close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

871

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Казанский государственный технологический университет»
БЫТОВЫЕ КОМПРЕССИОННЫЕ И
АБСОРБЦИОННЫЕ
ХОЛОДИЛЬНИКИ
Методические указания
к лабораторным работам
Казань
КГТУ
2010
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
УДК 621.56
Составители: доц. А.C Приданцев
асс. Д.Д. Ахметлатыйпова
Бытовые компрессионные холодильники: методические указания к
лабораторным работам/ А.C Приданцев, Д.Д. Ахметлатыйпова; Федер.
агентство по образованию, Казн. гос. технол. ун-т. – Казань:КГТУ,
2010. – 41 с.
Данное руководство включает в себя четыре лабораторные работы.
В первых трех описана конструкция элементов холодильника и дано
описание лабораторной установки
для определения некоторых
температурно-энергетических показателей и теплового состояния
элементов бытового компрессионного холодильника. В четвертой
лабораторной работе рассмотрено устройство и принцип действия
бытового абсорбционного холодильника.
Предназначена для студентов, обучающихся по специальностям
140401 «Техника и физика низких температур» и 140504
«Холодильная, криогенная техника и кондиционирование»,
изучающих дисциплину «Холодильные машины и установки».
Подготовлены на кафедре холодильной техники и технологии.
Печатаются по решению методической комиссии института
химического и нефтяного машиностроения.
Рецензенты: доц. каф. ВТ Д.И. Сагдеев
доц. каф ТОТ Р.А. Газизов
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Содержание
1. Лабораторная работа 1. Изучение устройства и работы
бытового компрессорного холодильника ………………….….....4
2. Лабораторная работа 2. Определение некоторых температурно-энергетических показателей бытового холодильника…………………………………………………………………33
3. Лабораторная работа 3. Измерение теплового состояния
элементов бытового холодильника при циклической
работе………………………………………………..……………39
4. Лабораторная работа 4. Изучение устройства и работы
бытового абсорбционного холодильника..……………................42
Библиографический список…………………………………...….51
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ЛАБОРАТОРАЯ РАБОТА 1
Изучение устройства и работы бытового компрессорного
холодильника
Цель работы: Ознакомление с устройством, принципом действия
бытовых холодильников. Экспериментальное определение теплопроходимости шкафа бытового холодильника в зависимости от средней
температуры ограждения.
Общие сведения
Бытовые холодильники выпускают разных моделей. Это
однокамерные холодильники с низкотемпературным (морозильным)
отделением, расположенным в верхней части внутреннего шкафа,
двухдверные двухкамерные холодильники, которые получают все
большее распространение. В первом случае холодильник имеет один
общий
испаритель
на
два
отделения
(плюсовое
и
низкотемпературное), во – втором два испарителя (один для плюсового, другой для охлаждения низкотемпературного отделения
холодильника).
Размеры
низкотемпературного
отделения
двухкамерного холодильника значительно больше, чем в
однокамерном.
Схемы холодильных агрегатов мало отличаются друг от друга.
Основным отличием современных агрегатов является применение
испарителей с двумя последовательными змеевиками, один из
которых охлаждает низкотемпературное, а другой плюсовое
отделение. В некоторых двухкамерных холодильниках при
неизменной схеме агрегата испаритель со свободным движением
воздуха заменен воздухоохладителем.
Качество бытовых холодильников характеризуется рядом
показателей, позволяющих сравнить
технический уровень
изготовления различных типов холодильников.
Наиболее важным являются показатели назначения, которые
подразделяются на две подгруппы: объемно-массовые показатели,
характеризующие
конструкцию
шкафа
и
температурноэнергетические. В первую группу входят следующие:
Vоб , дм3;
1. Общий внутренний объем
2. Коэффициент использования внутреннего
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ψ = Vн V ;
объема, где Vн – полезный объем, дм3
об
3. Коэффициент использования
ф=
габаритного объёма,
Vоб
Vгб
;
где Vгб- габаритный объём холодильника, дм3
4. Коэффициент использования занимаемой
Vоб
холодильником площади пола
f =
5. Площадь поверхностей для хранения
продуктов (площадь полок).
Fхр , м2;
6. Объём низкотемпературного отделения
7. Относительный объём
Fпола
;
Vнт , дм2;
ψ нт = Vнт V ;
низкотемпературного отделения
об
т=М
8. Приведённая масса
Vоб
,
где М — масса холодильника, кг.
К температурно-энергетическим показателям относятся:
1. Температура в плюсовом отделении
tпл , °С;
2. Температура в низкотемпературном
tнт, °С;
отделении
3. Расход электроэнергии
W,кВт·ч/сут;
4. Удельный расход электроэнергии
(для оценки холодильников одинакового
или близкого объёмов)
w =W
5. Коэффициент рабочего времени
Vоб
, кВт·ч/сут·дм3,
b=
∆τ p
∆τ ц
,
где ∆τ р - длительность рабочей части цикла,
∆τ ц - длительность всего цикла работы
6. Теплопроходимость шкафа
kF ,·Вт/К.
Современные бытовые холодильники обычно маркируются по
следующим параметрам:
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1. Климатические условия эксплуатации. Бытовые холодильные
приборы, предназначенные для эксплуатации в районах с умеренным
и умеренно холодным климатом, изготавливают в нормальном
климатическом исполнении. Нормальное клима-тическое исполнение
на отечественных холодильниках обозначают буквами русского
алфавита УХЛ (умеренно холодный климат). Зарубежные
холодильники некоторых марок имеют разные исполнения для
умеренно холодного климата (обозначение латинскими буквами SN) и
нормального климата (обозначение буквой N). Холодильники и
морозильники, предназначенные для эксплуатации в районах с
тропическим климатом, должны иметь тропическое исполнение.
Тропические машины отечественного производства обозначают
буквой О русского алфавита (общ-еклиматическое исполнение).
Тропические холодильники неко-торых марок
зарубежного
производства имеют разные исполнения для влажного тропического
климата (SТ – субтропики) и сухого тропического климата (T).
2. Энергопотребление. Существуют и приняты несколько значений
класса энергопотребления: от «А» до «С» - это очень экономичный, и
просто экономичный классы; «D» - средний уровень; от «Е» до «G» высокий, и очень высокий расход электроэнергии соответственно. В
настоящее время уже не редкость встретить в продаже холодильник,
уровень энергопотребления которого «Super A» или «А+». Это
означает, что показатели по расходу электроэнергии у этого
холодильника значительно ниже, чем у обычного класса «А». То есть
он, так сказать, «суперэкономичен». Определение класса
энергопотребления холодильника производится в соответствии с
нормами 95/75 ES и 92/2 ES.
3. Температура замораживания. При маркировке одной
«звездочкой» (*) температура в низкотемпературном отделении (НТО)
на «холодном режиме» не должна превышать -6°С. Две (**) и три
«звездочки» (***) свидетельствуют о возможности долго-срочного
хранения продуктов соответственно при -12°С и -18°С. Четыре
условные «звездочки» (****) показывают, что в камере (отделении)
должны обеспечиваться условия для быстрого замораживания
продуктов не выше -24°С в массовых бытовых холодильниках с
естественным охлаждением.
Холодильные агенты, используемые в бытовых холодильниках,
должны быть нейтральными к металлам, сплавам и другим
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
материалам, используемым при изготовлении холодильного агрегата.
Они не должны быть взрывоопасными и воспла-меняющимися в смеси
с воздухом и маслами, не должны быть ядовитыми, вызывать удушья
и раздражения слизистых носа и дыхательных путей человека,
отравлять или ухудшать экологическую среду. Современные
хладагенты не должны содержать веществ, разрушающих озон или
вызывающих парниковый эффект.
