Pentru o persoană obișnuită De regulă, nu este nevoie să înțelegeți principiul de funcționare al mașinii de refrigerare; rezultatul este important pentru el. Rezultatul funcționării unității frigorifice este: produse refrigerate - de la legume congelate la carne și produse lactate, sau, de exemplu, aer răcit, dacă vorbim de sisteme split.
Este o altă problemă când mașinile frigorifice se defectează și este nevoie de un specialist pentru a repara unitățile frigorifice. În acest caz, nu ar fi o idee rea să înțelegeți principiul de funcționare a unor astfel de unități. Cel puțin pentru a înțelege necesitatea înlocuirii sau reparației unei componente a mașinii frigorifice.
Scopul principal al unei unități frigorifice este de a prelua căldura din corpul care este răcit și de a transfera această căldură sau energie către un alt obiect sau corp. Pentru a înțelege procesul, trebuie să înțelegeți lucru simplu– dacă încălzim sau comprimăm un corp, atunci îi dăm energie (sau căldură) acestui corp; prin răcire și extindere, luăm energie. Acesta este principiul de bază pe care se bazează transferul de căldură.
Într-o mașină de refrigerare, agenții frigorifici sunt utilizați pentru a transfera căldura - substanțele de lucru ale mașinii de refrigerare, care, în timpul fierberii și în procesul de expansiune izotermă, elimină căldura de la obiectul care este răcit și apoi, după comprimare, o transferă la răcire. mediu din cauza condensului
Compresorul frigorific 1 aspiră agent frigorific gazos - freonul din evaporatoarele 3, îl comprimă și îl pompează în condensatorul 2. În condensatorul 2, freonul se condensează și se transformă în stare lichidă. Din condensatorul 2, agentul frigorific lichid intră în recipientul 4, unde se acumulează. Receptorul este echipat supape de închidere 19 la intrare și ieșire. Din receptor, agentul frigorific intră în filtrul uscător 9, unde umiditatea reziduală, impuritățile și contaminanții sunt îndepărtate, după care trece printr-un vizor cu un indicator de umiditate 12, o supapă solenoidală 7 și este reglat de o supapă termostatică 17 în evaporatorul 3.
În evaporator, agentul frigorific fierbe, preluând căldură de la obiectul care se răcește. Vaporii de agent frigorific din evaporator prin filtrul de pe conducta de aspirație 11, unde sunt curățați de contaminanți, iar separatorul de lichide 5 intră în compresorul 1. Apoi se repetă ciclul de funcționare al unității frigorifice.
Separatorul de lichide 5 previne intrarea agentului frigorific lichid în compresor. Pentru a asigura returnarea garantată a uleiului în carterul compresorului, la ieșirea compresorului este instalat un separator de ulei 6. În acest caz, uleiul intră în compresor prin supapa de închidere 24, filtrul 10 și vizorul 13 de-a lungul liniei de retur. .
Izolatoarele de vibrații 25, 26 de pe conductele de aspirație și refulare amortizează vibrațiile în timpul funcționării compresorului și previn răspândirea lor prin circuitul frigorific.
Compresorul este echipat cu un încălzitor de carter 21 și două supape de închidere 20. Încălzitorul de carter 21 evaporă agentul frigorific din ulei, prevenind condensarea agentului frigorific în carterul compresorului în timp ce acesta este în picioare și menținând temperatura specificată a uleiului.
Refrigerare este un proces prin care temperatura camerei scade sub temperatura aerului exterior.
Aer condiționat - aceasta este reglarea temperaturii și umidității într-o cameră cu implementarea simultană a filtrării aerului, circulației și înlocuirea parțială a acestuia în cameră.
ventilatie - Aceasta este circulația și înlocuirea aerului într-o cameră fără a-i schimba temperatura. Cu excepția proceselor speciale, cum ar fi înghețarea peștelui, aerul este de obicei folosit ca fluid de lucru intermediar care transferă căldura. Prin urmare, ventilatoarele și conductele de aer sunt folosite pentru a efectua refrigerarea, aerul condiționat și ventilația. Cele trei procese menționate mai sus sunt strâns legate între ele și împreună oferă un anumit microclimat pentru oameni, mașini și marfă.
Pentru a reduce temperatura în calele de marfă și în depozitele de provizii în timpul răcirii, se folosește un sistem de răcire, a cărui funcționare este asigurată de o mașină frigorifică. Căldura selectată este transferată către un alt corp - agentul frigorific la o temperatură scăzută. Răcirea aerului prin aer condiționat este un proces similar.
În cele mai simple scheme ale unităților frigorifice, transferul de căldură are loc de două ori: mai întâi în evaporator, unde agentul frigorific, care are temperatura scazuta, preluând căldură din mediul răcit, îi reduce temperatura, apoi în condensator, unde se răcește agentul frigorific, dând căldură aerului sau apei. În cele mai comune scheme ale unităților de refrigerare marine (Fig. 1), se realizează un ciclu de compresie a vaporilor. În compresor, presiunea de vapori a agentului frigorific crește și temperatura acestuia crește în mod corespunzător.
Orez. 1. Schema unei unități frigorifice cu compresor de abur: 1 - evaporator; 2 - cilindru termosensibil; 3 - compresor; 4 - separator de ulei; 5 - condensator; 6 - desicant; 7 - conductă de petrol; 8 - supapa de control; 9 - robinet termostatic.
