Техническая характеристика

I, кДж/кг

Рис. 4. Изменение цикла холодильной машины с понижением температуры кипения

Это объясняется тем, что при дросселировании до более низкого давления р_0a (процесс 3-4а) хладагент поступает в испаритель с большим содержанием пара(x_4a>х₄).

Удельная работа сжатия компрессора с понижением температурыкипения увеличивается (l_a=i_2a-i_1a).

При этом уменьшается удельная массовая холодопроизводительность компрессора (q_0км=i₁-i₄) и повышается температура сжатия пара в компрессоре (t_2a>t₂).

С понижением температуры и давления кипения увеличивается удельный объем всасываемого пара (v_1a>v₁), что приводит к существенному уменьшению удельной объемной холодопроизводительности компрессора q_vкм.

Таким образом, с понижением температуры кипения:

- уменьшается холодопроизводительность машины; снижается ее энергетическая эффективность, так как уменьшается значение холодильного коэффициента ε=q₀/l;

- ухудшаются рабочие характеристики компрессора, так как с увеличением отношения давлений p_к/p_о и их разности p_к-p_о растет нагрузка на механизм движения и повышается температура сжатия.

К аналогичным отрицательным последствиям приводит повышение температуры конденсации и соответствующего давления конденсации. Кроме того, увеличивается нагрев компрессора и потребление электроэнергии. Однако, если понижение температуры кипения на 1 °С уменьшает холодопроизводительность машины на 4…5 %, то повышение температуры конденсации на 1 °С снижает ее всего на 1...2 % (в зависимости от типа холодильной машины и условий ее работы).

Отрицательных последствий влияния большого значения отношения р_к/р₀ на характеристики холодильной машины можно избежать заменой одноступенчатого рабочего цикла многоступенчатым. Считается, что переходить к многоступенчатому сжатию следует, если р_к/р₀ >8.

Наиболее распространены двухступенчатые холодильные машины, создающие необходимые условия для холодильной обработки и хранения замороженных пищевых продуктов.

Определение основных характеристик каскадной холодильной установки

В ряде случаев, обычно для экспериментальных или других специальных целей, необходимо получать низкие температуры – порядка -80...-150 °С. Использование в этих случаях многоступенчатых холодильных машинбнецелесообразно и невыгодно вследствие очень низкого давления кипения.

Так, при работе на хладагенте среднего давления R12 или R22 давление кипения будет существенно ниже атмосферного, а удельный объем пара, всасываемого компрессором, очень большим. Поэтому компрессор нижней ступени будет иметь увеличенные габаритные размеры и металлоемкость.

Применение одного хладагента высокого давления невозможно из-за низкой критической температуры, а аммиак вообще нельзя использовать, так как его температура замерзания -78 °С.

Для получения низких температур эффективны каскадные холодильные машины. Они представляют собой систему отдельных одноступенчатых или двухступенчатых машин, работающих на разных хладагентах.

На рис. 6 показана принципиальная схема наиболее простой каскадной двухступенчатой фреоновой холодильной машины.

Рис. 6. Принципиальная схема каскадной двухступенчатой

фреоновой холодильной машины

Она состоит из двух одноступенчатых холодильных машин, одна из которых – нижняя ступень каскада – работает на хладагенте R 13, а другая – верхняя ступень – на хладагенте R 22.

Обе ступени каскадной машины объединяет один общий аппарат конденсатор-испаритель КД-И. Он служит конденсатором для хладагента R 13 и испарителем для хладагента R 22. В нем теплота конденсации R 13 передается кипящему R 22.

Использование в нижней ступени R 13 позволяет иметь в испарителе низкую температуру кипения (до -80 °С) при давлении кипения р₀ выше атмосферного. Напомним, что нормальная температура кипения R 13 t_н.к=-81,6 ^cС, а температура замерзания t_З= -180°С.

Сравнительно малый объем всасываемого пара v₁ обусловливает небольшие габаритные размеры и металлоемкость компрессора нижней ступени.