Первые компрессионные холодильники работали на сернистом
ангидриде. Этот газ опасен для здоровья человека и имеет неприятный
запах. Практически с 50-х и до конца 80-х годов прошлого века во
всех компрессионных бытовых холодильниках отечественного и
зарубежного производства в качестве хладагента применяли фреон-12,
получивший условное международное обозначение R12 (по первой
букве английского слова Refrigerant). Для смазки деталей компрессора
использовали минеральное масло, растворимое во фреоне. Во
исполнение Монреальского протокола взамен единого хладагента R12
в разных странах стали разрабатывать озонобезопасные и
экологически чистые хладагенты. По энергетическим характеристикам
некоторые из них даже превосходят традиционный R12. В США
разработали озоно-безопасный хладагент R134а, который нельзя
использовать в холодильных машинах, спроектированных под R12.
Новый хладагент должен работать вместе со специальным
синтетическим маслом, которое разрушает электроизоляционные
материалы электродвигателей компрессоров, спроектированных для
работы на R12 с минеральным маслом. Для перевода производства
бытовых холодильных машин с R12 на R134a необходимы
существенные
конструктивные
изменения
компрессоров,
электродвигателей и всей системы охлаждения. Большие затраты на
переоснащение производства, необходимые для перехода с R12 на
R134а, явились главным препятствием внедрению этого хладагента в
производство отечественных машин. Вместо R12 и R134a в Германии
в 1990-х годах стали применять природный газ изобутан, совместимый
с минеральными маслами. Этот хладагент получил условное
сокращенное международное обозначение R600a. По теплофизическим и эксплуатационным характеристикам R600a превосходит
Самые
экономичные
холодильники
с
классами
R134a.
энергопотребления А+ и А++ работают на R600a. Природные
углеводороды не нашли широкого применения в холодильниках как
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
хладагенты из-за повышенной пожарной опасности. В современных
конструкциях эту проблему решили благодаря уменьшению дозы
заправки до таких объемов, которые практически не могут привести к
пожару. Доза заправки бытовых холодильников и морозильников
столь мала, что даже при полной утечке хладагента из агрегата его
концентрация в кухне объемом 20 м3 будет ниже взрывоопасной
концентрации в десятки раз. В 130-литровом холодильнике всего 20 г
R600a, а в начале прошлого века в холодильник такого же объема
заправляли 250 г изобутана. В России взамен R12 используют
импортные хладагенты R134a и начинают применять экологически
чистые хладагенты отечественной разработки: диметиловый эфир,
пропан, бутан, изобутан и их смеси. На российских предприятиях
освоено производство R600a. Российские хладагенты на основе смесей
газов известны под марками: С-1(азеотропная смесь R152/R600a), СМ1(R134a/R218/R600).
Конструкция элементов холодильника
1. Холодильный шкаф
Холодильник состоит из двух шкафов, вставленных друг в друга.
Толщина стенки определяет по существу размер простенка между
двумя шкафами. Этот простенок, окружающий внутренний шкаф со
всех сторон, заполнен теплоизоляционным материалом. Наружный
шкаф холодильника называется корпусом, внутренний – холодильной
камерой.
Корпус. Корпус шкафа представляет собой цельнометалличес-кую
сварную конструкцию. В небольших холодильниках его иногда
делают в виде каркаса из тонкостенных металлических уголков,
обшитых стальными или пластмассовыми листами, реже – целиком из
пластмассы. Конструкция корпуса шкафа зависит от типа шкафа, а так
же от способа ввода испарителя в камеру при монтаже холодильного
агрегата.
В престижных и элитных холодильниках корпус изготавливают из
нержавеющей стали. Это американские и европейские фирмы: Amana,
General Electric, Bosch, Gaggenau, Kuppersbusch, Liebherr, Miele и ряд
других. В отдельно стоящем холодильнике из нержавеющей стали
могут быть изготовлены и шкаф и двери. Холодильники массового
ценового сегмента изготавливают из относительно дешевой
углеродистой стали с лакокрасочным или полимерным покрытием.
Современные технологии позволяют наносить на обычную сталь
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
стойкое покрытие с такими декоративными свойствами, что тем, кто
не посвящен в тонкости трудно отличить холодильник из дорогой
нержавеющей стали от аналога из дешевой углеродистой стали.
Внутренние шкафы холодильников. Камеры морозильников и
камеры низкотемпературных отделений двухкамерных холодильников
изготавливают из металла (стальные или алюминиевые), а также из
термопластичного материала – полистирола. Стальные камеры более
долговечны, гигиеничны, но они увеличивают массу холодильника и
требуют особых способов крепления к наружному корпусу для
наиболее эффективной теплоизоляции от окружающей среды.
Металлические внутренние шкафы из стального листа толщиной
0,6÷0,9 мм изготовляют методом штамповки и сварки и покрывают
силикатной эмалью.
Пластмассовые камеры изготовляют из ударопрочного полистирола
методом вакуум-формования.
К
преимуществам
камер
из
полистирола
относятся
технологичность изготовления, малый коэффициент теплопроводности, меньшая масса. Однако такие камеры быстрее стареют, со
временем теряют товарный вид, менее долговечны и менее прочны по
сравнению с металлическими.
Двери. Изготовляют из стального листа толщиной 0,8 мм методом
штамповки и сварки. В некоторых моделях холодильников двери
изготовлены из ударопрочного полистирола.
Дверь холодильника состоит из наружной и внутренней панелей,
теплоизоляции между ними и уплотнителя. Панели двери изготовляют из ударопрочного полистирола методом вакуум-формования.
Толщина листа 2÷3 мм.
Дверь холодильника должна плотно прилегать к дверному проему,
иначе теплый воздух будет проникать в камеру. Для обеспечения
герметичности внутреннюю сторону двери по всему периметру
окантовывают магнитным уплотнителем различного профиля.
Теплоизоляционные материалы. Качество шкафа во многом
определяется свойствами теплоизоляции, от которой требуется, чтобы
она обладала малыми значениями коэффициента теплопроводности и
объемной массы, малой гигроскопичностью, влагостойкостью, была
огнестойкой, долговечной, недорогой, биостойкой, не издавала запаха,
а также была механически прочной.
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Теплоизоляцию применяют для защиты холодильной камеры от
проникновения тепла окружающей среды и прокладывают по стенкам,
верху и дну холодильного шкафа и холодильной камеры, а также под
внутренней панелью двери.
Для теплоизоляции шкафа и двери холодильников применяют
пенополистирол ПСВ и ПСВ-С и пенополиуретан ППУ-309М.
Пенополистирол – синтетический теплоизоляционный материал.
Он представляет собой легкую твердую пористую газонаполненную
пластмассу с равномерно распределенными замкнутыми порами.
Теплоизоляцию из пенополистирола получают вспениванием жидкого
полистирола непосредственно в простенках холодильной камеры и
корпуса шкафа холодильника.
Пенополиуретан – пенопласты мелкопористой, жесткой структуры,
полученные путем вспучивания полиуретановых смол с применением
соответствующих катализаторов и эмульгаторов. Для повышения
теплозащитных свойств в качестве вспучивающего газа применяют
хладон-11 и др. Процесс пенообразования и затвердевание пены
происходит в течение 10÷15 мин при температуре до 5°С.
Пенополиуретан обладает малой объемной массой, низким
коэффициентом теплопроводности, влагостоек. Его можно вспенивать
непосредственно в холодильном шкафу. При этом он равномерно и без
воздушных полостей заполняет все пространство в простенках,
хорошо склеивается со стенками, повышая прочность шкафа.
В зависимости от качества теплоизоляционных материалов
толщина изоляции в стенках шкафа холодильника может быть от 30 до
70 мм, а в двери – от 35 до 50 мм.
Затворы и уплотнители дверей.
Магнитные затворы представляют собой эластичную магнитную
вставку, помещенную в уплотнительный профиль на внутренней
панели двери. При закрывании двери она плотно притягивается к
металлическому корпусу. Исходным сырьем для получения
магнитных материалов служит феррит бария ВаО в смеси с каучуками
или поливиниловыми и другими смолами, придающими ему гибкость.
Изготовленные ленты эластичного магнита намагничивают в
магнитном поле.
Притягивая уплотнитель к шкафу по всему периметру, магнитный
затвор обеспечивает хорошее уплотнение и в то же время для
открывания двери не требуется усилий, которое необходимо
10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
проверять динамометром с погрешностью ±1Ньютон (≈100 г).