Acest abur fierbinte, care are presiune mare, este pompat in condensator, unde, in functie de conditiile de utilizare a instalatiei, aburul este racit cu aer sau apa. Datorită faptului că acest proces se desfășoară la presiune ridicată, aburul este complet condensat. Agentul frigorific lichid este condus la o supapă de control, care controlează fluxul de agent frigorific lichid în evaporator, unde presiunea este menținută la presiune scăzută. Aerul din camera frigorifică sau aerul condiționat trece prin evaporator, face ca agentul frigorific lichid să fiarbă și el însuși, degajând căldură, este răcit. Alimentarea cu agent frigorific la evaporator trebuie reglată astfel încât tot agentul frigorific lichid din evaporator să fie fiert și vaporii să fie ușor supraîncălziți înainte de a fi reintroduși la presiune scăzută în compresor pentru comprimarea ulterioară. Astfel, căldura care a fost transferată din aer în evaporator este transportată de agentul frigorific prin sistem până ajunge la condensator, unde este transferată în aerul exterior sau apă. În instalațiile în care se utilizează un condensator răcit cu aer, cum ar fi o unitate frigorifică comercială mică, trebuie asigurată ventilație pentru a elimina căldura generată în condensator. În acest scop, condensatoarele răcite cu apă sunt pompate cu apă dulce sau de mare. Apa proaspătă este utilizată în cazurile în care sunt răcite alte mecanisme din sala mașinilor apa dulce, care este apoi răcită cu apă de mare într-un răcitor de apă centralizat. În acest caz, din cauza temperaturii mai mari a apei care răcește condensatorul, temperatura apei care iese din condensator va fi mai mare decât atunci când condensatorul este răcit direct cu apă de mare.
Refrigeranți și lichide de răcire. Fluidele de lucru de răcire sunt împărțite în principal în agenti frigorifici primari și lichide de răcire secundare.
Agentul frigorific este circulat prin condensator și sistemul de evaporare sub influența compresorului. Agentul frigorific trebuie să aibă anumite proprietăți pentru a îndeplini cerințele, cum ar fi fierberea la temperatură scăzută și excesul de presiuneși condensează la o temperatură apropiată de temperatura apei mării și presiune moderată. De asemenea, agentul frigorific trebuie să fie netoxic, rezistent la explozie, neinflamabil și non-coroziv. Unii agenți frigorifici au o temperatură critică scăzută, adică temperatura peste care nu se condensează vaporii de agent frigorific. Acesta este unul dintre dezavantajele agenților frigorifici, în special dioxidul de carbon, care a fost folosit pe nave de mulți ani. Datorită temperaturii critice scăzute a dioxidului de carbon, funcționarea navelor cu unități de refrigerare cu dioxid de carbon în latitudini cu temperaturi ridicate ale apei de mare a fost semnificativ dificilă și, din această cauză, a fost necesară utilizarea sistemelor suplimentare de răcire a condensatorului. În plus, dezavantajele dioxidului de carbon includ presiunea foarte mare la care funcționează sistemul, care, la rândul său, duce la o creștere a greutății mașinii în ansamblu. După dioxidul de carbon, clorura de metil și amoniacul au fost utilizate pe scară largă ca agenți frigorifici. În prezent, clorura de metil nu este utilizată pe nave din cauza explozivității sale. Amoniacul are încă unele utilizări, dar datorită toxicității sale mari, atunci când este utilizat, sunt necesare sisteme speciale de ventilație. Agenții frigorifici moderni sunt compuși de hidrocarburi fluorurate cu diverse formule, cu excepția agentului frigorific R502 ( în conformitate cu standardul internațional (MS) NSO 817 - pentru a desemna agenții frigorifici se folosește simbolul agentului frigorific, care constă din simbolul R (refrigerant) și un număr definitoriu. În acest sens, denumirea de agenți frigorifici R a fost introdusă în timpul traducerii.), care este un amestec azeotrop (punct fix de fierbere) ( un amestec specific de substanțe diferite care are proprietăți diferite de proprietățile fiecărei substanțe separat.) agenţi frigorifici R22 şi R115. Acești agenți frigorifici sunt cunoscuți ca freoni ( Conform GOST 19212 - 73 (modificarea 1), numele freon este stabilit pentru freon), iar fiecare dintre ele are un număr definitoriu.
Agentul frigorific R11 are un nivel foarte scăzut presiunea de lucru, pentru a obține un efect de răcire semnificativ, este necesară circulația intensivă a agentului în sistem. Avantajul acestui agent este evident mai ales atunci când este utilizat în instalațiile de aer condiționat, deoarece aerul necesită relativ puțină putere de intrare.
Primul dintre freoni, după ce au fost descoperiți și au devenit disponibili, s-au răspândit pe scară largă uz practic freon R12. Dezavantajele sale includ presiunea de fierbere scăzută (sub atmosferă), drept urmare, din cauza oricăror scurgeri în sistem, aerul și umiditatea se scurg în sistem.
În prezent, cel mai comun agent frigorific este R22, care asigură răcirea la un nivel de temperatură suficient de scăzut cu presiune de fierbere în exces. Acest lucru vă permite să obțineți un anumit câștig în volumul cilindrilor compresorului instalației și alte avantaje. Volumul descris de pistonul unui compresor care funcționează pe freon R22 este de aproximativ 60% în comparație cu volumul descris al unui piston al compresorului care funcționează pe freon R12 în aceleași condiții.
Aproximativ același câștig se obține atunci când se utilizează freon R502. În plus, datorită temperaturii de descărcare mai scăzute a compresorului, probabilitatea de cocsificare a uleiului de lubrifiere și de defecțiune a supapei de descărcare este redusă.
Toți acești agenți frigorifici nu sunt corozivi și pot fi utilizați în compresoare ermetice și fără etanșare. Agentul frigorific R502 utilizat la motoarele electrice și compresoare are un efect mai mic asupra lacurilor și materialelor plastice. În prezent, acest agent frigorific promițător este încă destul de scump și, prin urmare, nu a fost utilizat pe scară largă.
Se folosesc lichide de răcire în instalatii mari aer conditionat si in unitati frigorifice care racesc marfa. În acest caz, lichidul de răcire circulă prin evaporator, care este apoi trimis în încăpere pentru a fi răcit. Agentul frigorific este utilizat atunci când instalația este mare și ramificată, pentru a elimina necesitatea circulației unei cantități mari de agent frigorific scump în sistem, care are o capacitate de penetrare foarte mare, adică poate pătrunde prin cele mai mici scurgeri, deci este foarte important să se minimizeze numărul de conexiuni conducte din sistem. Pentru unitățile de aer condiționat, lichidul de răcire obișnuit este apa dulce, care poate fi completată cu o soluție de glicol.
