Структурный анализ холодильных машин и установок

 

Санкт-Петербургский  Научный Институт ИТМО

Институт Холода и Биотехнологий

 

 

Кафедра холодильных установок

 

«СТРУКТУРНЫЙ  АНАЛИЗ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН И УСТАНОВОК.»

Отчет о лабораторной работе

 

 

 

 

 

Студент 344 группы

Красивенкова Т.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2012 г.

СОДЕРЖАНИЕ

 

   Цели и задачи

1. Классификация холодильных агрегатов

2. Главные элементы паровой холодильной машины (ПКХМ)

3. Устройство и принцип работы холодильника

4. Холодильные витрины и шкаф 

   Вывод

   Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ

 

Изучить холодильное оборудование: главные элементы холодильных машин  и холодильные аппараты, имеющиеся  на кафедре.

Составить техническое описание и схему оборудования.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. КЛАССИФИКАЦИЯ ХОЛОДИЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ

 

1. Общепромышленного  применения

А) компрессорные

- А- одноступенчатая

- АД- двухступенчатая 

- АН- агрегат одноступенчатого  сжатия нижних ступеней, двухступенчатого  сжатия

Б) компрессорно-конденсационные

- АВ- охлаждается воздухом

- АК- водяного охлаждения

В) компрессорно-испарительные

- АИ- испарительный агрегат

Г) комплексно-агрегированный холодильной машиной

- МВВ- машина воздушного  охлаждения для воздуха

- МКВ- машина водяного  охлаждения воздуха

- МВТ- машина воздушного  охлаждения для промежуточного  хладо (тепло)

носителя

- МКТ- машина водяного  охлаждения для хладо (тепло)  носителя

- МКДТ- машина водяного  охлаждения хладо (тепло) носителя

Чиллеры: МВТ, МКТ, МКДТ

2. Специального  назначения

А) по назначению

- АР- авторефрижератор

- ТК- термокамера

- ТОМ- танк охлаждения  молока

- ПХМ- передвижная холодильная  машина для замораживания грунта, производительностью 50 кВт.

- другие

Б) по конструктивному решению

- агрегаты встроенные  в изделие

- с вынесенным компрессорно-конденсационным  агрегатом:

• Сплит-система
• Традиционное решение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ГЛАВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ  ПАРОВОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ (ПКХМ)

Главными элементами паровой  холодильной машины является холодильный  компрессор, конденсатор, испаритель и  дроссель, поскольку отсутствие любого из них делает машину неработоспособной.

2.1. Холодильные  компрессоры

Принцип работы компрессора  и его виды

Рис.1. Классификация

Принцип работы компрессора основывается на периодическом сжимании хладагента в камере, после чего он продолжает двигаться по контуру. В зависимости от способа создания давления компрессоры подразделяются на поршневые, в которых давление создается возвратно-поступательными движениями поршней, и вращательные, у которых давление увеличивается за счет вращения рабочих частей в корпусе компрессора. В свою очередь, вращательные компрессоры подразделяются на винтовые, ротационные и спиральные.

Поршневые компрессоры – наиболее распространенные при производстве кондиционеров. Характерной особенностью таких компрессоров является размещение электродвигателя в герметичном корпусе компрессора.

Рис.2. Принцип  действия

• Как видно на схеме, давление в герметичной камере создается при движении поршня вверх. Стандартный принцип действия компрессора поршневого типа обеспечивается за счет коленчатого вала и шатуна, как и в любом двигателе этого вида;
• После того, как в камере будет создано необходимое давление, срабатывают всасывающий и выпускной клапаны компрессора;
• Схема «а» показывает момент срабатывания всасывающего клапана, который открывается за счет разрежения, возникающего в камере в результате движения поршня вниз. При этом в камеру попадает хладагент, который находится в газообразном состоянии и имеет низкую температуру;
• Схема «б» показывает момент срабатывания выпускного клапана, который открывается под действием созданного поршнем давления при его движении вверх. После срабатывания этого клапана газообразный хладагент под высоким давлением устремляется в систему.

Такой принцип действия компрессора отличается простотой и надежностью конструкции, но имеет несколько отрицательных качеств. Так, в результате резких скачков высокого и низкого давления работа компрессора этого типа характеризуется высоким уровнем шума. Кроме того, для запуска такого компрессора необходим достаточный запас мощности, что в процессе работы ускоряет износ его деталей и приводит к поломке.

