Мальгина Е.В., Мальгин Ю.В. Холодильные машины и установки - файл n1.doc

приобрести
Мальгина Е.В., Мальгин Ю.В. Холодильные машины и установки
скачать (67307.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc70476kb.07.10.2004 19:15скачать

n1.doc

  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   32
УДК 621. 56/59

Рецензенты: д-р техн. наук А. А. Гоголин, Г. 3. Свердлов

Издательство «Пищевая промышленность», 1973 г.
337-069

М ————— 69-73

044(01)-73

Евгения Викторовна МАЛЬГИНА

Юрий Васильевич МАЛЬГИН

Холодильные машины и установки

Редактор Е. М. Крестьянинова

Худож. редактор С. Р. Нак

Техн. редактор Г. Б. Жарова

Корректоры В. П. Патик, Г. А. Дорошина

Художник С. Н. Орлов

———————————————————————————————-

Т-01883 Сдано в набор 15/IХ—1972 г. Подписано в печать 25/IV—1973 г. Формат 84 X 108/32 Бумага типограф. № 21 Печ. л. 19, 0 + 1 вкл. = 19, 5 = = 32, 76 усл. п. л. Уч. -изд. л. 32, 84 Тираж 70000 экз. Цена 1 р. 19 к. Зак. 635

———————————————————————————————-

Издательство «Пищевая промышленность» 113035, Москва М-35, 1-й Кадашевский пер., Д. 12

Владимирская типография Союзполиграфпрома

при Государственном комитете Совета Министров СССР

по делам издательств, полиграфии и книжной торговли

Гор. Владимир, ул. Победы, д. 18-6.

ПРЕДИСЛОВИЕ
Искусственный холод применяют во многих отраслях народного хозяйства: в химической промышленности, машиностроении, строительстве, фармацевтической промышленности и в медицине; при создании искусственного климата в закрытых помещениях (кондиционирование воздуха) и искусственных ледяных катков, а также при производстве многих материалов и изделий. Холод широко используют во всех отраслях пищевой промышленности, в торговле и общественном питании при производстве и хранении пищевых продуктов.

Применение холода для сохранения пищевых продуктов известно давно. Для этого вначале использовали лед и снег, а в XVII веке применили смеси льда с солью, что позволило получать температуры ниже нуля. В середине XIX века появились промышленные холодильные машины.

В России первые холодильные установки применили в 1888 г. на рыбных промыслах в Астрахани. В 1889 г. были сооружены две холодильные установки на пивоваренных заводах. Первый производственный холодильник емкостью 250 т был построен в 1895 г. в Белгороде. Первые железнодорожные перевозки продуктов в вагонах с ледяным охлаждением начались в России в 1860 г. (примерно в то же время, что и за рубежом).

В 1917 г. в России насчитывалось всего 58 холодильников общей емкостью 57000 т и холодопроизводитель-ностью 23, 6 тыс. кВт. Холодильный транспорт состоял из 6500 двухосных железнодорожных вагонов с ледяным охлаждением и одного рефрижераторного судна грузоподъемностью 185 т.

За годы советской власти построены крупные портовые холодильники, холодильники в мясной, рыбной, молочной и других отраслях пищевой промышленности, а также на транспорте. Уже в 1941 г. емкость холодиль-
1 * 3

ников в нашей стране составляла 370000 т. Во время Великой Отечественной войны холодильное хозяйство Советского Союза пострадало, но к концу 1948 г. оно бы-ло восстановлено и емкость холодильников составляла 105% довоенной. В настоящее время емкость холодильников в стране составляет более 4 млн. т. По размерам холодильной емкости СССР занимает второе место в мире, уступая лишь США.

Наряду с ростом холодильных емкостей постоянно развиваются холодильное машиностроение и приборостроение. Холодильные машины выпускают преимущественно в виде автоматизированных агрегатов. Большое внимание уделяется конструированию и изготовлению мелких автоматизированных холодильных машин, что позволяет оснастить холодом значительное количество предприятий торговли и общественного питания. Парк малых холодильных машин в торговле и общественном питании в 1970 г. составил более 1 млн. единиц.

Широкое развитие получил холодильный транспорт. Железнодорожный холодильный транспорт заметно пополнился составами, секциями и отдельными автономными вагонами с машинным охлаждением. Увеличилось количество судов-холодильников, промысловых и транспортных судов, оснащенных современным холодильным оборудованием. Больше стало автомобилей-холодильников.

Для сохранения и переработки все возрастающего количества пищевых продуктов необходимо значительное повышение объемов и темпов строительства холодильников и холодильного оборудования, а также техническое совершенствование существующих холодильных предприятий. В девятой пятилетке намечено ввести в строй более тысячи холодильников общей емкостью около 3 млн. т и оснастить их новейшим оборудованием С большой степенью автоматизации и механизации производственных процессов.

Объем производства холодильного оборудования возрастет за пятилетие более чем в два раза. Значительно увеличится выпуск малых холодильных машин для торгового оборудования и к концу 1975 г. составит более 350 тыс. единиц в год.