Динамометр прикрепляют к ручке на расстоянии, наиболее
отдаленном от шарниров. Усилие при этом должно быть направлено
перпендикулярно плоскости двери.
Для дверных уплотнителей в холодильниках с магнитными
затворами применяют поливинилхлоридные и полихлорвиниловые
уплотнители с магнитной вставкой и магнитные уплотнители с
дополнительными удерживателями.
Уплотнитель (рис. 1) имеет два баллона. Баллон прямоугольного
сечения (2), в котором находится магнитная вставка (1), прижимается
передней плоскостью к шкафу. Толщина стенки баллона существенно
влияет на силу притяжения уплотнителя и не превышает 0,45 мм.
Баллон «гармошка» (3) служит для
компенсации небольшого свободного
хода двери. В свободном состоянии
уплотнителя «гармошка» несколько
сжата
и
при
отходе
двери
растягивается, препятствуя отрыву
уплотнителя от шкафа. Для эффективной работы профиль баллона
«гармошка» спроектирован с небольшим сопротивление растяжению, за
счет тонких стенок баллона, а также
его соответствующей конфигурации.
Магнитные вставки узлов уплотнения
имеют прямоугольное сечение. Их
изготовляют из эластичных многокомпонентных ферритно-наполненных композиций. Улучшить магнитные, физико-химические и термомеханические
свойства,
а
также
технико-экономические показатели
магнитных эластичных вставок стало возможным при использовании
новых полимерных композиций на основе сополимеров.
Уплотнение двери следует проверять по всему периметру
уплотнения, не включая холодильник в сеть. Бумажная полоска
шириной 50 мм и толщиной 0,08 мм, заложенная между уплотнителем
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
двери и закрываемой поверхностью шкафа не должна свободно
перемещаться.
2. Холодильный агрегат
Холодильный агрегат бытового холодильника (рис. 2) состоит из
мотор-компрессора (1), испарителя (4), конденсатора (3), системы
трубопроводов (2, 5), капиллярной трубки (7) и фильтра-осушителя
(5). Мотор-компрессор чаще всего устанавливается внизу под шкафом,
конденсатор – на задней стенке, а испаритель образует небольшое
морозильное отделение в верхней части камеры.
Рис. 2. Общий вид холодильного агрегата
В напольных холодильниках различают два типа агрегатов:
агрегаты с испарителем, которые устанавливают через люк задней
стенки шкафа, и агрегаты с испарителем, которые монтируют через
дверной проем.
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Температура в шкафу регулируется с помощью датчика реле
температуры испарителя, включающего и выключающего моторкомпрессор. В двухкамерных холодильниках обычно наиболее
стабильна температура в морозильном отделении, температура же
холодильного отделения колеблется с большей амплитудой.
Распределение температур зависит от циркуляции воздуха вокруг
испарителя. Перемещая поддон или заслонку (вручную или
автоматически), можно регулировать температуру.
Преимущества системы с принудительной циркуляцией воздуха:
колебания температуры меньше, оттаивание инея с испарителя
автоматическое.
Недостатки: меньшая надежность (в результате появления нового
элемента с изнашивающимися деталями вентилятора), больший шум,
большая стоимость.
Для оттаивания испарителя в однокамерных холодильниках моторкомпрессор на время останавливают. При полуавтоматическом
оттаивании специальное реле температуры переводят вручную в
положение, при котором, мотор-компрессор выключается. После
повышения температуры испарителя выше точки таяния льда, реле
включает мотор-компрессор и самостоятельно изменяет диапазон
настройки на обычный, обеспечивая возврат к нормальной работе.
В двухкамерных холодильниках таяние инея на испарителе
холодильной камеры обеспечивается на каждом цикле, обычно для
этого используют электрический нагреватель мощностью 15÷25 Вт. В
низкотемпературном отделении, в котором хранятся упакованные
продукты, иней оседает очень медленно и его периодически удаляют
вручную.
В новых моделях холодильников для оттаивания испарителя
применяют горячие пары хладона, нагнетая их в испаритель.
Мотор-компрессор. В бытовых холодильниках применяют
одноцилиндровые поршневые герметичные мотор-компрессоры
работающие на фреоне и соединенные одним валом с электродвигателем. Компрессор обеспечивает циркуляцию хладагента в системе.
Он определяет работоспособность холодильника, его производительность и экономичность.
Компрессор с кривошипно-шатунным механизмом (рис. 3) имеет
горизонтальный вал и наружную подвеску, а компрессор с
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
кривошипно-кулисным механизмом (например типа ФГ) (рис. 3) –
вертикальный вал и внутреннюю подвеску.
Рис.3. Механизмы передачи движения поршню
По результатам многолетней эксплуатации бытовых холодильников при малых нагрузках кривошипно-шатунный и
кривошипно-кулисный компрессоры работают одинаково надежно и
долговечно. При больших нагрузках предпочтение отдают
кривошипно-шатунным компрессорам, в которых коленчатый вал
имеет две точки опоры и поэтому может выдерживать без деформации
более высокие нагрузки и более продолжительное время, чем
консольный вал с одной точкой опоры в кривошипно-кулисном
механизме.
В современных холодильниках начали использовать так
называемые
«линейные»
компрессоры.
Впервые
линейные
компрессоры были внедрены компанией LG Electronics, но совсем
недавно появились первые модели Liebherr и Electrolux, построенные
на компрессионных установках такого типа. Основное отличие
линейных компрессоров от всех тех, что традиционно применяются в
бытовых холодильниках – это отсутствие звена, преобразующего
вращение ротора электродвигателя в движение поршневого
механизма. В линейных компрессорах под действием электромагнитного поля движутся сами поршни.
Пуск и защиту электродвигателя компрессора осуществляют с
помощью пускозащитного реле.
Пускозащитное реле. Пускозащитное реле РТК-Х выпускается в
двух исполнениях по величине напряжения и предназначено для
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
двигателей ДХМ-5 (220 В) и ДХМ-3 (127 В). На рис. 4 приведена схема
реле РТК-Х на 220 В.
Рис.4. Схема пускозащитного реле РТК – Х
При включении холодильного агрегата в сеть по рабочей
обмотке двигателя и катушке пускового реле, а также через замкнутую
цепь защитного реле проходит большой ток короткого замыкания
(ротор неподвижен). В результате возникающего магнитного поля
якорь (6) втягивается в катушку соленоида (5) и через пружинку (3)
увлекает стержень (4) вместе с планкой контактов (2), которые
замыкаются с неподвижными контактами (1). При замыкании этих
контактов включается пусковая обмотка двигателя, в результате чего
начинается разгон ротора. При вращающемся роторе ток снижается,
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
напряженность магнитного поля катушки слабеет, якорь опускается
своей массой и контакты размыкаются. Двигатель работает с
включенной в сеть рабочей обмоткой.
К неподвижному концу биметаллической пластинки (9)
присоединены два нагревательных элемента, один из которых включен
в цепь пусковой (7), а другой – в цепь рабочей (8) обмотки двигателя. К
противоположному концу биметаллической пластинки (9) прикреплен
упор(10) с упругим контакто-держателем (11) из бериллиевой бронзы и
закрепленным на нем подвижным контактом (12), нормально
замкнутым с неподвижным контактом (13). Такая конструкция
обеспечивает быстрый разрыв контактов.
При повышении тока в цепи рабочей обмотки двигателя контакты
защитного реле размыкаются вследствие комбинированного нагрева
биметаллической пластинки током, проходящим через нее и
нагреватель. При включении пусковой обмотки (повышенное
напряжение в сети) биметаллическая пластинка будет нагреваться не
только проходящим через нее большим суммарным током обеих
обмоток, но и теплом, излучаемым двумя нагревательными элементами,
что приведет к быстрому размыканию контактов. Наличие отдельного
нагревательного элемента в цепи пусковой обмотки повышает
эффективность защиты этой обмотки и выгодно выделяет реле РТК-Х
среди многих других.