Cel mai comun lichid de răcire în unitățile frigorifice mari este saramură, o soluție apoasă de clorură de calciu la care se adaugă inhibitori pentru a reduce coroziunea.
Atâta timp cât echipamentul funcționează corect, utilizatorul nu este interesat de modul în care funcționează. Cunoașterea modului în care funcționează un frigider va fi necesară atunci când are loc o defecțiune: vă va ajuta să evitați o defecțiune gravă sau să determinați rapid locația. Funcționarea corectă depinde, de asemenea, în mare măsură de conștientizarea utilizatorului. În acest articol ne vom uita la structura unui frigider de uz casnic și la funcționarea acestuia.
Cum funcționează un frigider cu compresor?
„Atlant”, „Stinol”, „Indesit” și alte modele sunt echipate cu compresoare care încep procesul de răcire în cameră.
Componentele principale:
- Compresor (motor). Poate fi invertor și liniar. Când motorul pornește, freonul se deplasează prin conductele sistemului, asigurând răcirea camerelor.
- Condensatorul este tuburi pe peretele din spate al carcasei (la ultimele modele poate fi amplasat lateral). Căldura generată de compresor în timpul funcționării este transferată mediului de către condensator. In acest fel frigiderul nu se supraincalzeste.
Acesta este motivul pentru care producătorii interzic instalarea echipamentelor lângă calorifere, calorifere și sobe. Atunci supraîncălzirea nu poate fi evitată și motorul se va defecta rapid.
- Evaporator. Aici freonul fierbe și se transformă în stare gazoasă. În acest caz, se preia o cantitate mare de căldură, tuburile din cameră sunt răcite împreună cu aerul din compartiment.
- Supapă pentru termoreglare. Menține presiunea stabilită pentru mișcarea agentului frigorific.
- Agentul frigorific este gaz freon sau izobutan. Acesta circulă prin sistem, favorizând răcirea în camere.
Este important să înțelegeți corect cum funcționează echipamentul: nu produce frig. Aerul este răcit datorită selecției căldurii și eliberării acesteia în spațiul înconjurător. Freonul trece în evaporator, absoarbe căldură și se transformă în stare de vapori. Motorul antrenează pistonul motorului. Acesta din urmă comprimă freonul și creează presiune pentru distilarea acestuia prin sistem. Odată ajuns în condensator, agentul frigorific se răcește (căldura scapă), transformându-se într-un lichid.
Pentru a instala necesarul regim de temperaturăÎn camere este instalat un termostat. La modelele cu control electronic (LG, Samsung, Bosch), este suficient să setați valorile pe panou.
Trecând în filtru uscator, agentul frigorific scapă de umiditate și trece prin tuburile capilare. Apoi merge înapoi în evaporator. Motorul distilează freonul și repetă ciclul până când compartimentul este temperatura optima. De îndată ce se întâmplă acest lucru, placa de control trimite un semnal releului de pornire, care oprește motorul.
Frigider cu o singură și dublă cameră
În ciuda aceleiași structuri, există încă diferențe în principiul de funcționare. Modelele mai vechi cu două camere au un evaporator pentru ambele camere. Prin urmare, dacă în timpul dezghețării îndepărtați mecanic gheața și atingeți vaporizatorul, întregul frigider se va defecta.
Noul dulap cu două camere are două compartimente, fiecare fiind echipat cu un evaporator. Ambele camere sunt izolate una de cealaltă. De obicei, în astfel de cazuri, congelatorul este situat în partea de jos, iar compartimentul frigiderului este în partea de sus.
Deoarece frigiderul are zone cu temperatură zero (a se citi ce este o zonă proaspătă într-un frigider), freonul este răcit în congelator la un anumit nivel și apoi mutat în compartimentul superior. De îndată ce indicatoarele ating norma, termostatul este activat și releul de pornire oprește motorul.
Cele mai populare dispozitive sunt cele cu un singur motor, deși și cele cu două compresoare câștigă popularitate. Acesta din urmă funcționează în același mod, doar că un compresor separat este responsabil pentru fiecare cameră.
Dar nu numai în tehnologia cu două camere puteți seta temperatura separat. Există astfel de dispozitive („Minsk” 126, 128 și 130), unde sunt instalate electrovalve. Au întrerupt alimentarea cu freon a compartimentului frigiderului. Pe baza citirilor controlerului de temperatură, se efectuează răcirea.
Mai mult design complex presupune amplasarea unor senzori speciali care masoara temperatura din exterior si o regleaza in interiorul camerei.
Cât timp funcționează compresorul?
Citirile exacte nu sunt indicate în instrucțiuni. Principalul lucru este că puterea motorului este suficientă pentru înghețarea normală a produselor. Există un factor general de funcționare: dacă dispozitivul funcționează timp de 15 minute și se odihnește timp de 25 de minute, atunci 15/(15+25) = 0,37.
Dacă indicatorii calculați sunt mai mici de 0,2, atunci trebuie să ajustați citirile termostatului. Mai mult de 0,6 indică o încălcare a sigiliului camerei.
Frigider cu absorbtie
În acest design, fluidul de lucru (amoniacul) se evaporă. Agentul frigorific circulă prin sistem datorită dizolvării amoniacului în apă. Lichidul trece apoi în desorber și apoi în condensatorul de reflux, unde este din nou separat în apă și amoniac.
Frigiderele de acest tip sunt rareori folosite în viața de zi cu zi, deoarece se bazează pe componente toxice.
Modele cu No Frost și perete „plângător”.
Echipamentul cu sistemul No Frost este astăzi la vârf de popularitate. Pentru că tehnologia îți permite să dezgheți frigiderul o dată pe an, doar pentru a-l spăla. Caracteristicile de funcționare asigură eliminarea umezelii din sistem, astfel încât gheața și zăpada să nu se formeze în cameră.
