Газовые холодильные машины

Содержание

 

Введение…………………………………………………………………….3

Газовые холодильные машины…………………………………………...4 Парокомпрессионные холодильные машины…………………………..7

Заключение…………………………………………………………………9

Список использованной литературы…………………………………….10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

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.

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.

 

 

 

 

Газовые холодильные машины

 

Газовые холодильные машины - установки для получения низкотемпературного холода (главным образом в интервале температур (12 ÷ 150) К путём расширения сжатого газа. Характерная особенность Г.Х.М. заключается в том, что применяемое рабочее тело (гелий, водород, неон, азот или воздух) совершает весь холодильный цикл, оставаясь неизменно в газовой фазе. Как правило, Г.Х.М. представляет собой совокупность нескольких агрегатов (рисунок 1).

 

Рисунок 1 Принципиальная схема холодильно-газовой  машины

 

К — компрессор;

Х — холодильник;

Т-Р — теплообменник-регенератор;

РУ — расширительное устройство;

Н — охлаждаемый объект.

 

 Рабочее тело, сжатое в компрессоре,  проходит через водяной или  воздушный холодильник, где отводится теплота сжатия, и после предварительного охлаждения в теплообменнике-регенераторе поступает в расширительное устройство. Полученный после расширения холодный газ охлаждает в камере объект и либо через теплообменник-регенератор возвращается в компрессор на повторное сжатие (замкнутый цикл), либо выбрасывается в атмосферу (разомкнутый цикл). Вид расширительного устройства определяется выбранным способом расширения сжатого газа. В Г.Х.М. наиболее часто используются Холодильные циклы, основанные на: дросселировании сжатого газа через суженное отверстие (Джоуля - Томсона эффект); расширении сжатого газа в Детандере с производством внешней работы; расширении газа из постоянного объёма без совершения внешней работы. Цикл с дросселированием является самым простым, но термодинамически малоэффективным и поэтому применяется только для очень малых Г.Х.М. (т. н. микроохладителей). Благодаря высокой эффективности наибольшее распространение получили Г.Х.М. с детандерами, а среди них установки типа «Филипс», которые обычно представляют собой комбинацию в одном блоке компрессора, теплообменника-регенератора и детандера. Работают по обратному холодильному циклу Стирлинга, состоящему из двух изотерм и двух изохор. По теоретической эффективности этот цикл равноценен Карно циклу. Г.Х.М. с детандерами строятся на Холодопроизводительность от нескольких вт при (12 ÷ 15) К до десятков квт при 77 К. Для Г.Х.М. небольшой производительности наряду с детандерными циклами применяется также цикл, предложенный в 1959 Джиффордом и Мак-Магоном (т. н. тепловой насос), где использовался эффект охлаждения при расширении без совершения внешней работы. Основной элемент машины (рисунок 2) — пластмассовый поршень-вытеснитель, перемещающийся в тонкостенном цилиндре с объёмами V₁ (тёплый) и V₂ (холодный), которые соединены через высокоэффективный регенератор с насадкой из тонкой металлической сетки. Давление газа в обоих объёмах практически одинаково, и при перемещении поршня работа не совершается. Заполнение системы сжатым газом начинается при V₁ = 0. При движении поршня вверх вошедший газ охлаждается в регенераторе, расширяется и охлаждается в объёме V₁, отводя при этом теплоту от объекта охлаждения. При обратном движении поршня газ подогревается в регенераторе и покидает систему при температуре, превышающей температуру поступившего из компрессора газа. Разность энтальпий входящего и выходящего потоков газа определяет холодопроизводительность цикла. Энергия, отнятая от охлаждаемого объекта, передаётся в окружающую среду в виде теплоты. Термодинамическая эффективность такого цикла ниже, чем у циклов с детандером. Однако Г.Х.М., работающие по данному циклу, компактны, просты по конструкции, легко могут быть выполнены в виде многоступенчатой системы, что позволяет получить весьма низкие температуры (80 ÷ 100 К при одной ступени и 14 ÷ 20 К при трёх).        

 Г.Х.М. применяются для охлаждения приёмников излучения, квантовых усилителей (мазеров) и т.д., а также для сжижения газов.        

 

  

Рисунок 2. Схема холодильно-газовой  машины Джиффорда — Мак-Магона

 

К — компрессор;

1 — цилиндр; 

2 — поршень-вытеснитель;

3 — регенератор;

4 — охлаждаемый объект;

5 — впускной клапан;

6 — выпускной клапан.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Парокомпрессионные холодильные  машины

 

Наибольшее распространение в  области умеренного холода получили парокомпрессионные холодильные машины. Именно они составляют наибольшую (можно сказать подавляющую) часть парка всех работающих в мире установок. У них по сравнению с машинами других типов более высокий (при прочих равных условиях)холодильный коэффициент и наименьший расход энергии при эксплуатации. В их составе применяются компрессоры различных. Поршневые компрессоры имеют высокий коэффициент, однако для них характерна большая, чем для компрессоров других типов, вибрация и они менее надежны из-за наличия клапанов, которые гораздо чаще других детален выходят из строя. Поршневые очень хороши в машинах малой и средней холодопроизводительности и чересчур громоздки, тяжелы и менее энергетически эффективны в машинах большой холодопроиэводительности. В последнее время начали широко использовать винтовые, которые в области малых холодопроизводительностей пока не могут конкурировать с поршневыми по энергетической эффективности, но почти сравниваются с ними по этому показателю в области средних холодопроизводительностей. Главное достоинство винтовых компрессоров — высокая надежность. Это, а также компактность и незначительная вибрация обусловили широкое применение винтовых компрессоров вначале в судовых холодильных установках, а затем в установках разных отраслей народного хозяйства. К недостаткам следует отнести повышенный уровень шума и громоздкость масляной системы. 
          Винтовой компрессор работает энергетически эффективно в случае, если его внутренняя степень сжатия, неизменная из-за заданной геометрии рабочих органов, совпадает с отношением давлений конденсации и кипения в холодильном цикле. Это отношение определяется внешними условиями и часто не равно внутренней степени сжатия. При их несовпадении ухудшаются энергетические показатели агрегата. Недавно появились конструкции винтовых компрессоров с изменяющейся внутренней степенью сжатия, а значит, и с возможностью автоматически подстраиваться под меняющиеся внешние условия с целью добиться наилучшей энергетической эффективности. По мере совершенствования они постепенно будут заменить как поршневые,так и до известного предела компрессоры центробежного типа.  
          Центробежные компрессоры, обслуживающие парокомпрессионные машины особенно большой холодопроизводительности, не имеют конкурентов в своей области применения. Они компактны, хорошо уравновешенны, достаточно надежны. У них довольно просто и эффективно регулируется холодопроизводительность. Однако весьма трудно добиться удовлетворительных показателей у центробежных компрессоров при не очень большой холодопроизводителыюсти (менее ~250 кВт). 
          Таким образом, в настоящее время в составе парокомпрессионных машин работают в основном поршневые, винтовые и центробежные компрессоры. Остальные существующие типы компрессоров (ротационные, роторно-поршневые, спиральные и др.) используются ограниченно по разным причинам. Например, ротационные многопластинчатые компрессоры — нз-за больших энергетических потерь. Новые типы компрессоров, такие как роторно-поршневые или спиральные, еще проходят этап освоения и доводки. Недавно появились конструкции винтовых компрессоров с изменяющейся внутренней степенью сжатия, а значит, и с возможностью автоматически подстраиваться под меняющиеся внешние условия с целью добиться наилучшей энергетической эффективности. По мере совершенствования винтовые компрессорыпостепенно будут заменить как поршневые,так и до известного предела компрессоры центробежного типа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

Холодильная машина - устройство, служащее для отвода теплоты от охлаждаемого тела при температуре более низкой, чем температура окружающей среды. Газовые холодильные машины - установки для получения низкотемпературного холода (главным образом в интервале температур (12 ÷ 150) К путём расширения сжатого газа. Характерная особенность Г.Х.М. заключается в том, что применяемое рабочее тело (гелий, водород, неон, азот или воздух) совершает весь холодильный цикл, оставаясь неизменно в газовой фазе. Наибольшее распространение в области умеренного холода получили парокомпрессионные холодильные машины. Именно они составляют наибольшую (можно сказать подавляющую) часть парка всех работающих в мире установок. У них по сравнению с машинами других типов более высокий (при прочих равных условиях)холодильный коэффициент и наименьший расход энергии при эксплуатации. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованной литературы

 

1 Газовые холодильные машины // URL: http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/147714/Холодильно (дата обращения: 30.10.2013).

2 Парокомпрессионные холодильные машины // URL: http://www.xiron.ru/content/view/11983/91/ (дата обращения: 30.10.2013).