Пускозащитное реле РТК-Х на 127 В отличается от такого же реле на 220
В не только своими токовыми характеристиками, но и устройством
защитного реле. У этого реле имеется только один нагревательный
элемент, включенный в цепь. Одного нагревательного элемента в данном
реле достаточно, так как токи у двигателя на 127В больше, чем у двигателя
на 220 В (номинальный ток у двигателя ДХМ-3 на 127 В – 2,2 А, у
двигателя ДХМ-5 на 220 В – 1,3 А).
Конденсатор. В холодильных агрегатах бытовых холодильников
применяют ребристо-трубные и листо-трубные конденсаторы с
воздушным охлаждением. Охлаждение конденсаторов осуществляется
окружающим воздухом.
У ребристо-трубных конденсаторов наружная поверхность
змеевика увеличена за счет большого количества ребер. Змеевик
обычно изготавливают из стальной трубки. Ребра штампуют из
стальных или алюминиевых пластин прямоугольной или круглой
формы. Применяют также для оребрения змеевика стальную
16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
проволоку толщиной 1 – 1,5 мм. Проволочные ребра приваривают к
трубке точечной электросваркой или припаивают медью.
Конденсаторы с проволочным оребрением получили широкое
распространение
благодаря
возможности
наиболее
полной
автоматизации их производства.
В листо-трубных конденсаторах теплопередающая поверхность
увеличена за счет тонкого стального (реже алюминиевого) листа, к
которому прикреплен змеевик. Эффективно работают листо-трубные
конденсаторы с просечками в виде жалюзи в листе, которые улучшают
циркуляцию воздуха.
Реже используются прокатно-сварные конденсаторы. Их
изготавливают из двух алюминиевых листов толщиной 1,5 мм с
раздутыми в них каналами змеевика. Конденсатор имеет форму
сплюснутой трубы и закрепляется на задней стенке шкафа
холодильника. При сравнительно небольших размерах конденсатор
работает достаточно эффективно, для улучшения циркуляции воздуха
в щите сделаны сквозные просечки.
Испаритель. Служит для передачи тепла от охлаждаемого объекта
к кипящему хладагенту.
В однокамерных холодильниках испаритель предназначен для
хранения и замораживания продуктов, поэтому его делают в виде
полки. Для поддержания низкой температуры испаритель закрывают
спереди дверкой, а сзади стенкой. Такой испаритель выполняет
функции морозильного отделения. В нем можно устанавливать формы
с водой с целью получения пищевого льда.
В настоящее время применяются алюминиевые испарители,
изготовленные прокатно-сварным методом. Они имеют каналы
различной конфигурации и отличаются способом крепления. В
некоторых холодильных агрегатах испарители отличаются тем, что
система каналов у них имеет вместо двух выходных отверстий для
присоединений капиллярной и всасывающей трубок 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. Данный вид испарителей является
наименее надежными. Алюминиевые заготовки изгибают в
соответствии с размерами низкотемпературного отсека по О-образной
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
или С-образной форме. При О-образной форме испарителя открытой
остается задняя стенка, при С-образной форме – боковые стенки.
Открытые участки, как правило, закрывают алюминиевыми стенками
без каналов. В некоторых испарителях охлаждающими являются все 5
стенок. В небольших испарителях задней стенки может не быть.
Листо-трубный
испаритель
применяется
в
некоторых
двухкамерных холодильниках. Испаритель закрепляют на задней
стенке внутреннего шкафа холодильника или устанавливают
горизонтально. В этом случае он одновременно является и полкой.
Также применяют трубчато-пластинчатые, ребристо-трубные,
трубчато-проволочные испарители.
В современных конструкциях бытовых холодильников все большее
распространение получают холодильные камеры с охлаждающими
стенками. Они не имеют выступающих испарителей. Испаритель
закреплен на стенке камеры с обратной стороны и находится внутри
твердой пенистой теплоизоляции. Запененный испаритель защищен от
механических и химических воздействий. Он не обмерзает, его нельзя
увидеть и случайно повредить.
Капиллярная трубка. Она в сборе с отсасывающей служит для
подачи жидкого хладагента в испаритель и представляет собой
медный трубопровод с внутренним диаметром 0,8÷0,85 мм и длиной
Рис. 5. Кривые изменения давления в холодильном агрегате за цикл
работы:1–давление в капиллярной трубке;2 – давление в
отсасывающей трубке
18
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1500÷4000 мм, соединяющий стороны высокого и низкого давления в
системе холодильного агрегата. Имея небольшую пропускную
способность (3,8÷8,5 л/мин), капиллярная трубка является дросселем и
создает перепад давления между конденсатором и испарителем, за
счет которого в испаритель подается определенное количество
жидкого хладона.
К преимуществам капиллярных трубок по сравнению с другими
дросселирующими устройствами (например, с терморегулирующими
вентилями) следует отнести простоту конструкции, отсутствие
движущихся частей и надежность в работе. Кроме того, капиллярная
трубка, соединяя стороны нагнетания и всасывания, уравнивает
давление в системе агрегата при его остановах (рис. 5). Это снижает
противодавление на поршень компрессора в момент запуска и
позволяет применять электродвигатель компрессора с относительно
небольшим пусковым моментом.
Недостатком капиллярной трубки является то, что она не может
обеспечить регулирование подачи хладона в испаритель при разных
режимах эксплуатации холодильника. Учитывая это, пропускную
способность капиллярной трубки устанавливают в «нормальных»
эксплуатационных условиях холодильника.
Рис. 6. Схема агрегата бытового холодильника с капиллярной
трубкой: 1 – компрессор; 2 – конденсатор; 3 – фильтр-осушитель; 4
– капиллярная трубка; 5 – теплообменник;
6 – испаритель;7 отделитель жидкости.
19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Для улучшения энергетических показателей холодильника
капиллярную и отсасывающую трубки спаивают на достаточно
большом участке. В некоторых холодильных агрегатах капиллярную
трубку наматывают вокруг отсасывающей или помещают внутри нее.
Схема агрегата бытового холодильника с капиллярной трубкой
показана на рис.6. Жидкий хладагент из конденсатора (2) со
свободным движением воздуха поступает через фильтр осушитель (3)
и капиллярную трубку (4) в испаритель (6), откуда пар всасывается
компрессором (1). Капиллярная и всасывающая трубки, припаянные
друг к другу, образуют рекуперативный теплообменник (5). Для
исключения возможности попадания в компрессор жидкого хладона
служит отделитель жидкости (7).
Фильтр. Фильтр устанавливают на входе в капиллярную трубку
для предохранения ее от засорения твердыми частицами. Фильтры
изготовляют из мелких латунных сеток или металлокерамики.
Металлокерамический фильтр состоит из бронзовых шариков
диаметром 0,3 мм, сплавленных в столбик конусообразной формы,
заключенный в металлический корпус. Капиллярную трубку
припаивают к металлокерамическому фильтру под углом 30°. В
большинстве холодильников фильтр смонтирован в одном корпусе с
осушительным патроном. По краям корпуса расположены сетки, а
между сетками – адсорбент.
Попадание влаги в систему, заполненную хладоном и смазочным
маслом, при действии высоких температур в компрессоре приводит к
образованию минеральных и органических кислот. Эти кислоты
разрушающе действуют на детали компрессора, в первую очередь на
электрическую изоляцию встроенного электродвигателя. Капли
свободной влаги замерзают в капиллярной трубке и нарушают работу
агрегата. Поэтому при изготовлении и монтаже агрегата его тщательно
осушают и очищают.
Фильтр-осушитель. Это устройство служит для поглощения влаги из
хладагента и предохранения регулирующего устройства (капиллярной
трубки) от замерзания в нем воды. Корпус (рис. 7) патрона фильтра
состоит из металлической трубки длиной 105÷135 мм и диаметром
18÷12 мм с вытянутыми концами, в отверстия которых впаивают
соответствующие трубопроводы холодильного агрегата. В корпус
патрона помещают адсорбент (синтетический цеолит) между сетками
и обоймами, которые установлены на входе и выходе из патрона.
20
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Адсорбенты
имеют
пористую
кристаллическую
структуру.
Мельчайшие поры соединены узкими каналами. Благодаря такой
структуре возни кает избирательная адсорбция, т.е. в полость пор
проникают лишь те молекулы, размер которых меньше диаметра
каналов. Поэтому вся активная поверхность и объем пор используются
для удержания молекул воды и не засоряются прочими веществами с
более крупными молекулами (в частности, хладоном и маслом).
Рис.7. Фильтр осушитель: а – с металлокерамикой; б- без
металлокерамики.
Корпус осушительного патрона изготовляют из стальных, медных
или алюминиевых трубок в зависимости от места установок патрона в
агрегате. При установке осушительного патрона в штампованном
испарителе корпусом осушителя служит коллектор испарителя, куда
помещают адсорбент в сетчатом чехле. Осушительные патроны с
силикагелем обычно устанавливают в холодной зоне агрегатаиспарителя. Осушительные патроны с цеолитом устанавливают на
стороне нагнетания перед входом в капиллярную трубку, т. е. там же,
где устанавливают фильтр. В этом случае осушительный патрон
совмещают с фильтром (фильтр-осушитель).
Наряду с медной сеткой используют металлокерамику. Фильтр
(рис. 7а) состоит из большого количества бронзовых шариков
диаметром 0,25 мм, которые в результате спекания между собой
21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
образуют столбик конической формы. Между прилегающими друг к
другу поверхностями шариков имеются мельчайшие зазоры,
образующие многочисленные лабиринты, по которым протекает
жидкий хладагент. Для увеличения поверхности фильтра в торце
большего основания конуса имеется глухое отверстие. Во входное
отверстие корпуса фильтра запаивают трубку конденсатора, в
выходное – капиллярную трубку.
В холодильных агрегатах со стальным испарителем и с
конденсатором из медной трубки для предотвращения или устранения
замерзания влаги в капиллярной трубке вместо осушительного
патрона применяют метиловый спирт. В этом случае вода не
устраняется от системы агрегата, а лишь понижается температура ее
замерзания. Обычно в систему агрегата вводят 1÷2 % количества
хладона – химически чистого метилового спирта. Применение
метилового спирта в агрегатах с алюминиевым испарителем или
конденсатором недопустимо, так как это может привести к
разрушению конденсатора или испарителя и выходу хладона из
системы агрегата.
Все имеющиеся в холодильном агрегате соединения выполнены
сваркой и пайкой твердыми припоями. Алюминиевые части
соединяют между собой аргонодуговой сваркой, медные – пайкой.
Соединения алюминиевых частей с медными трубопроводами
осуществляют через переходные медно-алюминиевые трубки,
предварительно сваренные встык на специальной электросварочной
машине.
Работа холодильного агрегата. Холодильная камера бытового
холодильника охлаждается вследствие изменения агрегатного состояния хладагента в системе герметичного холодильного агрегата, принцип действия которого заключается в следующем. Пары хладона-12
отсасываются из испарителя (5) (рис. 8) компрессором (1) и проходят
внутри кожуха, охлаждая обмотку электродвигателя. Сжатые в
компрессоре пары хладагента по нагнетательной трубке (2) поступают
в охлаждаемый окружающим воздухом конденсатор (4). Давление
паров хладона в конденсаторе равно 600÷1050 кПа. В конденсаторе
пары хладона конденсируются. Жидкий хладон из конденсатора
поступает через фильтр (3) в капиллярную трубку (где происходит его
дросселирование) и затем в испаритель. Капиллярная трубка (7)
создает необходимый для работы перепад давления между
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
конденсатором и испарителем. Давление хладагента в испарителе
понижается до 98 кПа.
Рис.8.Схема компрессионного холодильного агрегата1 - компрессор,2нагнетательная трубка,3 – фильтр, 4 –конденсатор, 5 – испаритель,
6 - теплообменник. 7- капиллярная трубка , 8 - всасывающая трубка.
Жидкий хладон при низком давлении кипит, отнимая тепло от
стенок испарителя и воздуха холодильной камеры. Холодные пары
хладагента, проходя из испарителя в компрессор по всасывающей
трубке, охлаждают жидкий хладон который поступает по капиллярной
трубке из конденсатора в испаритель. Теплообменником (6) служит
участок всасывающей и капилляр-ной трубок, спаянных между собой.
В ряде моделей холодильни-ков капиллярная трубка пропущена
внутри всасывающей.
23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Экспериментальное определение теплопроходимости шкафа
бытового холодильника
Важным показателем, позволяющим оценить потребную
холодопроизводительность агрегата и качество конструкции шкафа,
является теплопроходимость шкафа холодильника – kF. Величина
теплопроходимости определяет теплоприток в шкаф и нагрузку на
холодильный агрегат.
Условно можно выделить два пути проникновения тепла в шкаф:
первый – через ограждения, второй – через неплотности и тепловые
мостики. Теплопередача через ограждения зависит в основном от
толщины и коэффициента теплопроводности изоляции. Приток тепла
через неплотности и тепловые мостики может доходить до 20 %
величины теплопроходимости шкафа.
В связи с трудностью теоретического учёта тепловых притоков
через углы шкафа и тепловые мостики величину теплопроходимости
обычно определяют опытным путём. При этом не играет роли, к какой
поверхности шкафа относится коэффициент теплопередачи. Проще
всего теплопоходимость шкафа определить методом нагревания, когда
с помощью электрического нагревателя повышают в нём температуру
tвн. В итоге она становится выше температуры окружающей среды tн.
При достижении установившегося состояния, характеризуемого
равенством между количеством тепла Q, выделяемого нагревателем и
теплоотводом из шкафа, повышение температуры в шкафу
прекратится, и в нём установится некоторая равновесная температура
tвн>tн. Следовательно, теплопроходимость шкафа бытового холодильника может быть определена по формуле kF=Q/(tвн – tн).
Описание лабораторной установки
Лабораторная установка смонтирована на базе бытового
холодильника. Схема её приведена на рис. 6а. Внутри холодильного
шкафа (КШ) установлены электрический нагреватель (НГ) и термопары (ТП). Термопары с нулевой по тринадцатую закреплены на
внутренней поверхности холодильного шкафа (рис. 9б), а термопары с
четырнадцатой по шестнадцатую – по его высоте (рис. 9в).
Переключатель (В1) служит для включения холодильного агрегата.
Вольтметром (V1) и амперметром (А1) производится измерение
напряжения и силы тока на обмотках электродвигателя компрессора.
24
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Рис. 9. Схема экспериментальной установки:
а) принципиальная электрическая схема бытового холодильника
(КШ) и пульта управления (ПУ); б) схема расположения термопар на
высоте шкафа; в) размещение термопар на высоте шкафа; г)
расположение термопар на конденсаторе
Кнопочный переключатель (ПК) служит для кратковременного
подключения амперметра (А1) в момент измерения. По сигнальной
лампе (Л1) контролируется включение холодильного агрегата.
25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Переключение термопар производится термопарным переключателем
(ПТ), который последовательно соединяет термопары (ТП), расположенные в холодильном шкафу, с измерительным прибором,
присоединённым к клеммам (КЛ).
Переключателем (В2) включается нагреватель (НГ), расположенный в плюсовом отделении холодильника. Режим работы нагревателя регулируется лабораторным трансформатором (ЛАТР), а
контролируется вольтметром (V2) и амперметром (А2).
Температура окружающего воздуха в помещении для испытаний
поддерживается с точностью до ±1,0°С. Градиент температуры должен
составлять не более 1°С на 1 м высоты.
Температура окружающего воздуха определяется как среднее
арифметическое значение температур, измеряемых в трёх точках,
расположенных на расстоянии 250±5 мм от передней и двух боковых
стенок на перпендикулярах к центру площади стенок.
Порядок проведения испытаний
1. Перед началом испытания занести в протокол лабораторной
работы следующие данные: марку холодильника, завод-изготовитель, марку изоляционного материала.
Определить показатели назначения (входящие в первую подгруппу).
2. Проверить положения переключателей на пульте управления.
Тумблеры (В1) и (В2) должны быть выключены.
3. Включить нагреватель переключателем (В2) с помощью
лабораторного трансформатора установить и поддерживать заданный режим его работы.