Ротационные компрессоры  вращения

Принцип работы компрессора с ротационным механизмом базируется на сжатии хладагента и движении его по контуру за счет вращения пластин. Благодаря этому, по сравнению с поршневыми аналогами, для запуска таких компрессоров не требуется большой мощности электродвигателя, а также из-за низкой пульсации давления работа компрессора кондиционера этого типа практически бесшумна. В зависимости от расположения пластин, ротационные компрессоры бывают двух видов:

• Со стационарным расположением пластин. Для сжимания хладагента в этом типе компрессора применяется эксцентрик, который соединен с ротором двигателя. При запуске двигателя эксцентрик начинает перемещаться по внутренней поверхности камеры компрессора, сжимая при этом находящийся перед ним газообразный хладагент. При достижении предельного давления срабатывает выпускной клапан и хладагент уходит в систему. Для разделения камеры компрессора на области с разным давлением внутри установлена стационарная пластина, которая способна изменять размер выдвигающейся части.

Рис.3. Классификация

• С вращающимися пластинами. В данном типе принцип действия компрессора также основан на использовании пластин для разделения камеры на зоны с разным давлением, но в данном случае две пластины закреплены на роторе. Благодаря смещению осей камеры и ротора, при его вращении образуются динамически меняющие свой объем камеры с разным давлением. На схеме вы можете увидеть процесс всасывания газообразного хладагента и его сжатия.

Рис.4. Классификация

Спиральные компрессоры 

Работа компрессора этого типа основана на взаимодействии двух стальных спиралей, расположенных в цилиндре компрессора. Одна из спиралей, внутренняя, имеет стационарное закрепление, а другая, внешняя, вращается вокруг внутренней с помощью эксцентрика, перекатываясь по поверхности внутренней спирали. Точное прилегание поверхностей спиралей и их профиль обеспечивают постоянно перемещающуюся точку соприкосновения, которая и является камерой сжатия газа хладагента. При достижении необходимого давления хладагент из камеры выталкивается в выходное отверстие. Благодаря тому, что точки касания двух спиралей находятся на каждом витке, увеличение давления хладагента происходит намного плавне, чем в других видах компрессоров.

Преимуществом этого принципа работы компрессора является минимальная  нагрузка на двигатель при запуске, но к недостаткам можно отнести  сложность их производства и высокие  требования к точности соприкосновения  спиралей, а также обеспечение  герметичности прилегания торцов спиралей к поверхности камеры компрессора.

Винтовые компрессоры

Промышленные холодильные  установки большой мощности (от 150 до 3500 кВт) комплектуются винтовыми  компрессорами. В зависимости от количества винтов, такие компрессоры  подразделяются на одновинтовые и двухвинтовые.

Одновинтовые модели компрессоров, кроме винта, имеют в своем составе одну-две шестерни – сателлита, которые присоединяются к ротору сбоку. Давление в камере создается при помощи роторов, которые вращаются в разные стороны от центрального ротора-винта. Попадая в камеру через входное отверстие, хладагент охлаждает двигатель, заполняя внешний сектор между вращающимися шестернями. При вращении винта за счет герметичного прилегания шестеренок, которое обеспечивается смазывающим маслом, газ сжимается и выталкивается в выходное отверстие. Для того, чтобы масло не смешивалось с хладагентом, в компрессоре этого типа существует сепаратор.

Работа компрессора кондиционера с двумя винтами отличается от одновинтового наличием основного  и вспомогательного роторов –  винтов. В отличии от других компрессоров, в винтовых компрессорах не предусмотрена  установка клапанов впуска и выпуска  хладагента. Процесс всасывания и  выпускания происходит постоянно с  разных сторон компрессора. Положительным  качеством винтовых компрессоров является возможность регулирования мощности его работы за счет уменьшения или  увеличения частоты вращения двигателя, а также бесшумность работы. Но работа компрессора этого типа требует  герметичности прилегания винтов, что  иногда приводит к остановке компрессора.

 

2.2. Конденсатор

Конденсатор холодильного агрегата является теплообменным аппаратом, в котором хладагент отдает тепло  окружающей его среде.

Пары хладагента, охлаждаясь до температуры конденсации, переходят  в жидкое состояние. Конденсатор  представляет собой трубопровод, изогнутый  в виде змеевика, внутрь которого поступают  пары хладона.

Змеевик охлаждается снаружи  окружающим воздухом. Наружная поверхность  змеевика обычно недостаточна для отвода тепла воздухом, поэтому поверхность  змеевика увеличивают за счет большого количества ребер, креплением змеевика к металлическому листу и другими  способами.

