Холодильные установки морских судов

 В настоящее время все суда имеют холодильные установки (обычные холодильники, обеспечение охлаждения воздуха помещений и т.д.),а отдельные суда (рефрижераторы, морозильные траулеры, газовозы) имеют очень мощные холодильные установки (ХУ).

Наиболее распространенными на флоте являются паровые компрессорные холодильные установки, в которых в качестве рабочего тела (хладоагента) используются пары и конденсат низкокипящих жидкостей (имеющих ts<100oC). Такими жидкостями являются СО2, SO3, NH3.

Основной задачей ХУ является «перекачка» тепла с более низкого на более высокий температурный уровень. В качестве насоса для такой «перекачки» служит компрессор – основной узел, «сердце» ХУ.

Все холодильные установки работают по обратному циклу, который для совершения требует затрат работы. В цикле иногда работают два рабочих тела – хладоагент и хладоноситель (воздух или концентрированный раствор соли NaCl).

Цикл и принципиальная схема работы ХУ (в качестве хладоагента использован аммиак) показаны на рис. 53.

Рис. 53

 

При сравнительно низком давлении хладоагент (чаще на транспортных судах применяется фреон) в парообразном состоянии после поступает в компрессор (т.1), где проходит его адиабатное сжатие. При этом повышается р и t. В т.2 хладоагент находится в состоянии СНП. Далее хладоагент поступает в конденсатор, охлаждаемый забортной водой, где изобарно и изотермно конденсируется, отдавая забортной воде свое тепло (скрытую теплоту парообразования). Далее конденсат хладоагента пропускается через дроссельный (редукционный) вентиль, в результате чего его давление заметно снижается практически до значения давления всасывания. В результате дросселирования хладоагент превращается в парожидкостную смесь (эмульсию). При этом температура падает ниже 273 К. Процесс дросселирования, как принципиально необратимый, изображается условно, причем i3 = i4.

С параметрами в т.4 влажный пар хладоагента поступает в испаритель, где подсушивается за счет испарения содержащихся в нем капелек жидкого хладоагента. Тепло для этого приносится хладоносителем, температура которого вследствие теплопередачи понижается. Хладоноситель прокачивается через холодильные камеры (охлаждаемые помещения), где его температура повышается за счет несовершенства внешней теплоизоляции камер или внутренних теплопритоков.

Таким образом, за счет затраты механической энергии на привод компрессора, осуществляется отбор тепловой энергии от низкотемпературного источника и ее передача высокотемпературному источнику.

Количество отбираемого тепла (подводимого в цикл) q2 определяется площадью под 4-1, количество же тепла q1, отводимого от цикла (при конденсации) эквивалентно площади под 2-3. Очевидно, что q1 > q2. По закону сохранения и превращения энергии, q1 – q2 = ;

= пл.b32d – пл. c41d.

Исходя из физической сущности процесса 3-4 i3 = i4, или по площадям

пл. а53b = пл. а54c, следовательно, пл. 536 = пл. b64c, и поэтому, пл. b64с можно заменить на пл. 536.

В результате получим

 = q1 – q2 = i2 – i1.

Согласно изложенному, работа цикла не равна площади цикла, а больше ее. Это показывает условность графического изображения необратимых процессов.

Величина q2 называется холодопроизводительностью и если процесс в испарителе продлить до т. 1′, то холодопроизводительность существенно увеличится. При этом сжатие осуществляется в области перегретого пара, и в отличие от предыдущего («влажный») данный цикл называется «сухим». Экономические показатели его ниже (холодопроизводительность увеличивается по прямоугольнику d11׳s, а работа – еще и по треугольнику 22’к).

Совершенство холодильных установок оценивается:

1. Холодопроизводительностью q2= i1 – i4.

2. Работой компрессора

3..

4. Холодильным коэффициентом

5..

На практике применяют два типа систем охлаждения помещений для хранения продуктов: непосредственную и рассольную. На рисунке изображен второй тип систем, применяемый для охлаждения трюмов рыбопромысловых судов.

12.2 Циклы воздушных, пароэжекторных и абсорбционных

холодильных установок

 

 На рис.54 изображена схема воздушной холодильной установки и ее цикл в р-v и T-s координатных системах.