4. Контролировать показания термопар с нулевой по тринадцатую
установкой в соответствующие положения термопарного переключателя
(ПТ). Положение термопарного переключателя соответствует номеру
термопары. После установления стационарного режима, который
характеризуется постоянством температур внутри и снаружи
холодильного
шкафа.
Измерить
температуры
с
нулевой
потринадцатую и результаты измерений занести в табл.1. Для измерения
температуры используется прибор А 565, который обеспечивает измерение
в цифровой форме по любому из каналов времени однократного отсчёта.
5. Вернуться к п.3. изменить режим работы нагревателя и повторить
измерение.
26
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 1
Режим I,a U,в
Температура ti, ºС
Температура
окружающей среды tн,
ºС
1 2 3 4 5 6 ... 13
1
2
3
Обработка результатов
1. Определить среднее значение температуры окружающей среды
Tнср = t н1 + t н 2 + t н 3 3 ,°C.
2. Определить среднее значение температуры внутри холодильного
шкафа
n
ti
,°C.
i =1 14
tвн ср = ∑
3. Вычислить величину теплового потока
Q = I ⋅ U , Вт.
4. Рассчитать теплопроходимость шкафа
kFcp=Q/(tвн cp-tн cp), Вт/К.
5. Найти среднюю температуру ограждения, соответствующую
определённому значению
tогр ср=0,5(tвн cp-tн cp), °C.
6. Полученные результаты занести в табл.2.
7. Составить сводную таблицу показателей первой подгруппы.
По данным табл.2 построить график зависимости kFcp=f(toгр ср)
27
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Режим
Q, Вт
tн cp, °C
tвн cp, °C
tокр cp, °C
Таблица 2
kF, Вт/К
1
…
5
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2
Определение некоторых температурно-энергетических
показателей бытового холодильника.
Цель работы: Определение средней температуры в плюсовом и
низкотемпературном отделениях, расхода электроэнергии и коэффициента рабочего времени при заданной величине теплопроходимостн шкафа.
Общие сведения
Температура в плюсовом отделении tпл регулируется потребителем,
поэтому она является показателем только при определённых
ограничивающих условиях. Она определяется как среднее арифметическое значение температур, измеренных в трёх контрольных точках за
три полных цикла. Расположение контрольных точек приводится на
рис. 9в.
Бытовой холодильник считается соответствующим требованиям
стандарта, если в интервале температур окружающего воздуха от +16 до
+32°С в «умеренных» климатических условиях температура tпл
изменяется от 0 до +5 °C.
Температура в низкотемпературном отделении tнт характеризует
длительность хранения замороженных продуктов без снижения их
качества. В соответствии со стандартом установлены три уровня
температур: -6, -12 и -18°C (соответственно маркировка: одна звёздочка,
две звездочки и три звёздочки).
Температура
в
холодильнике
регулируется
при
помощи
терморегулятора. По принципу действия терморегуляторы бытовых
28
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
холодильников относятся к приборам манометрического типа, работа
которых основана на изменении давления рабочего наполнителя при
изменении его температуры (в настоящее время в отдельных моделях
холодильников зарубежного производства применяют электронные
терморегуляторы).
Терморегулятор бытового холодильника (рис. 10) представляет собой
рычажный механизм с силовым рычагом (5) и контактной системой
(3), включаемой в электрическую цепь холодильника. На силовой
рычаг (5) воздействуют упругий элемент (сильфон) (6) термочувствительной системы и основная
пружина (2), регулируемая винтом
(1). Электроизоляционная прокладка (4) изолирует электрическую
цепь прибора от его металлических
частей.
Термочувствительная
система
манометрического типа состоит из
упругого элемента – сильфона (6)
(металлический баллон с гофрированными стенками) или мембраны с
припаянной к ним трубкой (7).
Система наполнена небольшим
количеством хладона или хлорметила и тщательно герметизирована.
В рабочих условиях хладон
находится в состоянии насыщенного
пара, давление которого, как
известно, изменяется в определенной
зависимости (для данного пара) от его
температуры. Жидкая фаза фреона
находится в конечной части трубки.
Эта часть трубки, особенно в месте
раздела жидкости и пара, реагирует
на изменение температуры, и ее
помещают в контролируемую среду
охлаждаемого объекта.
Рис.10. Терморегулятор
Экономичность работы быто29
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
вого холодильника определяется расходом электроэнергии W, величина
которого зависит от установки терморегулятора и температуры
окружающего воздуха. Для характеристики холодильников
установлены два значения температуры окружающего воздуха t окр
25°C и 32°C (в обоих случаях tпл = 5°С). Соответственно режимы
работы называются «номинальный» и «стандартный». При
высоких температурах окружающего воздуха агрегат работает с
большой нагрузкой и легче оценить экономичность того или иного
холодильника.
Удельный расход электроэнергии ω в значительной степени
зависит от внутреннего объёма холодильника. Поэтому этот
показатель может применяться для оценки холодильников
одинакового или близкого объёмов.
Коэффициент рабочего времени b определяется как отношение
длительности рабочего цикла к длительности всего цикла.
Коэффициент рабочего времени служит мерой расхода энергии для
компрессоров одинаковой и близкой производительности. Его
величина характеризует резерв холодопроизводительности агрегата
при заданных условиях. У отечественных холодильников при
работе в номинальном режиме b=0,25÷0,35, в стандартном режиме
b=0,5÷0,7.
Лабораторная установка
В
работе
производится
определение
температурноэнергетических
показателей
бытового
холодильника.
Подробное описание экспериментального стенда дано в
лабораторной работе 1.
Порядок проведения испытаний
1. Установить термореле холодильника в заданное положение.
2. Включить холодильник переключателем (В1) (см. рис. 9).
3. В моменты включения и выключения компрессора произвести
измерения температур с помощью термопар, расположенных внутри
холодильного шкафа, постановкой термопарного переключателя
последовательно в положения 14, 15, 16.
4. Произвести измерения температуры в непосредственной
близости от холодильного шкафа в трёх точках, расположенных на
30
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
расстоянии 250±5 мм от передней и двух боковых стенок
холодильника, на перпендикулярах к центру площадок.
5. Зафиксировать напряжение и ток, потребляемый компрессором
по вольтметру (VI) и амперметру (А1).
6. Для данного положения термореле произвести измерения в
течение 3-х полных циклов и результаты замеров занести в табл.3.
7.Установить термореле в новое положение и повторить
измерения.
Таблица 3
t
,
°C
tокрср,°C
Ноi
Время
Время
U,
I,
Режим
мер
включе- выключеВ
А
1 2 3 1 2 3
цикла
ния
ния
1
1
2
3
2
1
Обработка результатов
1. Определить среднюю температуру воздуха в помещении:
tн.ср =(t1+t2+ t3)/3, °C.
2. Найти среднее значение температуры
термопар, расположенных в плюсовом отделении:
а) за цикл
tн.ср =(t14+t15+ t16)/3, °C;
б) за режим
tр.ср =(t1ср+t2ср+ t3ср)/3, °C.
с
помощью
3. Определить температуру в плюсовом отделении
tпл =tр.ср, °C.
4. По данным табл. 3 найти общее время работы компрессора на
данном режиме ∆τ0р и общее время циклов одного режима ∆τ0ц.
Определить средний коэффициент рабочего времени bср= ∆τ0р / ∆τ0ц.
31
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5. Вычислить холодопроизводительность компрессора при
заданной величине теплопроходимостн kF (значение kF взять из
предыдущей работы)
Qo=kF(tн.ср- tпл), Вт.
6. Найти среднюю условную холодопроизводительность
Q0ус= Q0/ bср.
7. По
измеренным
значениям
напряжения
и
тока,
потребляемого компрессором, определить средний часовой и
удельный расход электроэнергии
W=I·U·bср, Вт= I·U·bср ·24·10-3кВт·ч/сут=
= I·U·bср ·24·10-3·3,6 МДж/сут,
ω=W/Vобщ.
8. По результатам расчётов заполнить табл.4.