Диапазон температур, достигаемый искусственным охлаждением, велик, поэтому различают область уме-

ренного холода, в которой получают температуру до — 100° С, и область глубокого холода, когда температура достигает ниже —100° С
4

(пределом является абсолютный нуль —273, 2°С). Глубокий холод используют главным образом для сжижения воздуха и других газов Умеренное искусственное охлаждение широко применяют в различных отраслях народного хозяйства.

Для выполнения задач, поставленных перед работниками холодильной промышленности, требуются квалифицированные специалисты, владеющие теорией и практикой холодильной техники.

Настоящая книга предназначена для подготовки техников-механиков по холодильно-компрессорным машинам и установкам умеренного холода.

Авторы выражают благодарность рецензентам книги доктору технических наук, профессору А. А. Гоголину, Г. 3. Свердлову, а также доктору технических наук, профессору Г. Н. Даниловой и А. В. Юстусу за ценные замечания и помощь, оказанную при создании учебника.

Критические замечания и пожелания просьба направлять по адресу: 113035, Москва, М-35, 1-й Кадашевский пер., 12. Издательство «Пищевая промышленность».
* *

*
Главы I--V, VI I—XIV, XVI I, XVIII и XXI написаны Е. В. Мальгиной; раздел третий — Ю. В. Мальгиным-главы VI, XV, XVI, XIX и XX написаны авторами совместно.


РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ ХОЛОДИЛЬНЫЕ МАШИНЫ

ГЛАВА I. ПРИНЦИПЫ ИСКУССТВЕННОГО ОХЛАЖДЕНИЯ

Физические принципы искусственного охлаждения


Всякое нагретое тело можно охладить естественным путем до температуры окружающей его среды. Охладить тело до температуры ниже, чем температура окружающей среды, можно только искусственным путем.

Отнять тепло от тела может только другое тело, температура которого ниже температуры охлаждаемого. Количество тепла, которое отнимает охлаждающее тело от охлаждаемого тела или среды, определяет его холодильный эффект, или холодопроизводительность.

Охлаждаемой средой может быть воздух камеры со скоропортящимися продуктами, вода при получении льда, земляной грунт при проходке шахт и др.

В качестве охладителей используют тела, совершающие такие физические процессы, которые протекают при низких температурах со значительным поглощением тепла. К ним относятся процессы изменения агрегатного состояния тела, процессы расширения, термоэлектрические процессы и др.

Охлаждение при использовании процессов изменения агрегатного состояния тел. Процессы изменения агрегатного состояния протекают без изменения температуры тела, так как поглощаемое (или выделяемое) телом тепло в этих процессах расходуется на преодоление (или увеличение) сил сцепления между молекулами. Для охлаждения используют процессы изменения агрегатного состояния, протекающие с поглощением тепла:

плавление — переход твердых тел в жидкое состояние;

сублимация — переход твердых тел непосредст-венно в парообразное состояние;

кипение — переход жидких тел в парообразное состояние.

Тела с возможно низкими температурами плавления, сумблимации, кипения и с большой теплотой плавления сумблимации, кипения используют в холодильной технике в качестве охладителей.

6

Наиболее доступным охлаждающим телом является водный лед с температурой плавления 0°С. Холодопроизводительность 1 кг льда со

ответствует его теплоте плавления г=335 кДж/кг. Более низкую температуру плавления имеет эвтектический лед, представляющий собой замороженный раствор воды с солью, а также смеси раздробленного льда или снега с солью. Падение температуры плавления этих тел ниже 0°С объясняется тем, что в них, кроме плавления, протекает еще процесс растворения соли в воде, сопровождаемый понижением температуры плавления смеси и уменьшением теплоты плавления. Температура и теплота плавления смеси зависят от вида соли и содержания ее в смеси.

Наибольшее распространение имеют смеси: хлористый натрий со льдом (температура плавления до —21,2° С) и хлористый кальций со льдом (температура плавления до —55° С).

Телом, имеющим низкую температуру и большую теплоту сублимации, является твердая углекислота (двуокись углерода СО2), которая носит название сухой лед. Такой лед при атмосферных условиях переходит из твердого состояния непосредственно в газообразное (минуя жидкую фазу) при температуре —78,9° С, и каждый килограмм его при этом поглощает около 575 кДж тепла.

В отдельных случаях для искусственного охлаждения применяют жидкости, имеющие очень низкую температуру кипения, например жидкий воздух (температура кипения —192° С), жидкий кислород (—183°С), жидкий азот (—196°С).

Использование изменения агрегатного состояния (плавление льда, кипение жидкого воздуха, сублимация твердой углекислоты) с целью охлаждения имеет ряд недостатков. В частности охлаждающие тела, воспринимая тепло от охлаждаемой среды и изменяя свое агрегатное состояние, теряют охлаждающую способность. Поэтому непрерывное охлаждение возможно только при бесконечно большом запасе охлаждающего тела. Так, для не-


7

прерывного охлаждения камеры хранения продуктов можно применить лед, но при этом по мере таяния его надо заменять новым.