Значительно меньше у R 13 по сравнению с R 22 и отношение давлений р_К/p₀. Если принять температуру кипения t₀= -80 °С, а конденсации в КД-И t_К= -40 °С, то отношение р_К/p₀ будет для R22 равно 10,2, для R 13 – 5,5, т. е. примерно в 2 раза меньше, что весьма существенно отражается на рабочих характеристиках компрессора.

Определение теплопритоков холодильной камеры и подбор компрессора

Расчет теплопритоков выполняют для определения мощности холодильной установки, а также для определения тепловой нагрузки на компрессоры и камерное оборудование.

Мощность холодильной установки должна быть достаточной для компенсации всех теплопритоков, поступающих в охлаждаемые помещения или возникающих в них, а также теплопритоков к рабочим веществам (холодильным агентам и хладоносителям) при их транспортировании по трубопроводам.

Расчет выполняют отдельно по всем камерам и аппаратам. При этом общий теплоприток составляет

, кВт (30)

где Q₁ – теплопритоки через ограждения (стены, полы, перекрытия, покрытия и т.д.), кВт;

Q₂ – теплопритоки от продуктов при их холодильной обработке и хранении, кВт;

Q₃ – теплопритоки от наружного воздуха, поступающего в помещения при их вентиляции, кВт;

Q₄ – эксплуатационные теплопритоки (при открывании дверей камер, пребывании в них кладовщиков и грузчиков, от освещения камер и пр.), кВт;

Q₅ – теплопритоки от плодов и овощей при их дыхании, кВт.

Период, для которого определяют теплопритоки, называют расчетным. В качестве расчетного принимают наиболее напряженный период работы холодильной установки. Обычно за расчетный принимают период, в котором совпадает максимум двух теплопритоков Q₁ и Q₂ (период, соответствующий наиболее высокой температуре наружного воздуха и максимальному поступлению продуктов в холодильник).

Для расчетов теплопритоков необходимы планы и разрезы холодильника с размерами камер, заданные температуры, ориентировка холодильника по сторонам света и климатические условия.

Теплопритоки через ограждения Q₁ определяют для каждой камеры отдельно

Q₁ = Q_1Т + Q_1С, (31)

где Q_1Т и Q_1С – теплопритоки в охлаждаемое помещение соответственно вследствие разности температур и действия солнечной радиации, кВт

, (32)

, (33)

где k_Д – действительный коэффициент теплопередачи наружного ограждения, зависит от конструкции ограждений и для холодильных камер лежит в диапазоне 0,22...0,58 Вт/(м²×К); F – площадь поверхности наружного ограждения, м²; t_нр – расчетная температура наружного воздуха (принимается по справочным данным), ^оС;

t_в – температура воздуха в охлаждаемом помещении (принимается по технологическим нормам в зависимости от назначения камер и вида продуктов), ^оС; Dt_c – избыточная разность температур, вызванная действием солнечной радиации и принимаемая по нормативным материалам в зависимости от характера ограждения и ориентации его по сторонам света, ^оС.

Теплопритоки от продуктов при их холодильной обработке и хранении определяются по формуле

, (34)

где G_пр – количество продуктов, поступающих на охлаждение, кг/сутки; с_пр – теплоемкость продуктов, Дж/(кг×К); G_пр – масса тары продуктов, кг; с_т – теплоемкость материала тары, Дж/(кг×К); t_н и t_к – начальная и конечная температуры продуктов и тары ), °С.

Теплопритоки от наружного воздуха, поступающего в помещения при их вентиляции

, (35)

где а – кратность смены воздуха камеры в сутки; V – объем вентилируемых камер, м³; r_в – плотность воздуха, кг/м³; I_нр, I_кам –энтальпия наружного воздуха и воздуха в камере соответственно.

Эксплуатационные теплопритоки определяются поформуле

, (36)

где – теплоприток от системы освещения, кВт,

, (37)

– удельный теплоприток от системы освещения, Вт/м²;

F – площадь камеры, м²,

– теплоприток от электродвигателей, кВт,

, (38)

– коэффициент одновременности работы электродвигателей;

– общая мощность электродвигателей, кВт;

– КПД электродвигателей, кВт,

– теплоприток от обслуживающего персонала, кВт,

, (39)

n– количество обслуживающего персонала, Вт/м²;

– теплоприток при открывании дверей, кВт,

, (40)

– удельный теплоприток, возникающий при открывании дверей, Вт/м².