Широкое распространение  получили конденсаторы конвективного  охлаждения с проволочным оребрением (рис. 4, а).

Рис. 5. Конденсатор холодильного агрегата:

а— с проволочным  оребрением: б — листотрубчатый; в — прокатно-сварной

Конденсатор представляет собой  змеевик из медной трубки с приваренными к ней с обеих сторон (друг против друга) ребрами из стальной проволоки  диаметром 1,2-2 мм. Ребра из проволоки  приваривают к трубке точечной электросваркой или припаивают медью. Применяются  также конденсаторы щитовые свальцованной  трубкой (холодильники ЗИЛ-63, ЗИЛ-64).

В холодильниках старых моделей  применялись листотрубчатые конденсаторы. Листотрубчатый щитовой конденсатор (рис. 4, б) состоит из змеевика, который  приварен, припаян или плотно прижат к металлическому листу, выполняющему роль сплошного ребра. В листе иногда делают прорези с отбортовкой по типу жалюзи. Это увеличивает теплопередающие поверхности за счет торцов отогнутых металлических язычков и циркуляции воздуха. Диаметр труб 4,75-8 мм, шаг 35-60 мм, толщина листа 0,5-1 мм.

Трубы змеевика на листе  обычно располагают горизонтально. В некоторых листотрубчатых конденсаторах  их располагают вертикально, чтобы  последние витки трубопровода не нагревались от кожуха компрессора. Длина трубопровода конденсатора составляет 6500-14000 мм.

Листотрубчатый прокатно-сварной  конденсатор (рис. 4, б, в) изготовлен из алюминиевого листа толщиной 1,5 мм с  раздутыми в нем каналами змеевика. Конденсатор имеет форму сплюснутой трубы и закреплен на задней стенке шкафа холодильника. При сравнительно небольших размерах конденсатор  работает эффективно благодаря высокой  теплопроводности алюминия и теплопередачи  через однородную среду. Для более  эффективной циркуляции воздуха  в щите сделаны сквозные просечки. Конденсатор с одной стороны  соединен трубопроводами с нагнетательной линией компрессора, а с другой через  фильтр и капиллярную трубку —  с испарителем.

Для защиты от коррозии конденсатор  окрашивают черной эмалью.

Существенным недостатком  конденсатора этого типа является его  выход из строя при засорении  капиллярной трубки. Происходит вздутие  листа алюминия и его разрыв.

2.3. Испаритель

В испарителе происходит передача тепла от охлаждаемого объекта к  испаряющемуся (кипящему) вследствие этого  холодильному агенту.

По принципу действия испарители аналогичны конденсаторам, но отличаются тем, что в конденсаторе холодильный  агент отдает тепло окружающей среде, а в испарителях поглощает  его из охлаждаемой среды.

В однокамерных холодильниках  испаритель предназначен для хранения замороженных продуктов, поэтому его  делают в виде полки. Для поддержания  низкой температуры испаритель закрывают  спереди дверцей, а сзади стенкой. Такой испаритель является низкотемпературным (морозильным) отделением.

В настоящее время применяются  алюминиевые испарители, изготовленные  прокатно-сварным методом. Исходным материалом для их изготовления служат листы алюминия марки АД, АД-1. Алюминиевые испарители менее долговечны, чем стальные, они рассчитаны на срок службы 6-8 лет.

Испарители имеют каналы различной конфигурации и отличаются способом крепления в холодильной  камере. В некоторых холодильных  агрегатах испарители отличаются тем, что система каналов у них  имеет вместо двух выходных отверстий  для присоединения капиллярной  и всасывающей трубки лишь одно. У таких агрегатов капиллярная  трубка проходит внутри всасывающей. Конец  всасывающей трубки приваривают  в торце выходного канала испарителя, а капиллярная трубка проходит через  выходной канал во входной, где ее обжимают, чтобы не было перетекания  хладона из входного канала в выходной.

Для защиты алюминиевых испарителей  от коррозии их анодируют в сернокислых  или хромокислых ваннах, получая  защитную пленку толщиной 10-12 мкм. Для  сохранения анодной пленки испаритель дополнительно покрывают лаком  УВЛ-3 или эпоксидной смолой. Особое внимание уделяют внутрикоррозийной  защите стыков медно-алюминиевых трубок, соединяющих алюминиевый испаритель с медными трубопроводами.