Evaporatorul este situat în compartimentul congelator. Frigul pe care il produce este distribuit in tot compartimentul frigider printr-un ventilator. Există găuri în cameră la nivelul raftului de unde iese fluxul rece și este distribuit uniform în tot compartimentul.
După ciclul de lucru, începe dezghețarea. Temporizatorul pornește elementul de încălzire al vaporizatorului. Gheața se topește și umiditatea este eliberată în exterior, unde se evaporă.
„Evaporator de plâns” Denumirea se bazează pe principiul că gheața se formează pe evaporator în timpul funcționării compresorului. De îndată ce motorul se oprește, gheața se topește și condensul curge în orificiul de scurgere. Metoda de dezghețare se numește dezghețare prin picurare.
Super îngheț
Funcția se mai numește și „Quick Freeze”. Este implementat în multe modele cu două camere „Haer”, „Biryusa”, „Ariston”. La modelele electromecanice, modul este pornit prin apăsarea unui buton sau rotirea butonului. Compresorul începe să funcționeze non-stop până când alimentele sunt complet înghețate, atât în interior, cât și în exterior. După care funcția trebuie dezactivată.
Controlul electronic oprește automat super congelarea, conform semnalelor de la senzorii termoelectrici.
Schema electrica
Pentru a găsi în mod independent cauza problemei, veți avea nevoie de cunoștințe despre circuitul electric.
Curentul furnizat circuitului merge astfel:
- trece prin contactele releului termic (1);
- butoane de dezghețare (2);
- releu termic (3);
- releu de protectie la pornire (5);
- alimentat la înfășurarea de lucru a motorului motorului (4.1).
O înfășurare a motorului care nu funcționează trece o tensiune mai mare decât valoarea specificată. În același timp, releul de pornire este activat, închide contactele și pornește înfășurarea. După ce a ajuns temperatura dorită, contactele releului termic se deschid și motorul se oprește.
Acum înțelegeți structura frigiderului și cum ar trebui să funcționeze. Acest lucru va ajuta la operarea corectă a dispozitivului și la prelungirea duratei de viață a acestuia.
Astăzi, un număr mare de produse au nevoie de refrigerare, iar fără refrigerare este imposibil să implementezi multe procese tehnologice. Adică întâmpinăm nevoia de a folosi unități frigorifice în viața de zi cu zi, în comerț și în producție. Nu este întotdeauna posibil să se folosească răcirea naturală, deoarece nu poate decât să scadă temperatura la parametrii aerului din jur.
Unitățile frigorifice vin în ajutor. Acțiunea lor se bazează pe implementarea unor procese fizice simple de evaporare și condensare. Avantajele răcirii mașinii includ menținerea automată a temperaturilor scăzute constante, care sunt optime pentru un anumit tip de produs. De asemenea, importante sunt costurile specifice reduse de operare, reparații și întreținere la timp.
Pentru a produce frig, se folosește capacitatea agentului frigorific de a-și regla propriul punct de fierbere atunci când se schimbă presiunea. Pentru a transforma un lichid în abur, îi este furnizată o anumită cantitate de căldură. În mod similar, se observă condensarea unui mediu vaporos în timpul extracției căldurii. Pe acestea reguli simple iar principiul de funcționare al unității frigorifice se bazează.
Acest echipament include patru unități:
- compresor
- condensator
- robinet termostatic
- evaporator
Toate aceste unități sunt conectate între ele într-un ciclu tehnologic închis folosind conducte. Prin acest circuit este furnizat agentul frigorific. Aceasta este o substanță înzestrată cu capacitatea de a fierbe la mic temperaturi negative. Acest parametru depinde de presiunea agentului frigorific de vapori din tuburile evaporatorului. Presiunea mai mică corespunde punctului de fierbere mai scăzut. Procesul de vaporizare va fi însoțit de îndepărtarea căldurii din mediul în care este amplasat echipamentul de schimb de căldură, care este însoțit de răcirea acestuia.
La fierbere se formează vapori de agent frigorific. Aceștia intră în conducta de aspirație a compresorului, sunt comprimați de acesta și intră în schimbătorul de căldură-condensator. Gradul de compresie depinde de temperatura de condensare. În acest proces tehnologic se observă o creștere a temperaturii și presiunii produsului de lucru. Compresorul creează astfel de parametri de ieșire la care devine posibil ca vaporii să treacă într-un mediu lichid. Există tabele și diagrame speciale pentru determinarea presiunii corespunzătoare unei anumite temperaturi. Aceasta se referă la procesul de fierbere și condensare a vaporilor mediului de lucru.
Un condensator este un schimbător de căldură în care vaporii de agent frigorific fierbinți sunt răciți la temperatura de condensare și trec de la vapori la lichid. Acest lucru se întâmplă prin îndepărtarea căldurii din schimbătorul de căldură în aerul din jur. Procesul se realizează folosind ventilație naturală sau artificială. A doua opțiune este adesea folosită în mașinile industriale de refrigerare.
După condensator, agentul lichid de lucru intră în supapa termostatică (accelerator). Când este declanșat, presiunea și temperatura evaporatorului sunt reduse. Proces tehnologic merge din nou în cerc. Pentru a obține rece, este necesar să selectați punctul de fierbere al agentului frigorific sub parametrii mediului răcit.
Figura prezintă o diagramă cea mai simplă instalare, după ce ați examinat care vă puteți imagina clar principiul de funcționare al mașinii de refrigerare. Din notație:
- "I" - evaporator
- "K" - compresor
- "KS" - condensator
- "D" - supapă de accelerație
Săgețile indică direcția procesului tehnologic.
Pe lângă componentele principale enumerate, mașina de refrigerare este echipată cu dispozitive de automatizare, filtre, dezumidificatoare și alte dispozitive. Datorită acestora, instalarea este automatizată pe cât posibil, furnizând munca eficienta cu control uman minim.