Непрерывное охлаждение можно обеспечить и с одним и тем же количеством охлаждающего вещества, если после получения холодильного эффекта вернуть его в первоначальное состояние. Это осуществляется в холодильных машинах. Для поддержания постоянной низкой температуры рабочего тела в машине используют чаще всего принцип кипения жидких тел. Учитывая, что температура кипения жидкости зависит от давления, можно достигнуть необходимой температуры кипения, поддерживая в закрытом аппарате определенное давление, соответствующее физическим свойствам кипящей жидкости. При снижении давления температура ки-пения понижается. Например, вода при атмосферном давлении кипит при 100° С, но если поместить воду в закрытый сосуд и понизить давление до 0,0009 МПа = =0,009 кгс/см2, вода закипит при 5°С. Аммиак при давлении 0,1 МПа = 1,0197 кгс/см2 кипит при —33,6°С, при понижении давления до 0,05 МПа температура кипения понизится до —46,5° С.

Если закрытый аппарат с насыщенной жидкостью поместить в охлаждаемую среду, температура которой несколько выше температуры кипения жидкости при давлении, созданном в аппарате, то жидкость закипит, а тепло, необходимое для парообразования, будет отниматься от охлаждаемой среды. Для сохранения постоянного давления в аппарате и постоянной низкой температуры кипения жидкости образующиеся пары следует непрерывно отводить.

Охлаждение путем расширения газов. При расширении сжатого газа и совершении им внешней работы за счет внутренней энергии температура газа понижается. Наибольшего охлаждения воздуха можно достигнуть при адиабатическом расширении, которое протекает без теплообмена с окружающей средой при постоянной энтропии. В этом процессе работа расширения совершается только за счет внутренней энергии газа. Если воздух, сжатый до 9 МПа при температуре окружающей среды, адиабатически расширить до 0,1 МПа, температура его понизится до —190° С.

Охлаждение за счет дросселирования. Дросселирова-

нием называют понижение давления жидкости или газа без изменения энтальпии. Практически оно осуществляется при проходе жидкости или
8

газа через суженное сечение (вентиль, кран и т. п.) из полости высокого в полость более низкого давления. Этот процесс является и своеобразным процессом расширения с уменьшением внутренней энергии тела. Однако полезной работы в процессе дросселирования не создается. Внутренняя энергия расходуется на преодоление трения при проходе жидкости или газа через суженое сечение вентиля, крана.

Дросселирование жидкости, а в определенных условиях и реальных газов сопровождается понижением температуры (эффект Джоуля—Томсона). При дросселировании реальных газов температура понижается менее значительно, чем при адиабатическом расширении в заданном интервале давлений. При дросселировании жидкостей конечная температура может быть такой же, как при адиабатическом расширении. Значительное понижение температуры жидкости при дросселировании происходит в результате частичного парообразования. При дросселировании наблюдается большее парообразование, чем при адиабатическом расширении жидкости. Это вызвано тем, что работа сил трения при дросселировании превращается в тепло и передается дросселируемой жидкости, так как процесс протекает быстро и теплообмен с окружающей средой практически отсутствует.

Термоэлектрическое охлаждение. Оно основано на эффекте Пельтье, сущность которого заключается в том, что под влиянием проходящего электрического тока по цепи из двух разных проводников или полупроводников на спаях появляются разные температуры. Такое явление схематически показано на рис. 1,а. Если температура холодного спая окажется ниже окружающей среды, то он может быть использован как охладитель. Опыт показал, что значительную разность температуры на спаях дают пары, составленные из полупроводников. В качестве материалов для полупроводниковых пар используют соединения висмута, сурьмы, селена с добавлением небольшого количества присадок.

На рис. 1,6 изображен термоэлемент, состоящий из двух полупроводников 1 и 2, соединенных между собой последовательно с помощью медной пластины 3. Термоэлементы соединяются последовательно в батарею

9

(рис. 1, в) также медными пластинами, обеспечивающими спаи. Если по термоэлементу (батарее) пропускать постоянный электрический ток, то в местах спаев (на медных пластинах) возникают разные температуры. На одном из спаев температура понижается до Тх и холод-





Рис. 1. Принципиальная схема и элементы термоэлектрического охлаждения: а — принципиальная схема; б — полупроводниковый термоэлемент) (1, 2 — полупроводники, 3 — соединительные медные пластины); в— термобатарея.
ный спай поглощает тепло Q0 от охлаждаемой среды. На другом горячем спае тепло Qг будет выделяться и переходить в окружающую среду.

Преимущество термоэлектрического охлаждения— отсутствие движущихся частей, рабочего тела, бесшумность, надежность и долговечность работы. Однако применение такого способа охлаждения ограничено высокой стоимостью и большим расходом электроэнергии.

10
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   32


Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации