,3 мм и перекосом (биением торцевых плоскостей) на радиусе 120-130 мм не более 0,3 мм.

Компрессорно-конденсаторные и компрессорно-испарительные агрегаты

Компрессорно-конденсаторные агрегаты применяют в составе холодильных машин, как правило, в тех случаях, когда испарительная часть машины не может быть объединена в одном агрегате с остальным оборудованием и должна быть расположена на достаточном удалении от него.

В двухступенчатых и каскадных холодильных машинах компрессорно-конденсаторные агрегаты являются основной разновидностью серийного оборудования, что позволяет построить унифицированный ряд при большом разнообразии испарительных систем. Такие низкотемпературные агрегаты по своим конструктивным особенностям значительно отличаются от агрегатов, которые работают в одноступенчатых машинах.

Компрессорно-конденсаторные агрегаты для одноступенчатых машин в зависимости от вида охлаждения подразделяют на агрегаты с воздушным и водяным охлаждением.

Агрегаты с воздушным охлаждением применяют, как правило, в диапазоне холодопроизводительности от 0,5 до 20 кВт. Для большей холодопроизводительности объединять воздушный конденсатор в одном агрегате с компрессором нецелесообразно из-за крупных габаритных размеров конденсатора и больших объемов прокачиваемого воздуха.

Конструктивные особенности воздушного конденсатора определяют общую компоновку агрегата на плоской опорной раме с расположением на ней компрессора, конденсатора и ресивера. Приборы защиты и контроля размещаются на раме и корпусе ресивера. На малых агрегатах манометры не устанавливают. Вентиляторы имеют автономные двигатели.

Компрессорно-конденсаторные агрегаты с водяным охлаждением применяют в диапазоне холодопроизводительности 0,5-200 кВт. Их выполняют чаще всего с верхним расположением компрессора и нижним расположением конденсатора. В зависимости от холодопроизводительности агрегата компрессор устанавливают либо на раме, которая служит опорой для конденсатора, либо на обечайке конденсатора. В состав компрессорно-конденсаторных агрегатов включают также необходимую вспомогательную аппаратуру и коммуникации рабочего вещества. Хладоновые агрегаты с водяным охлаждением имеют в своем составе, как правило, и регенеративный теплообменник.

Компрессорно-испарительный агрегат - это блок, который объединяет элементы компрессорного агрегата и испарителя. Этот агрегат компонуют так же, как и компрессорно-конденсаторный агрегаты с водяным охлаждением. Компрессорно-испарительные агрегаты применяют главным образом в холодильных машинах при холодопроизводительности свыше 100 кВт, чаще всего в случаях, когда конденсаторы имеют воздушное охлаждение и их располагают вне машинного зала.

Аппаратные агрегаты

Аппаратные агрегаты крупных холодильных машин, предназначенных для охлаждения жидких хладоносителей, выполняют, как правило, в виде конденсаторно-испарительных агрегатов, которые включают в себя регулирующую станцию, вспомогательную аппаратуру и приборы контроля, замыкая в своем составе основные коммуникации жидкого рабочего вещества. Конструктивно их выполняют чаще всего безрамными, с нижним расположением испарителя. Трубопроводы и вспомогательную аппаратуру располагают в свободном пространстве между испарителем и находящимся над ним конденсатором на обслуживаемой стороне агрегата. Приборы, комплектующие агрегат, располагают на приборном щите.

Рисунок 2. Фреоновый испарительно-конденсаторный агрегат АИК-300: 1 - щит для приборов, 2 - теплообменник, 3, 5 - соленоидные вентили, 4, 6 - фреоновые фильтры, 7, 9 - регулирующие вентили, 8 - терморегулирующий вентиль, 10 - испаритель, 11 - конденсатор

Аммиачные агрегаты, как правило, включают в свой состав отделители жидкости и маслоотделители. Особенностью хладоновых агрегатов является наличие регенеративного теплообменника. Для крупных конденсаторно-испарительных агрегатов используют регенеративные теплообменники кожухотрубного типа. Масло из теплообменника в компрессор возвращается либо путем его захвата всасываемым рабочим веществом, либо непосредственно из нижней части теплообменника в картер через перепускной клапан, который открывается только при наличии над ним определенного столба масла.

Комплексные холодильные машины

Комплексные холодильные машины используют для охлаждения жидких хладоносителей. По конструктивным особенностям агрегатирования данную группу машин можно разделить на две группы: одноагрегатные и двухагрегатные машины. Область применения той или иной группы определяется холодопроизводительностью и типом компрессора. Для удобства транспортировки и эксплуатации крупные машины делят на два агрегата. При использовании сравнительно тяжелых прямоточных компрессоров область применения одноагрегатных машин ограничена холодопроизводительностью 150-200 кВт. При использовании быстроходных непрямоточных компрессоров, а также винтовых компрессоров область применения одноагрегатных машин расширяется до 500 кВт.

Одноагрегатные машины выпускают как рамной, так и безрамной конструкции. Машины рамной конструкции выполняют и с нижним расположением компрессора, и с верхним. В первом случае аппараты расположены в верхней части агрегата, а во втором - в нижней. Возможно расположение компрессора также и в средней части агрегата - между компрессором и испарителем. По занимаемой площади последняя компоновка предпочтительнее. Для увеличения холодопроизводительности в одном агрегате отдельные фирмы включают в состав агрегата два и более однотипных компрессоров с отдельными приводами, что позволяет осуществлять ступенчатое регулирование производительности машины автоматическим пуском и остановом отдельных компрессоров. Рамы машины выполняют как из труб, так и из фасонного проката. Трубчатые рамы используют для машин малой и средней производительности. Недостатками рамной конструкции являются затруднение обслуживания компрессоров, электродвигателей и некоторое утяжеление конструкции.