Astăzi, diverși freoni sunt utilizați în principal ca agent frigorific. Unele dintre ele sunt eliminate treptat din cauza impact negativ pe mediu inconjurator. S-a dovedit că unii freoni distrug stratul de ozon. Au fost înlocuite cu produse noi, sigure, cum ar fi R134a, R417a și propan. Amoniacul este utilizat numai în instalații industriale de mari dimensiuni.
Ciclul teoretic și real al unei instalații frigorifice
Această figură arată ciclul teoretic al unei simple unități frigorifice. Se poate observa că în evaporator are loc nu numai evaporarea directă, ci și supraîncălzirea aburului. Și în condensator aburul se transformă în lichid și este oarecum suprarăcit. Acest lucru este necesar pentru a crește eficiența energetică a procesului tehnologic.
Partea stângă a curbei este lichid saturat, iar partea dreaptă este vapori saturati. Ceea ce este între ele este un amestec vapori-lichid. Pe linia D-A` are loc o modificare a conținutului de căldură al agentului frigorific, însoțită de degajare de căldură. Si aici sectiunea B-C` dimpotrivă, indică eliberarea de frig în timpul fierberii mediului de lucru în tuburile evaporatorului.
Ciclul real de funcționare diferă de cel teoretic datorită prezenței pierderilor de presiune pe conductele compresorului, precum și pe supapele acestuia.
Pentru a compensa aceste pierderi, munca de compresie trebuie crescută, ceea ce va reduce eficiența ciclului. Acest parametru este determinat de raportul dintre puterea frigorifică eliberată în evaporator și puterea consumată de compresor și reteaua electrica. Eficiența de funcționare a instalației este un parametru comparativ. Nu indică în mod direct performanța frigiderului. Dacă acest parametru este 3,3, aceasta va indica că pe unitatea de energie electrică consumată de instalație sunt 3,3 unități de frig produse de aceasta. Cu cât acest indicator este mai mare, cu atât eficiența instalației este mai mare.
Proiectarea și principiul de funcționare a unității frigorifice
Masini si instalatii frigorifice sunt concepute pentru a reduce și menține în mod artificial o temperatură scăzută sub temperatura ambiantă de la 10 °C la -153 °C într-un anumit obiect refrigerat. Mașinile și instalațiile pentru crearea de temperaturi mai scăzute se numesc criogenice. Îndepărtarea și transferul de căldură se realizează datorită energiei consumate. Unitatea frigorifică se realizează conform proiectului, în funcție de specificația de proiectare care definește obiectul care se răcește, intervalul necesar de temperaturi de răcire, sursele de energie și tipurile de mediu de răcire (lichid sau gazos).
O unitate frigorifică poate consta din una sau mai multe mașini frigorifice echipate cu echipamente auxiliare: un sistem de alimentare cu energie și apă, instrumente, dispozitive de reglare și control, precum și un sistem de schimb de căldură cu obiectul răcit. Unitatea frigorifică poate fi instalată în interior, în exterior, în transport și în interior diferite dispozitive, în care este necesar să se mențină o anumită temperatură scăzută și să se elimine excesul de umiditate din aer.
Sistemul de schimb de căldură cu obiectul răcit poate fi cu răcire directă cu un agent frigorific, în sistem închis, în sistem deschis, ca la răcirea cu gheață carbonică, sau cu aer într-o mașină de refrigerare cu aer. Un sistem închis poate avea, de asemenea, un agent frigorific intermediar care transferă frigul de la unitatea de refrigerare la obiectul care este răcit.
Crearea primei mașini de refrigerare cu compresor cu abur cu amoniac de către Karl Linde în 1874 poate fi considerată începutul dezvoltării ingineriei frigorifice la scară largă. De atunci au aparut numeroase varietati de masini frigorifice care pot fi grupate dupa principiul de functionare astfel: compresie-abur, numita simplu compresor, de obicei cu actionare electrica; mașini frigorifice care utilizează căldură: mașini frigorifice cu absorbție și ejector de abur; cele cu expansiune în aer, care sunt mai economice decât cele cu compresor la temperaturi sub -90 ° C, și cele termoelectrice, care sunt încorporate în dispozitive.
Fiecare tip de unități și mașini frigorifice are propriile caracteristici, în funcție de care este selectată domeniul lor de aplicare. În prezent, mașinile și instalațiile frigorifice sunt folosite în multe domenii economie nationalași în viața de zi cu zi.
2. Cicluri termodinamice ale agregatelor frigorifice
Transferul de căldură de la o sursă mai puțin încălzită la o sursă mai încălzită devine posibil dacă se organizează orice proces de compensare. În acest sens, ciclurile unităților frigorifice sunt întotdeauna implementate ca urmare a consumului de energie.
Pentru ca căldura îndepărtată din sursa „rece” să fie transferată către sursa „fierbintă” (de obicei aerul din jur), este necesară creșterea temperaturii fluidului de lucru peste temperatura ambiantă. Acest lucru se realizează prin compresia rapidă (adiabatică) a fluidului de lucru cu cheltuielile de muncă sau furnizarea de căldură din exterior.
În ciclurile inverse, cantitatea de căldură îndepărtată din fluidul de lucru este întotdeauna mai mare decât cantitatea de căldură furnizată, iar munca totală de compresie este mai mare decât munca totală de dilatare. Din acest motiv, instalațiile care funcționează pe cicluri similare sunt consumatori de energie. Astfel de cicluri termodinamice ideale ale unităților frigorifice au fost deja discutate mai sus în paragraful 10 al subiectului 3. Unitățile frigorifice diferă prin fluidul de lucru utilizat și prin principiul de funcționare. Transferul de căldură de la o sursă „rece” la una „fierbinte” poate fi efectuat datorită costului muncii sau costului căldurii.
2.1. Unități frigorifice cu aer
În unitățile de refrigerare cu aer, aerul este folosit ca fluid de lucru, iar căldura este transferată de la o sursă „rece” la o sursă „fierbinte” prin cheltuirea energiei mecanice. Scăderea temperaturii aerului necesară răcirii camerei frigorifice se realizează în aceste instalații ca urmare a extinderii rapide a acesteia, în care timpul pentru schimbul de căldură este limitat, iar munca se realizează în principal datorită energiei interne, datorită căreia temperatura a lichidului de lucru scade. Schema unității de refrigerare cu aer este prezentată în Fig. 7.14
Orez. 14.: HC - camera de racire; K - compresor; TO - schimbător de căldură; D - cilindru de expansiune (expander)
Temperatura aerului care intră din camera frigorifică XK în cilindrul compresorului K crește ca urmare a compresiei adiabatice (procesul 1 - 2) peste temperatura ambiantă T3. Când aerul curge prin tuburile schimbătorului de căldură TO, temperatura acestuia la o presiune constantă scade - teoretic la temperatura ambiantă T3. În acest caz, aerul eliberează căldură q (J/kg) în mediu. Ca urmare, volumul specific de aer atinge valoarea minimă v3, iar aerul curge în cilindrul cilindrului de expansiune - expander D. În expander, datorită expansiunii adiabatice (procesul 3-4) odată cu finalizarea muncă utilă, echivalent cu zona întunecată 3-5-6-4-3, temperatura aerului scade sub temperatura obiectelor răcite în compartimentul frigider. Aerul răcit astfel intră în camera frigorifică. Ca urmare a schimbului de căldură cu obiectele răcite, temperatura aerului la presiune constantă (izobar 4-1) crește la valoarea sa inițială (punctul 1). În acest caz, căldura q2 (J/kg) este furnizată de la obiectele răcite în aer. Valoarea q 2, numită capacitate de răcire, este cantitatea de căldură primită de 1 kg de fluid de lucru de la obiectele răcite.
2.2. Unități frigorifice cu compresor de abur
În unitățile frigorifice cu compresoare de abur (SCRU), lichidele cu punct de fierbere scăzut sunt utilizate ca fluid de lucru (Tabelul 1), ceea ce face posibilă implementarea proceselor de furnizare și îndepărtare a căldurii conform izotermelor. În acest scop, se folosesc procesele de fierbere și condensare a fluidului de lucru (refrigerant) la valori constante de presiune.
Tabelul 1.
În secolul al XX-lea, diverși freoni pe bază de clorofluorocarburi au fost utilizați pe scară largă ca agenți frigorifici. Acestea au provocat distrugerea activă a stratului de ozon și, prin urmare, utilizarea lor este în prezent limitată, iar agentul frigorific K-134A (descoperit în 1992) pe bază de etan este utilizat ca agent frigorific principal. Proprietățile sale termodinamice sunt apropiate de cele ale freonului K-12. Ambii agenți frigorifici au greutăți moleculare, călduri de vaporizare și puncte de fierbere ușor diferite, dar, spre deosebire de K-12, agentul frigorific K-134A nu este agresiv față de stratul de ozon al Pământului.
Schema și ciclul PKHU în coordonatele T-s sunt prezentate în Fig. 15 și 16. În PKHU, presiunea și temperatura sunt reduse prin reglarea agentului frigorific pe măsură ce curge prin supapa de reducere a presiunii RV, a cărei zonă de curgere poate varia.
Agentul frigorific din camera frigorifică XK intră în compresorul K, în care este comprimat adiabatic în procesul 1 -2. Aburul saturat uscat rezultat intră în presurizator, unde se condensează la presiune și temperatură constantă în procesul 2-3. Căldura eliberată q1 este îndepărtată într-o sursă „fierbinte”, ceea ce este în majoritatea cazurilor aerul înconjurător. Condensul rezultat este reglat într-o supapă de reducere a presiunii RV cu o zonă de debit variabilă, ceea ce vă permite să schimbați presiunea aburului umed care îl părăsește (procesul 3-4).
Orez. 15. Diagrama schematică (a) și ciclul în coordonatele T-s (b) ale unei unități frigorifice cu compresor de abur: KD - condensator; K - compresor; ХК - cameră frigorifică; RV - supapă reducătoare de presiune
Deoarece procesul de throttling, care are loc la o valoare constantă a entalpiei (h3 - h), este ireversibil, este reprezentat cu o linie punctată. Aburul saturat umed de un grad mic de uscăciune obținut în urma procesului intră în schimbătorul de căldură al camerei frigorifice, unde, la valori constante de presiune și temperatură, se evaporă datorită căldurii q2b preluate de la obiectele din camera (procesul 4-1).
Orez. 16.: 1 - frigider; 2 - izolatie termica; 3 - compresor; 4 - abur fierbinte comprimat; 5 - schimbător de căldură; 6 - aer de răcire sau apă de răcire; 7 - agent frigorific lichid; 8 - supapă de accelerație (expander); 9 - lichid expandat, răcit și parțial evaporat; 10 - răcitor (evaporator); 11 - lichid de răcire evaporat
Ca urmare a „uscării”, gradul de uscare a agentului frigorific crește. Cantitatea de căldură preluată de la obiectele răcite în camera frigorifică în coordonate T-B este determinată de aria dreptunghiului sub izoterma 4-1.
Utilizarea lichidelor cu punct de fierbere scăzut ca fluid de lucru în PKhU permite abordarea ciclului invers Carnot.
În locul unei supape de reglare, se poate folosi un cilindru de expansiune - un expandator - pentru a scădea temperatura (vezi Fig. 14). În acest caz, instalația va funcționa conform ciclului Carnot invers (12-3-5-1). Atunci căldura preluată de la obiectele răcite va fi mai mare - va fi determinată de zona de sub izoterma 5-4-1. În ciuda compensării parțiale a costurilor energetice pentru antrenarea compresorului prin munca pozitivă obținută în timpul expansiunii agentului frigorific în cilindrul de expansiune, astfel de instalații nu sunt utilizate datorită complexității structurale și mari. dimensiunile per total. În plus, în instalațiile cu clapetă de accelerație cu secțiune variabilă este mult mai ușor să reglați temperatura în camera frigorifică.
Figura 17.
Pentru a face acest lucru, este suficient să schimbați zona de curgere a supapei de reglare, ceea ce duce la o schimbare a presiunii și a temperaturii corespunzătoare a vaporilor de agent frigorific saturat la ieșirea din supapă.
În prezent, în loc de compresoare cu pistonÎn mare parte se folosesc compresoare cu lame (Fig. 18). Eficiența mai mare a PKHU în comparație cu unitățile pe bază de aer este evidențiată și de faptul că raportul dintre coeficienții de refrigerare ai PKHU și ciclul Carnot invers
În instalațiile reale de compresoare cu abur, aburul nu umed, ci uscat sau chiar supraîncălzit intră în compresor de la schimbătorul de căldură din evaporator al camerei frigorifice (Fig. 17). Aceasta crește căldura disipată q2, reduce intensitatea schimbului de căldură între agent frigorific și pereții cilindrului și îmbunătățește condițiile de lubrifiere grup de pistoane compresor. Într-un astfel de ciclu, are loc o oarecare suprarăcire a fluidului de lucru în condensator (secțiunea izobară 4-5).
Orez. 18.
2.3. Unități frigorifice cu ejector de abur
Ciclul unei unități de refrigerare cu ejector de abur (Fig. 19 și 20) este, de asemenea, efectuat folosind energie termică mai degrabă decât energie mecanică.
Orez. 19.: ХК - cameră frigorifică; E - ejector; KD - condensator; RV - supapă reducătoare de presiune; N - pompă; KA - unitate de cazan
Orez. 20.
În acest caz, compensarea este transferul spontan de căldură de la un corp mai încălzit la un corp mai puțin încălzit. Aburul din orice lichid poate fi folosit ca fluid de lucru. Cu toate acestea, de obicei se folosește cel mai ieftin și mai accesibil agent frigorific - vapori de apă la presiune și temperatură joasă.
Din instalația de cazan, aburul intră în duza de evacuare E. Când aburul iese cu viteză mare, se creează un vid în camera de amestec din spatele duzei, sub influența căruia agentul frigorific este aspirat în camera de amestec din camera frigorifică a cameră rece. În difuzorul ejector, viteza amestecului scade, iar presiunea și temperatura cresc. Apoi amestecul de vapori intră în condensatorul KD, unde se transformă în lichid ca urmare a eliminării căldurii q1 în mediu. Datorită scăderii multiple a volumului specific în timpul procesului de condensare, presiunea scade până la o valoare la care temperatura de saturație este de aproximativ 20 °C. O parte a condensului este pompată de pompa H în unitatea cazanului KA, iar cealaltă este supusă clasificării în supapa RV, drept urmare, la scăderea presiunii și a temperaturii, aburul umed cu un grad ușor de uscăciune. este format. În schimbătorul de căldură-evaporator XK, acest abur este uscat la o temperatură constantă, luând căldura q2 de la obiectele răcite și apoi intră din nou în ejectorul de abur.
Deoarece costurile de energie mecanică pentru pomparea fazei lichide în unitățile frigorifice cu absorbție și ejector de abur sunt extrem de mici, acestea sunt neglijate, iar eficiența unor astfel de unități este evaluată prin coeficientul de utilizare a căldurii, care este raportul dintre căldura preluată de la răcit. obiecte la căldura folosită pentru implementarea ciclurilor.
Pentru a obține temperaturi scăzute ca urmare a transferului de căldură către o sursă „fierbinte”, pot fi folosite și alte principii. De exemplu, temperatura poate fi scăzută ca urmare a evaporării apei. Acest principiu este utilizat în climatele calde și uscate în aparatele de aer condiționat prin evaporare.
3. Frigidere de uz casnic si industriale
Un frigider este un dispozitiv care menține o temperatură scăzută într-o cameră izolată termic. Ele sunt de obicei folosite pentru a depozita alimente și alte articole care necesită depozitare la rece.
În fig. 21 prezintă o diagramă a funcționării unui frigider cu o singură cameră, iar Fig. 22 - scopul părților principale ale frigiderului.
Orez. 21.
Orez. 22.
Funcționarea frigiderului se bazează pe utilizarea unei pompe de căldură, care transferă căldura din camera de lucru a frigiderului în exterior, unde este eliberată în mediul exterior. În frigiderele industriale, volumul camerei de lucru poate ajunge la zeci și sute de m3.
Frigiderele pot fi de două tipuri: camere de depozitare a alimentelor la temperatură medie și congelatoare la temperatură joasă. Cu toate acestea, în În ultima vreme Cele mai răspândite sunt frigiderele cu două camere, care includ ambele componente.
Frigiderele vin în patru tipuri: 1 - compresie; 2 - absorbtie; 3 - termoelectric; 4 - cu răcitoare vortex.
Orez. 23.: 1 - condensator; 2 - capilar; 3 - evaporator; 4 - compresor
Orez. 24.
Principalele componente ale frigiderului sunt:
1 - compresor care primește energie din rețeaua electrică;
2 - condensator situat in afara frigiderului;
3 - evaporator situat in interiorul frigiderului;
4 - supapă de expansiune termostatică (TEV), care este un dispozitiv de reglare;
5 - agent frigorific (o substanță care circulă în sistem cu anumite caracteristici fizice - de obicei freon).
3.1. Principiul de funcționare al unui frigider cu compresie
Baza teoretică pe care este construit principiul de funcționare al frigiderelor, a cărei diagramă este prezentată în Fig. 23 este a doua lege a termodinamicii. Gazul de răcire din frigidere face ceea ce se numește ciclul Carnot invers. În acest caz, transferul principal de căldură se bazează nu pe ciclul Carnot, ci pe tranziții de fază - evaporare și condensare. În principiu, este posibil să se creeze un frigider folosind doar ciclul Carnot, dar pentru a obține performanțe ridicate, va fi necesar fie un compresor care creează o presiune foarte mare, fie o zonă foarte mare de schimbător de căldură de răcire și încălzire. .