Теплопритоки от плодов и овощей при их дыхании определяются с учетом удельной теплоты дыхания по формуле

, (41)

где – удельная теплота дыхания плодов и овощей при их охлаждении, Вт/т;

G_пр – масса плодов и овощей, поступающих на охлаждение, т/сут;

– удельная теплота дыхания плодов и овощей при их хранении, Вт/т;

E – емкость холодильной кмеры, т.

Необходимая холодопроизводительность компрессора определяется по формуле

, (42)

где k_тр – коэффициент, учитывающий потери при транспортировке холода (для установок непосредственного охлаждения k_тр=1,05…1,07, для установок с охлаждением хладоносителем k_тр=1,1…1,12);

Q₀ – расчетная тепловая нагрузка на компрессор, получаемая при расчете теплопритоков в камеры, кВт;

b_р – коэффициент рабочего временикомпрессора (b_р=0,75..0,92).

Испытание льдогенератора «Блексматик В 41 Электроник»

Искусственный водный лед изготовляют из пресной или морской воды и рассолов в льдогенераторах непосредственного и рассольного охлаждения. По форме выпускается лед блочный, плиточный, цилиндрический (трубчатый), чешуйчатый и снежный.

При расчете льдогенераторов определяют их производительность, продолжительность замораживания, тепловую нагрузку на аппараты. После расчета осуществляют подбор холодильного оборудования (испарителей, компрессоров, конденсаторов, насосов для воды и др.).

В связи с большим разнообразием форм льда и типов льдогенераторов расчеты выполняют с использованием различных зависимостей. При этом продолжительность замораживания определяют с помощью соотношения Р. Планка, представленного в различных вариантах.

Лабораторная установка (рис. 8) состоит из собственно льдогенератора, прибора для измерения температуры с термопарами, подсоединенными к теплообменным аппаратам льдогенератора, систем подачи водопроводной воды и отвода её в канализацию.

Рис. 8. Общий вид установки для испытания льдогенератора:

1, 2, 3, 4 – сигнальные лампы; 5 – тумблер включения льдогенератора;

6 – верхняя крышка; 7 – дверца термостата; 8 – потенциометр

Льдогенератор предназначен для получения пищевого льда или замороженных напитков в виде гранул. Он имеет герметичный холодильный агрегат (рис. 8), систему управления, подвижные резервуары и ванну для воды, систему подъема и опускания резервуара и ванны, резервуар для льда (термостат), установленных в корпусе. На лицевой панели льдогенератора расположены тумблер 5 включения и выключения льдогенератора; сигнальные лампы 1-4; открывающаяся дверца термостата 7. Корпус закрывается сверху легкосъемной крышкой 6. Льдогенератор работает следующим образом.

Пары холодильного агента (фреона R12) сжимаются в компрессоре 1 до 0,6...0,8 МПа и нагнетаются в конденсатор 2 (рис. 9).

Рис. 9. Схема холодильной установки льдогенератора: 1 – компрессор; 2 – конденсатор; 3 – ресивер; 5 – регенеративный теплообменник; 6 – испаритель; 7 – терморегулирующий вентиль; 8, 9 – электромагнитные клапаны

Рис. 10. Гидравлическая схема льдогенератора: 1 – запорный вентиль; 2, 6 – электромагнитные клапаны; 3 – подвижный резервуар; 4 – подвижная ванна; 5 – испаритель

Фреон конденсируется, отдавая теплоту наружному воздуху. Жидкий R12 сливается в ресивер 3, затем проходит через фильтр-осушитель 4, где удаляются следы воды и осуществляется контрольная фильтрация. После фильтрации R12 поступает в регенеративный теплообменник 5, в котором происходит теплообмен между жидким фреоном и его парами, идущими из испарителя.

В терморегулирующем вентиле 7 давление R12 снижается до 0,06...0,10 МПа, и фреон в виде паро-жидкостной смеси поступает в испаритель 6, где кипит, отнимая теплоту у заморажи- ваемой воды. Пары R12 проходят через регенеративный теплообменник 5 и засасываются в компрессор.