Режим
Номер
цикла
∆τр
∆τц
tпл,
°C
bср
Q0,
Вт
Q0ус,
Вт
Таблица 4
W,
Tв.ср,
ω
Вт
°C
1
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3
Измерение теплового состояния элементов бытового
холодильника при циклической работе
Цель работы: анализ изменения температуры воздуха в
плюсовом отделении холодильника и температур на поверхности
конденсатора и испарителя при различных коэффициентах
рабочего времени.
Общие сведения
В бытовых холодильниках применяют простейший метод
регулирования производительности периодическими пусками
и остановами компрессора. При этом элементы холодильного
32
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
агрегата работают в неустановившемся тепловом режиме:
температура и давление кипения снижаются при работе и
возрастают при останове компрессора, температура и давление
конденсации, наоборот, повышаются при работе и снижаются при
останове.
Температура в холодильном шкафу также не остаётся
постоянной в связи с колебаниями температуры поверхности
испарителя.
Таким образом, циклично работающая холодильная машина
является сложной колебательной системой, состоящей из ряда
подсистем, основной из которых является подсистема «испаритель–
компрессор», влияющая на работу конденсатора.
Особенность режима работы конденсатора при циклической
нагрузке заключается в том, что колебания температуры
конденсации и интенсивности тепловой нагрузки являются
вынужденными и определяются колебательными режимами в
подсистеме «испаритель–компрессор».
В момент пуска компрессора в конденсаторе нет жидкости, он
заполнен перегретым паром. После пуска давление в нём быстро
растёт. При продолжающемся росте давления начинается и всё
более усиливается конденсация пара. Если рабочая часть цикла
достаточно продолжительна, количества поступившего и
сконденсировавшиеся хладагента сравниваются, рост давления
прекращается.
При останове компрессора жидкость из конденсатора, а затем и
пар перетекают по капиллярной трубке в испаритель до
момента выравнивания давления в них. Чем больше остаётся
жидкости в конденсаторе, тем больше повышается давление в
испарителе. При этом возможно перемещение части пара через
компрессор в конденсатор.
Изменения параметров холодильного агрегата (t п л , tи, tк) при его
циклической работе могут быть найдены аналитически по
уравнениям теплового баланса соответствующего агрегата, если
ввести ряд допущений. Однако более надёжно определение этих
параметров экспериментальным путём.
Описание лабораторной установки
Подробное описание стенда, используемого в данной
лабораторной работе, приведено в лабораторной работе 1.
33
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Порядок проведения испытаний
1. Установить переключатель термореле в заданное положение
(см. рис. 6).
2. Тумблером (В1) включить холодильный агрегат. Зафикси-ровать
время начала эксперимента и температуру окружающей среды tв.
3. С интервалом в 2÷3 мин произвести измерения температур с
помощью термопар с 14-й по 20-ю постановкой в соответ-ствующее
положение термопарного переключателя (ПТ). Разме-щение термопар
приведено на рис. 9б.
4. Зафиксировать момент времени выключения холодильного
агрегата. Этот момент времени характеризует начало циклической
работы холодильного агрегата.
5. В течении паузы с интервалом в 1÷2 мин произвести измерения
температур с помощью термопар с 14-й по 20-ю.
6. Зафиксировать время начала работы холодильного агрегата. С
интервалом в 1÷2 мин произвести измерения температур с помощью
термопар с 14-й по 20-ю.
7. Замеры температур для заданного режима (заданного
положения термореле) произвести в течение 3 или 4 полных циклов.
Результаты замеров занести в табл. 5.
8. Установить переключатель термореле в новое положение.
Повторить измерения по пунктам 3-7.
Режим
Таблица 5
τ, с
Температура ti, °C
tв Примечание
вкл выкл 14 15 16 17 18 19 20
Обработка результатов
1. По
замерам
температур
с
помощью
расположенных в холодильном шкафу, найти tmcp
термопар,
tmср=(t14 + t 15 + t16)/3, ºС.
2.Рассчитать среднюю
поверхности испарителя
приближённую
34
температуру
на
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
tиср=(t19 + t 20 )/2, ºС.
3. Определить среднеприближенную температуру на поверхности
конденсатора:
tкср=(t17 + t 18 )/2, ºС.
4. Вычислить коэффициент рабочего времени:
bср = ∆τ р ∆τ ц
5. По результатам расчетов заполнить табл. 6.
6. По данным табл. 6 построить графики зависимостей tпл.ср=f(τ),
tкср=f(τ), tи=f(τ).
Таблица 6
время
Режим
tпл,°С tкср,°С tнср,°С
tв,°С
вкл.
выкл.
7. Сделать выводы по проделанной работе.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4
Изучение устройства и работы бытового абсорбционного
холодильника.
Цель работы: ознакомление с устройством и принципом действия
бытовых абсорбционных холодильников.
Общие сведения
Абсорбционные
холодильники
по
назначению,
степени
автоматизации оттаивания испарителя и климатическим условиям
эксплуатации подразделяются аналогично компрессионным. В
абсорбционных холодильниках применяется естественная циркуляция
воздуха.
По способу установки различают стационарные и переносные
абсорбционные холодильники.
Стационарные абсорбционные
холодильники подразделяются, как и компрессионные, на напольные,
встроенные, настенные.
Пo виду источника нагрева абсорбционные холодильники
классифицируют на электрические, газовые,
керосиновые и
35
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
комбинированные, имеющие два вида нагрева, например,
электрический и газовый. Наиболее распространены электрические
холодильники. Ограниченное использование стационарных газовых
холодильников объясняется в основном соображениями безопасности,
а также неудобствами, связанными с подсоединением к газовой сети.
Керосиновые холодильники и газовые на сжиженном топливе (в
баллонах) применяют в отдаленных неэлектрифицированных районах,
на баркасах и т. п., а также в качестве переносных аппаратов.
Устройство абсорбционных холодильников, конструкция шкафа и
циркуляция воздуха в камере такие же, как у компрессионных
холодильников.
Абсорбционные
холодильники
должны
оставаться
работоспособными при установке их на поверхности с уклоном 1:100.
При этом температура в плюсовом отделении не должна превышать
9°С.
Абсорбционные холодильники подвергают таким же испытаниям,
что и компрессионные, кроме проверки запуска и испытания на
пожарную безопасность. В аварийных режимах испытывается
нагреватель.
Холодильные агрегаты
В
бытовых
холодильниках
применяют
абсорбционнодиффузионные агрегаты непрерывного действия с инертным газом.
Холодильным агентом служит водоаммиачный раствор, инертным
газом – водород.
Холодильный агрегат состоит из следующих основных элементов:
генератора, абсорбера, дефлегматора, термосифона, испарителя,
конденсатора, теплообменников растворов и газов. Применяют
холодильные агрегаты с одним и двумя испарителями.
Холодильный агрегат с одним испарителем
Абсорбционный агрегат холодильника представлен на рис. 11. При
работе электронагревателя (1) в термосифоне (2) образуются пары
аммиака, которые поступают в дефлегматор (4) и затем в конденсатор
(5). Вместе с парами аммиака в конденсатор поступают и водяные
пары. При охлаждении в дефлегматоре пары воды конденсируются и
каплями стекают в генератор (3), частично насыщаясь парами
аммиака. Жидкий аммиак из конденсатора стекает в испаритель (6).
36
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Здесь парциальное давление аммиака ниже, чем в конденсаторе,
поэтому аммиак испаряется. В верхнюю часть испарителя поступает
также водород. В результате диффузии аммиака образуется
парогазовая смесь водород-аммиак. Эта смесь по наружной трубе
газового теплообменника (7) опускается в сборник (9),а затем
поднимается по змеевику абсорбера (8).
Рис. 11. Схема абсорбционного агрегата «Север-6»:
1 – электронагреватель; 2 – термосифон; 3 – генератор;
4 – дефлегматор; 5 – конденсатор; 6 – испаритель; 7 – газовый
теплообменник; 8 – абсорбер; 9 – сборник; 10 – теплообменник
растворов.