Agentul frigorific intră sub presiune în evaporator printr-un orificiu de reglare (capilară sau supapă de expansiune), unde din cauza unei scăderi brusce a presiunii se produce evaporare lichid și transformându-l în abur. În acest caz, agentul frigorific elimină căldura din pereții interiori evaporator, datorită căruia are loc răcirea spațiul interior frigider. Compresorul atrage agentul frigorific din evaporator sub formă de abur, îl comprimă, datorită căruia temperatura agentului frigorific crește și îl împinge în condensator. În condensator, agentul frigorific încălzit ca urmare a compresiei se răcește, degajând căldură către Mediul extern, Și se condenseaza, adică se transformă în lichid. Procesul se repetă din nou. Astfel, în condensator este expus agentul frigorific (de obicei freon). presiune ridicata se condensează și se transformă într-o stare lichidă, eliberând căldură, iar în evaporator sub influență presiune scăzută Agentul frigorific fierbe si se transforma in gaz, absorbind caldura.
O supapă de expansiune termostatică (TEV) este necesară pentru a crea diferența de presiune necesară între condensator și evaporator la care are loc ciclul de transfer de căldură. Vă permite să umpleți corect (cel mai complet) volumul intern al evaporatorului cu agent frigorific fiert. Zona de curgere a supapei de expansiune se modifică pe măsură ce sarcina termică pe evaporator scade, iar pe măsură ce temperatura din cameră scade, cantitatea de agent frigorific circulant scade. Un capilar este un analog al unei supape de expansiune. Acesta nu își modifică secțiunea transversală, ci clasează o anumită cantitate de agent frigorific, în funcție de presiunea la intrarea și de ieșire a capilarului, diametrul acestuia și tipul de agent frigorific.
Când temperatura dorită este atinsă, senzorul de temperatură se deschide circuit electric iar compresorul se opreste. Când temperatura crește (din cauza factori externi) senzorul pornește din nou compresorul.
3.2. Principiul de funcționare al frigiderului cu absorbție
Frigiderul cu absorbție apă-amoniac folosește proprietatea unuia dintre agenții frigorifici larg utilizați - amoniacul - de a se dizolva bine în apă (până la 1000 de volume de amoniac la 1 volum de apă). Principiul de funcționare al unei unități frigorifice cu absorbție este prezentat în Fig. 26 și ea schema circuitului- în fig. 27.
Orez. 26.
Orez. 27.: GP - generator de abur; KD - condensator; РВ1, РВ2 - supape reductoare de presiune; ХК - cameră frigorifică; Ab - absorbant; N - pompă
În acest caz, îndepărtarea agentului frigorific gazos din serpentina evaporatorului, necesară oricărui frigider cu evaporare, se realizează prin absorbția acestuia cu apă, soluția de amoniac în care este apoi pompată într-un recipient special (desorbitor/generator) și acolo este descompus în amoniac şi apă prin încălzire. Vaporii de amoniac și apă din acesta sub presiune intră în dispozitivul de separare ( coloană de distilare), unde vaporii de amoniac sunt separați de apă. Apoi, amoniacul aproape pur intră în condensator, unde, la răcire, se condensează și prin sufocare intră din nou în evaporator pentru evaporare. Un astfel de motor termic poate folosi o varietate de dispozitive, inclusiv pompe cu jet, pentru a pompa soluția de agent frigorific și nu are piese mecanice în mișcare. Pe lângă amoniac și apă, pot fi folosite și alte perechi de substanțe - de exemplu, soluție de bromură de litiu, acetilenă și acetonă. Avantajele frigiderelor cu absorbție sunt funcționarea silențioasă, absența pieselor mecanice în mișcare, capacitatea de a funcționa din încălzire prin arderea directă a combustibilului, dezavantajul este capacitatea scăzută de răcire pe unitate de volum.
3.3. Principiul de funcționare al unui frigider termoelectric
Există dispozitive bazate pe efectul Peltier, care constă în absorbția căldurii de către una dintre joncțiunile termocuplurilor (conductoare disimilare) în timp ce o eliberează la cealaltă joncțiune dacă trece curent prin acestea. Acest principiu este folosit, în special, în pungi frigorifice. Este posibilă atât scăderea, cât și creșterea temperaturii cu ajutorul tuburilor vortex propuse de inginerul francez Rank, în care temperatura se modifică semnificativ de-a lungul razei fluxului de aer vortex care se mișcă în ele.
Frigiderul termoelectric este bazat pe elemente Peltier. Este silentios, dar nu este utilizat pe scara larga datorita costului ridicat al racirii elementelor termoelectrice. Cu toate acestea, mic frigidere autoși răcitoare bând apă produs adesea cu răcire Peltier.
3.4. Principiul de funcționare a unui frigider folosind răcitoare vortex
Răcirea se realizează datorită expansiunii aerului precomprimat de un compresor în blocuri de răcitoare speciale vortex. Nu sunt răspândite datorită nivelului lor ridicat de zgomot, necesității de a furniza aer comprimat (până la 1,0-2,0 MPa) și consumului foarte mare al acestuia, randament scăzut. Avantaje - siguranță mai mare (fără energie electrică utilizată, fără piese mobile sau periculoase compuși chimici), durabilitate și fiabilitate.
4. Exemple de unități frigorifice
În Fig. 27-34.
Orez. 27.
Orez. 28.
Orez. 29.
Figura 32.
Orez. 33.
De exemplu, unități frigorifice compresor-condensator (tip AKK) sau unități compresor-receptor (tip AKR), prezentate în Fig. 34, sunt concepute pentru a funcționa cu menținerea temperaturii de la +15 °C până la -40 °C în camere cu un volum de 12 până la 2500 m3.
Unitatea frigorifică cuprinde: 1 - unitate compresor-condensator sau compresor-receptor; 2 - răcitor de aer; 3 - robinet termostatic (TRV); 4 - electrovalva; 5 - panou de control.