К трубкам испарителя припаяны медные лужёные цапфы, которые оказываются погруженными в воду при заполненной подвижной ванне. Вследствие высокой теплопроводности меди температура цапф близка к температуре кипения фреона. Вода намерзает на цапфах в виде чашек (гранул), размер которых контролируется датчиком. По окончании стадии намораживания автоматически открываются электромагнитные клапаны 8, 9 и горячие пары фреона из компрессора поступают непосредственно в испаритель. Гранулы льда подтаивают. Сконденсировавшийся фреон из испарителя стекает в ресивер 3. После освобождения цапф от гранул льда электромагнитные клапаны 8 и 9 закрываются.

Вода подается из водопровода через вентиль 1 (рис. 10). После включения льдогенератора открывается электромагнитный клапан 2, и водопроводная вода поступает в подвижный резервуар 3, связанный тягами с подвижной ванной 4. Масса резервуара увеличивается, он опускается вниз. При этом ванна 4 поворачивается и занимает горизонтальное положение. Вода по трубке наливается в ванну до уровня, контролируемого датчиком. При соприкосновении электрода датчика с водой электромагнитный клапан 2 закрывается. Включается холодильная установка. Льдогенератор работает в системе намораживания.

Техническая характеристика

Средняя масса льда, получаемого в течение

одного рабочего цикла………………………….1,0 кг

Масса льда, получаемого за сутки……………..36,0 кг

Расход воды на один цикл………………………4,2 дм³

Максимальная масса льда в наполненном

Термостате……………………………………….10,0 кг

Холодильный агент……………………………..фреон R12

Масса хладагента………………………………..0,5 кг

Максимальная мощность………………………0,4 кВт

Габаритные размеры………………..528×470×1080 мм

Масса…………………………………………….80,0 кг

Когда размер гранул льда на цапфах достигнет заданного значения, компрессор выключается. Открывается выпускной электромагнитный клапан 6. Вода из подвижного резервуара 3 вытекает в канализацию. Резервуар поднимается. Ванна 4 поворачивается вокруг оси и занимает вертикальное положение. Незамерзшая вода из ванны стекает в термостат и удаляется в канализацию. Ванна нажимает на язычок датчика положения. Льдогенератор начинает работать в режиме оттаивания.

Слой льда, соприкасающийся с цапфами, подтаивает. Гранулы льда освобождаются и падают на решетку термостата. Время оттаивания устанавливается автоматически. Электромагнитный клапан 6 закрывается и цикл повторяется.

Если термостат полностью заполнится гранулами льда, льдогенератор автоматически отключается, пока лёд не будет отобран. Сигнальные лампы на передней панели показывают стадии цикла работы.

Снимите верхнюю крышку 6 (рис. 9). Определите размеры подвижной ванны: длину l, м, ширину b, м, высоту h, м. Подсчитайте количество цапф испарителя n, шт их диаметр d, м.

Прикрепите термопары к поверхностям теплообменных аппаратов льдогенератора: первую – к трубопроводу подвода паров фреона к компрессору, вторую – к трубопроводу отвода сжатых паров фреона от компрессора, третью – к поверхности компрессора, четвертую – на трубопроводе перед терморегулирующим вентилем, пятую – после терморегулирующего вентиля, шестую – в ванне на расстоянии 2...3 мм от цапфы испарителя. Откройте вентиль подачи воды из водопровода 1. Включите потенциометр и льдогенератор.

При заполнении подвижной ванны водой измерьте линейкой высоту её слоя , м и глубину погружения цапф в воду , м. Внесите эти данные в табл. 7. Закройте крышку льдогенератора. Все последующие измерения проводите через два цикла работы льдогенератора. Секундомером замерьте время отдельных операций цикла работы льдогенератора и занесите данные в табл. 8.

Откройте крышку льдогенератора и штангенциркулем измерьте наружный диаметр гранулы льда d_r, м. Закройте крышку. Все гранулы льда, получаемые за цикл, поместите в поддон и определите их массу , кг. В течение цикла определите по потенциометру температуру на поверхностях теплообменных аппаратов холодильного агрегата, начальную температуру воды , ⁰С и конечную среднюю температуру гранулы льда , ⁰С. Замеры произведите в течение 2...3 циклов. Результаты внесите в табл. 9. Выключите льдогенератор и потенциометр, отсоедините штепсельный разъём, закройте вентиль подачи воды 1.

Таблица 9. Протокол испытаний

Изучение работы барабанного льдогенератора чешуйчатого льда

Барабанный льдогенератор (рис. 11) состоит из вымораживающего барабана 1, частично погруженного в поддон 2, системы подачи жидкости в поддон, системы подачи хладагента во внутреннюю полость барабана.

Барабан представляет собой обечайку диаметром 160 мм с толщиной стенки 6 мм, выполненной из нержавеющей стали Х18Н10Т. Внешняя поверхность обечайки шлифована. Во внутреннюю полость наружной обечайки вставлена внутренняя обечайка 3, играющая роль вытеснительной полости, при этом обеспечивается зазор между обечайками шириной 4 мм для прохода хладагента. Барабан снабжен опорами и сальниковым уплотнением 4, обеспечивающим подвод и отвод хладагента. Вал 5 барабана вращается в двух опорных шарикоподшипниках 6. Приводом барабана служит электродвигатель 7 марки АОЛ-2-II-4, соединенный при помощи клиноременной передачи с червячным редуктором и оборудованный набором шкивов для ступенчатого изменения частоты вращения вымораживающего барабана от 0,02 до 0,2 с^-1.

Рис. 11. Схема барабанного льдогенератора:

1 – барабан; 2 – поддон; 3 – внутренняя обечайка; 4 – сальниковое

уплотнение; 5 – вал; 6 – опорные шарикоподшипники; 7 – электродвигатель; 8 – хромель – копелевые термопары; 9 - токосъемники; 10 – потенциометр КСП-4; 11, 12, 13 – ртутные термометры; 14 – нож; 15 – мерная линейка; 16 – расходный бачок; 17 – компрессор; 18 – конденсатор; 19 – ресивер; 20 – фильтр-осушитель; 21 – терморегулирующий вентиль; 22 – чувствительный патрон; 23 – реле давления; 24 – шкальный индикатор; 25, 26 – манометры

Поддон барабана 2 изготовлен из листовой нержавеющей стали толщиной 1,0 мм и снаружи изолирован паралоном, толщиной 20 мм. Для замера температуры жидкости, поступающей в поддон барабана, служит ртутный термометр 11 с ценой деления 0,1 ⁰С и с пределами измерения температуры –10 ⁰С...+50 ⁰С. Для замера температуры жидкости в поддоне барабана служит ртутный термометр 12, а для замера температуры жидкости, отводимой из поддона, служит ртутный термометр 13 с пределами измерения –10 ⁰С...+50 ⁰С и ценой деления 0,1 ⁰С. Для съема вымороженного льда служит нож 14.

Система подачи жидкости в поддон барабана состоит из расходного бачка 16, регулирующего вентиля, которым регулируется подача жидкости в поддон. Слив жидкости из поддона барабана осуществляется через специальный патрубок в воронку, что позволяет дополнительно контролировать расход жидкости, проходящей через поддон мерным цилиндром. Температура жидкости при входе в поддон, в поддоне и при выходе из поддона контролировалась ртутными термометрами 11, 12, 13.

Система подачи хладагента во внутреннюю полость барабана состоит из холодильного агрегата ФАК-1,5М3, включающем поршневой сальниковый компрессор 17 марки 2ФВ-4/4,5, четырехсекционный конденсатор 18, ресивер 19, фильтр-осушитель 20 марки ФО-80, терморегулирующий вентиль 21 марки 12ТРВ, чувствительный патрон 22, реле давления 23 марки РД-3-01, всасывающий вентиль, нагнетательный вентиль, вентиль конденсатора, электродвигатель. Давление во всасывающей и нагнетающей магистрали компрессора контролируется при помощи манометров 25, 26.