Навстречу смеси, вниз по змеевику абсорбера, движется слабый
водный раствор аммиака, поступающий из генератора. Аммиак из
парогазовой смеси переходит в раствор. Это приводит к обогащению
водоаммиачного раствора и превращению парогазовой смеси в
практически чистый водород. Последний по внутренней трубке
газового теплообменника вновь поступает в испаритель. Циркуляция
между генератором и абсорбером, а также между конденсатором и
37
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
испарителем осуществляется за счет разности уровней растворов.
Водород и парогазовая смесь между испарителем и абсорбером
перемещаются благодаря разности их плотностей.
В холодильном аппарате два теплообменника – жидкостной и
газовый. В жидкостном теплообменнике (10) нагревается богатый
аммиаком раствор, идущий в генератор. В газовом теплообменнике
охлаждается водород, поступающий в испаритель.
Холодильный агрегат с двумя испарителями
Абсорбционный агрегат холодильника фирмы «Sibir» (Швейцария)
представлен на рис. 12. Крепкий раствор с концентрацией аммиака
0,35 кг/кг из сборника (1), пройдя через теплообменник растворов (2),
подается термосифоном (3) в генератор (4). Полученный водоаммиачный пар при давлении 2500 кПа (25 кгс/см2) и температуре
150°С направляется в охлаждаемый воздухом дефлегматор (5).
Охлажденный в нем до 70°С пар поступает в конденсатор (6). Жидкий
аммиак из переохладителя (7) сливается в испаритель (8) низкотемпературной камеры, где кипит в среде водорода при - 30°С. Затем, по
мере увеличения парциального давления аммиака, эта температура
повышается до -18°С. Далее жидкость продолжает кипеть в потоке
парогазовой смеси, спускаясь по змеевику испарителя (9),
расположенного на задней стенке плюсовой камеры. Температура
смеси на выходе из испарителя достигает –5°С. Пройдя
теплообменник (10). парогазовая смесь, содержащая 60% аммиака,
парциальное давление которого 300 кПа (3 кгс/см2), поступает в
абсорбер (11). Навстречу ему из генератора поступает слабый раствор
с концентрацией аммиака 0,1 кг/кг, предварительно прошедший
теплообменник (2). Образующийся в процессе поглощения аммиака
крепкий раствор сливается в сборник (1). Водород, лишившийся паров
аммиака в абсорбере, направляется в воздушный охладитель (12), а
затем охлаждается в газовом теплообменнике (10) и в высокотемпературном испарителе (9). Побуждающей силой для циркуляции
водорода в контуре служит увеличение плотности смеси,
спускающейся в испарителях (8) и (9), и разность плотностей газа в
трубках воздушного охладителя.
Чтобы предотвратить проникновение водорода в конденсатор,
устроена ловушка (13), отводящая парогазовую смесь из
переохладителя (8) в сборник (1).
38
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
При максимальной нагрузке тепловой коэффициент холодильного
агрегата составляет 0,45÷0,50.
Высокие температурно-энергетические показатели холодильников
фирмы «Sibir» достигнуты благодаря следующим усовершенствованиям:
Рис. 12. Схема абсорбционного агрегата двухкамерного холодильника
«Sibir -225»:
1 – сборник; 2 - теплообменник растворов; 3 – термосифон; 4генратор; 5- дефлегматор; 6- конденсатор; 7- переохладитель; 8 низкотемпературный испаритель; 9 - плюсовой испаритель; 10 газовый теплообменник; 11—абсорбер; 12-воздушдушный
охладитель;13-ловушка.
39
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1) установка регенеративного и парогазового теплообменников абсорбционного агрегата между высоко- и низкотемпературными испарителями, теплоизолированных пенополиуретаном;
2) применение в генераторе трехпоточного теплообменника,
полезно использующего теплоту ректификации, благодаря чему
повышается энергетическая эффективность агрегата;
3) использование в испарителях и абсорбере труб с внутренней
капиллярной насечкой, обладающих
увеличенной внутренней
поверхностью.
Теплообменные аппараты. Теплообменные аппараты абсорбционных агрегатов изготовляют из стальных цельнотянутых труб,
соединяемых сваркой.
Генератор и теплообменник растворов теплоизолируют. Генератор
заключают в металлический кожух. Изоляция должна выполняться
тщательно, так как потеря тепла через кожух генератора достигает
50%.
Испаритель выполняют в виде змеевика, конденсатор и плюсовой
испаритель – оребренного змеевика.
Теплообменники растворов и газов, а также (в некоторых
конструкциях) плюсовой испаритель представляет собой двухтрубную
конструкцию «труба в трубе».
Электронагреватель генератора. Выполнен в виде металлического полого цилиндра. Верхний торец его закрыт наглухо. В нижний
вставлена нихромовая спираль (нихром марки Ж-1 или Ж-4 диаметром
0,31 мм) в изоляторах, выполненных из фарфора в виде втулок.
Пространство между внутренней поверхностью цилиндра и втулками
спирали заполнено песком. Концы спирали изолированы
фарфоровыми бусами и выведены наружу.
Нагреватели изготовляют одно- и двухсекционные. Односекционный нагреватель мощностью 125 Вт применяют в холодильнике.
Размещение холодильного агрегата. Холодильный агрегат устанавливают на задней стенке шкафа. Испаритель вводят в камеру сзади,
через люк.
Приборы управления. В большинстве абсорбционных холодильников реле температуры включает и выключает большую секцию
электронагревателя, а меньшая секция работает постоянно. В
холодильниках с односекционным нагревателем он работает
40
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
циклично. В некоторых моделях применяют ручной переключатель
мощности нагревателя.
Наиболее предпочтителен первый вариант регулирования
температуры в камере. В абсорбционных холодильниках применяют
реле температуры АРТ-2.
Системы оттаивания. В холодильниках с одним испарителем
оттаивание производят вручную. В холодильниках с двумя
испарителями применяют частично автоматическую систему
оттаивания. Теплые пары водоаммиачного раствора поступают из
генератора непосредственно в плюсовой испаритель, который
оттаивает. В качестве реле времени, включающего систему
оттаивания, используют жидкостной дозатор-накопитель раствора.
Объем дозатора обусловливает цикличность оттаивания.
Оттаивание происходит раз в сутки.
Показатели назначения. Абсорбционные холодильники выпускают
общим внутренним объемом от 25 до 320 дм3. Внутренний объем
отечественных холодильников составляет 28÷100дм3. Относительный
объем низкотемпературного отделения составляет 10÷15% у
однокамерных и до 20% у двухкамерных холодильников.
Значение коэффициента использования габаритного объема у
абсорбционных холодильников с пенополиуретановой теплоизоляцией
такое же как у компрессионных.
Абсорбционные холодильники тяжелее компрессионных. Их
средняя приведенная масса составляет 0,5–0,7 кг/дм3.
Номинальный расход электроэнергии холодильников внутренним
объемом 50÷80 дм3 составляет в среднем 1,3÷1,8 кВт·ч/сутки. Для
холодильников, маркированных тремя звездочками, объемом 150÷200
дм3 лучшие значения этого показателя равны 1,6÷1,8 кВт·ч/сутки.
Стандартный расход электроэнергии холодильника «Sibir -Е150»
объемом 150 дм3, маркированного тремя звездочками – 2,4 кВт·
ч/сутки.
41
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Библиографический список.
1. Вейнберг, Б.С. Бытовые компрессионные холодильники/
Б.С. Вейнберг, Л.Н. Вайн.-М.: Пищевая промышленность, 1974, 272 с.
2. Корякин-Черняк, С. Л. Холодильники от А до Я/ С. Л. КорякинЧерняк. – 2-е изд., перераб. и доп. – Спб.: Наука и техника, 2003. –
416с.
3. Малые холодильные установки и холодильный транспорт:
Справочник/ Под ред. А. В. Быкова.-М.: Пищевая промышленность,
1978. – 239 с.
4., Бытовые компрессионные и абсорбционные холодильники:
метод.указания/ сост. А.С. Приданцев [и др.]; Казан. хим. технол. инт, – Казань, 1999 – 28с.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
12
Размер файла
752 Кб
Теги
871
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа