Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I
УСТАНОВКИ ОТВОДА ТЕПЛА И ИХ РАБОЧИЕ ВЕЩЕСТВА 12
1.1. Анализ установок отвода тепла с парокомпрессионными холодильными машинами 12
1.2. Рабочие вещества 30
1.3. Сравнительный анализ работы одноступенчатых холодильных машин на смесях агентов 47
1.4. Технико-экономическое сравнение установок отвода тепла 56
ГЛАВА 2
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДШАНИЕ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН НА СМЕСИ RI2/RC3I8 61
2.1. Экспериментальная установка 63
2.2. Исследование холодильных машин на смеси RI2/RC3I8 .69
2.3. Регулирование состава рабочей смеси и его контроль 75
ГЛАВА 3
ОБРАБОТКА И АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ 81
3.1. Расчет погрешности измеренных величин 81
3.2. Анализ объемных энергетических и эксплуатационных характеристик холодильных машин на смеси RI2/RC3I8 83
3.3. Анализ коэффициентов теплопередачи конденсатора и испарителя 94
ГЛАВА 4
РЕГУЛИРОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ХШОДИПЬНОИ МАШИНЫ С ЦЕН ТРОБЕЖНЫМ КОМПРЕССОРОМ, РАБОТАЮЩЕМ НА НЕАЗЕОТРОІНОЙ СМЕСИ RI2/BC3I8 104
4.1. Анализ способов регулирования характеристик и параметров холодильной машины с центробежным компрессором 104
4.2. Влияние изменения состава рабочего вещества на параметры холодильной машины с центробежным компрессором 107
4.3. Анализ результатов исследования 141
БЫВОДЫ 144
СПИССК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 146
ПРИЛОЖЕНИЯ 168
- Анализ установок отвода тепла с парокомпрессионными холодильными машинами
- Исследование холодильных машин на смеси RI2/RC3I8
- Анализ объемных энергетических и эксплуатационных характеристик холодильных машин на смеси RI2/RC3I8
- Анализ способов регулирования характеристик и параметров холодильной машины с центробежным компрессором
Анализ установок отвода тепла с парокомпрессионными холодильными машинами
В настоящее время наиболее распространенными в химической промышленности являются установки отвода тепла с аммиачными холодильными машинами. Конденсация аммиака осуществляется в АБО. В зимнее время аммиачная машина отключается и теплоноситель охлаждается непосредственно в АВО /12/. Однако, несмотря на высокие объемные показатели, эксплуатация аммиачных машин при высоких температурах конденсации сопровождается недопустимо высокими давлениями (до 4 МПа) , при которых процессы коррозии, протекают.более интенсивно, возникают трудности обеспечения герметичности систем и др.
Определенный интерес представляет использование компрессионных пароводяных холодильных машин в установках отвода тепла с конденсацией рабочего вещества в аппаратах воздушного охлаждения (рис.І. І) /13/. ОНИ могут применяться для охлаждения теплоносителя до температуры ЗІ8К. Это.объясняется сложностью поддержания работоспособности центробежного компрессора при давлении на линии всасывания ниже 0,01 МПа.
С целью обеспечения работоспособности центробежного компрессора при более низких температурах кипения было предложено в состав пароводяной холодильной машины включить эжектор, в рабочее сопло которого поступает часть сжимаемых в компрессоре паров. Камера смешения соединена о паровым объемом испарителя, а диффузор - со всасывающей стороной турбокомпрессора /14,15/. Эжектор, выполняющий роль бустер компрессора, позволяет повысить давление паров на линии всасывания в центробежный компрессор до значений, превышающих 0,01 МПа. Однако, эжектор обладает низкой термодинамической эффективностью, что оказывает существенное влияние на экономичность всей установки /16,17/.
В последние годы в промышленности находят применение холодильные машины, работающие на смесях рабочих веществ. Они позволяют снизить температурный уровень в испарителе, получить холод одновременно на нескольких температурных уровнях, увеличить холодильную или тепловую мощность в цикле, повысить экономичность, надежность, термодинамическую эффективность машины и др. Так, например, особенностью машины по авт.св. 223103 /18/ является использование смеси пропан-бутан при ее каскадной компоновке (рис.1.2). В процессе работы происходит разделение смеси на фракции, которые поступают в испарители, обеспечивая заданный уровень температур. Смеси низкокипящей и высококипящей фракций отводятся в соответствующие ступени компрессора. Причем поток, всасываемый во вторую ступень, должен иметь параметры, обеспечивающие передачу тепла в конденсационно-испарительной колонне от укрепляющей к отгонной секции. Основной недостаток такой установки заключается в трудности поддержания ее работоспособности, так как малейшие изменения и колебания давлений, особенно промежуточного в отгонной секции конденсационно-испарительной колонны, запирают колонну по одной из фракции и происходит нарушение материальных потоков и температурных режимов.
Исследование холодильных машин на смеси RI2/RC3I8
Известно, что термодинамически наиболее эффективно-равновесные процессы фазовых превращений протекают при внутритрубной конденсации (кипении). Для определения работоспособности установки и обеспечения энергетических параметров холодильной машины с конденсацией рабочей смеси внутри труб в схеме стенда предусмотрен конденсатор типа ФДС-2,5 70В. В связи с тем, что внутренняя поверхность конденсатора недостаточна для нормального протекания процесса, во внутреннюю полость трубок были введены спиральные ленты, позволяющие интенсифицировать теплообмен.
С внутритрубной конденсацией проведены экспериментальные исследования как одноступенчатой, так и двухступенчатой машины. В последнем случае использовалось промежуточное охлаждение.
Двухступенчатое сжатие позволило расширить диапазон температур холодильного цикла. При этом была проверена стабильность работы схемы и отсутствие продуктов разложения агента и масла. В связи со сложностью поддержания высоких температур конденсации, дальнейшие исследования были проведены для одноступенчатой машины.
Экспериментальная установка в режиме одноступенчатого сжатия работала следующим образом. Компрессор I сжимал пары рабочего вещества до давления Рк и направлял их во внутритрубное пространство конденсатора 5. Затем прямой поток поступал в регенеративный теплообменник 21, где переохлаждался обратным, идущим из испарителя 22 в линию всасывания компрессора I и через дроссельный вентиль 26 направлялся в испаритель 22.
На рис .2.3 и 2Л изображены циклы одно- и двухступенчатой холодильной машины, работающей на не азеотропной смеси холодильных агентов в диаграммах S - Т и - L . Все тепловые расчеты холодильных машин на не азеотропной смеси RI2/RC3I8 проводили с помощью диаграмм Up и 4-і- /122/.
Результаты испытаний и обработки экспериментальных исследований одноступенчатой холодильной машины приведены в табл.2.1.и на рис.3.1...3:.10, а холодильной машины с двухступенчатым сжатием - в табл.2.2.
Анализ объемных энергетических и эксплуатационных характеристик холодильных машин на смеси RI2/RC3I8
На основании экспериментальных исследований холодильных машин на иеазеотропнои смеси RI2/RC3I8, работа которых описана в главе 2,и в результате обработки опытных данных получены и по- строены их основные объемные, энергетические и эксплуатационные характеристики.
Изменение холодильной 00 и тепловой мощности 0К в зависимости от температуры кипения Т0 и состава смеси при Тк =ЗЗЗК представлено на рис.3.I и 3.2. С увеличением состава смеси по RI2 происходит повышение Q0 и QK. В области $ксъ1& «О» 1...0,2 кг/кг темп роста Q0 и QK снижается.
Анализ способов регулирования характеристик и параметров холодильной машины с центробежным компрессором
Холодильные машины работают в условиях переменных тепловых нагрузок и температурных режимов. В связи с этим возникает необходимость в регулировании холодильной мощности и температуры теплоносителя на выходе из испарителя или температуры кипения хладагента. Для холодильных установок с турбокомпрессорами существуют различные методы регулирования параметров и характеристик. Наибольшее распространение получили следующие способы: Дросселирование на всасывании, изменение давления конденсации, противопомпажное байпаскрование паров, изменение скорости вращения вала компрессора, закрутка потока на лопатках входного направляющего аппарата перед рабочим колесом, поворот лопаток диффузора, комбинированные способы регулирования и др.
Дросселирование на всасывании является самым неэкономичным способом регулирования и применяется в том случае, когда число оборотов компрессора остается неизменным. Чаще всего он применяется в установках малой производительности, а также в многоступенчатых турбокомпрессорах. Однако, из всех известных способов он отличается своей простотой, особенно при ручном регулировании. Для расширения области устойчивой работы компрессора Дросселирование на всасывании иногда применяют в комбинации с изменением скорости вращения /39/.
Регулирование давления конденсации путем изменения расхода охлаждающей среды через конденсатор является малоэкономичным способом. В случае водяного охлаждения конденсатора его можно применять с целью уменьшения потребления воды /40/.
Перепуск паров (байпаскрование) применяется как дополнительный способ регулирования, когда возможности основного способа исчерпаны. Существуют различные способы противопомпажной защиты. Многие из них основаны на использовании импульсов давлений нагнетания и всасывания или различного типа регуляторов частоты вращения электропривода.
Изменение скорости вращения вала компрессора используется с целью регулирования холодильной мощности. Приводом могут служить: гидравлическая, паровая или газовая турбины. Регулирование изменением скорости вращения вала компрессора является энергетически наиболее эффективным, так как средний к.п.д. всех ступеней изменяется незначительно. Отсутствие гидропередач и преобладание электропривода ограничивает применение этого способа, а зона регулирования оказывается узкой. На Казанском компрессорном заводе разработан и создан новый мультипликатор для центробежных компрессоров, в котором предусмотрено применение пяти сменных зубчатых пар с зацеплением Новикова /179,180/. Применение его в центробежных компрессорах позволяет дискретно изменять частоту вращения ротора.
Закрутка потока на лопатках входного направляющего аппарата (ВНА) перед входом в рабочее колесо осуществляется почти. во всех отечественных центробежных холодильных компрессорах /181,182/.
В холодильных турбокомпрессорах в основном применяются осевые ВНА, которые позволяют изменять характеристику ступени, практически не влияя на характеристики последующих. В многоступенчатых компрессорах для уменьшения потерь при входе на лопатки устанавливаются ВНА на первом и всех последующих рабочих колесах, что усложняет его конструкцию. Этот способ регулирования наиболее эффективен для одноступенчатых турбокомпрессоров. Регулирование с помощью ВНА является одним из самых экономичных способов /40, 181,183/.
Различные способы регулирования могут в одной машине применяться одновременно, например, противопомпажное регулирование с изменением частоты вращения ротора, противопомпажное регулирование вместе с дросселированием на всасывании. Интерес представляет способ одновременного изменения закрутки потока на входе в рабочее колесо и проходной части на его выходе с сохранением угла установки диффузора /184/, а также совместное использование ВНА и профилированного кольца, расположенного в безлопаточном диффузоре.