Рис. 54

В воздушной холодильной установке применяется наиболее удобное (безвредное) и доступное рабочее тело (хладоагент). Она работает следующим образом. Воздух, охлаждающий помещение П, сжимается в компрессоре К (процесс 1-2), в результате чего его температура увеличивается. Далее воздух при постоянном давлении охлаждается водой в теплообменнике ТО до температуры окружающей среды (процесс 2-3) и поступает в детандер (расширительный цилиндр) Д, где расширяется до первоначального давления (процесс 3-4). При этом температура воздуха падает до минус 60

70оС и холодный воздух направляется в помещение П для его охлаждения, откуда, нагреваясь, опять поступает в компрессор.

Цикл воздушной холодильной установки является термодинамически несовершенным, а установка малоэкономична и громоздка. На рис. 55 показана схема пароэжекторной холодильной установки.

Пар из испарительной камеры И поступает

в камеру смешения эжектора Э. Туда же через сопло подается пар из котла К. Смесь пара сжимается в диффузоре эжектора и поступает в конденсатор Кр, где, отдавая теплоту парообразования, полностью конденсируется. При выходе из конденсатора конденсат разделяется на два потока. Один дросселируется в регулирующем вентиле РВ, где происходит падение давления и температуры жидкости и небольшая часть

                    Рис. 55

жидкости превращается в пар. Полученная парожидкостная смесь (со степенью сухости до 10%) поступает в испаритель. Преимуществом пароэжекторной холодильной установки является отсутствие компрессора.

Абсорбцией называется процесс поглощения одного тела другим. Для работы абсорбционной холодильной установки подбираются растворы двух тел, полностью растворимых одно в другом и отличающихся температурой кипения. Принципиальная схема абсорбционной ХУ показана на рис. 56 и ее работа протекает следующим образом.

В парогенераторе К при подводе теплоты q1 хладоагент выпаривается из бинарной смеси и в виде почти сухого насыщенного пара направляется в конденсатор Кр, где полностью конденсируется и отдает свою теплоту парообразования охлаждающей воде. Далее хладоагент дросселируется в РВ, в результате чего его давление падает и температура уменьшается до температуры более низкой по сравнению с температурой охлаж-

                        Рис. 56

даемого помещения И. Здесь хладоагент, получая теплоту от охлаждаемых тел, испаряется, превращаясь во влажный пар.

Далее последний поступает в абсорбер А, где, отдавая теплоту абсорбции

охлаждающей воде, полностью поглощается абсорбентом. Из абсорбера раствор большой концентрации подается насосом Н в парогенератор.

Абсорбент со слабой концентрацией агента через дросселирующий вентиль

ДВ (где давление и температура смеси падают) направляется в абсорбер.

 

12.3 Контрольные вопросы

1. Какие вещества используются в качестве хладоагентов и хладоносителей в холодильных установках?

2. Приведите схему, изобразите цикл и опишите парокомпрессорную холодильную установку.

3. Что такое холодильный коэффициент и что такое холодопроизводительность холодильной установки?

4. Какие существуют методы повышения холодопроизводительности холодильных установок?

5. Что такое «мокрый» и «сухой» циклы холодильных установок?

КОМПРЕССОРЫ

 

Компрессоры

К компрессорам относятся:

1. Вентиляторы, создающие избыточное давление газа до 0,1 ат.

2. Воздуходувки, создающие избыточное давление газа до 2 ат.

3. Собственно компрессоры – от 2 ат до неограниченного давления.

При работе компрессора, в процессе сжатия газов, резко возрастает его температура. Последнее обстоятельство неприятно не только тем, что повышение to влечет значительные дополнительные затраты работы. При этом термические нагрузки на подвижные детали компрессора возрастают, что затрудняет смазку трущихся деталей. Степень повышения давления (

должна быть менее восьми, так как при большем

происходит возгорание масла.

Для повышения давления сжимаемого газа и экономичности обычно применяют не одноступенчатое, а многоступенчатое сжатие с промежуточным охлаждением сжимаемого газа между ступенями.

Схематично 3-х ступенчатый поршневой компрессор представляет собой систему из 3-х поршней различного диаметра, жестко сидящих на одном валу и движущихся каждый в своем цилиндре (рис.57).

Рис. 57

В данном компрессоре между цилиндрами устанавливаются поверхностные водяные холодильники, проходя через которые газ, не снижая своего давления, уменьшает свою температуру до значения, близкого к tо охлаждающей среды. Обычно Р2/Р1=Р4/Р3=Р6/Р5=

. Отсюда

=Р2 Р4 Р6/Р1Р3Р5. Степень повышения давления в каждой ступени

. Или при n ступенях

.                                                  (140)

Очевидно, что работа многоступенчатого компрессора определяется как сумма работ всех ступеней.