Wpływ przegrzania na wydajność chłodniczą układu chłodniczego. Niedoładowanie i przeładowanie układu czynnikiem chłodniczym. Cykl chłodniczy systemów dzielonych
Ryż. 1.21. Sema dendryt
Zatem mechanizm krystalizacji stopionego metalu przy dużych szybkościach chłodzenia jest zasadniczo inny, ponieważ przy małych objętościach stopu osiąga się wysoki stopień hipotermia. Konsekwencją tego jest rozwój krystalizacji objętościowej, która w czystych metalach może być jednorodna. Centra krystalizacji o wielkości większej od krytycznej są zdolne do dalszego wzrostu.
W przypadku metali i stopów najbardziej typową formą wzrostu jest dendryt, opisany po raz pierwszy w 1868 roku przez D.K. Czernow. Na ryc. 1.21 przedstawia szkic D.K. Czernow, wyjaśniając budowę dendrytu. Zwykle dendryt składa się z pnia (oś pierwszego rzędu), z którego odchodzą odgałęzienia - osie drugiego i kolejnych rzędów. Wzrost dendrytyczny zachodzi w określonych kierunkach krystalograficznych z rozgałęzieniami w regularnych odstępach czasu. W strukturach z siatkami sześcianów skupionych na ścianie i na ciele, wzrost dendrytyczny zachodzi w trzech wzajemnie prostopadłych kierunkach. Ustalono eksperymentalnie, że wzrost dendrytyczny obserwuje się tylko w przechłodzonym stopie. Szybkość wzrostu zależy od stopnia przechłodzenia. Problem teoretycznego określenia szybkości wzrostu w funkcji stopnia przechłodzenia nie doczekał się dotychczas uzasadnionego rozwiązania. Na podstawie danych eksperymentalnych uważa się, że zależność tę można w przybliżeniu uwzględnić w postaci V ~ (D T) 2.
Wielu badaczy uważa, że przy pewnym krytycznym stopniu przechłodzenia obserwuje się lawinowy wzrost liczby centrów krystalizacji zdolnych do dalszego wzrostu. Zarodkowanie coraz większej liczby nowych kryształów może przerwać wzrost dendrytów.
Ryż. 1,22. Transformacja struktur
Według najnowszych danych zagranicznych, wraz ze wzrostem stopnia przechłodzenia i gradientu temperatury przed frontem krystalizacji obserwuje się przemianę struktury szybko krzepnącego stopu z dendrytycznej w równoosiową, mikrokrystaliczną, nanokrystaliczną, a następnie w stan amorficzny (ryc. 1.22).
1.11.5. Amorfizacja w stopie
Na ryc. Rysunek 1.23 ilustruje wyidealizowany diagram TTT (transakcja czas-temperatura), wyjaśniający cechy krzepnięcia stopionych metali w zależności od szybkości chłodzenia.
Ryż. 1,23. Wykres TTT: 1 – umiarkowana szybkość chłodzenia:
2 – bardzo duża szybkość chłodzenia;
3 – pośrednia szybkość chłodzenia
Oś pionowa reprezentuje temperaturę, a oś pozioma przedstawia czas. Powyżej pewnej temperatury topnienia - T P faza ciekła (stop) jest stabilna. Poniżej tej temperatury ciecz ulega przechłodzeniu i staje się niestabilna, gdyż pojawia się możliwość zarodkowania i wzrostu centrów krystalizacji. Jednakże przy nagłym ochłodzeniu ruch atomów w silnie przechłodzonej cieczy może ustać i w temperaturze poniżej T3 utworzy się amorficzna faza stała. W przypadku wielu stopów temperatura, w której rozpoczyna się amorfizacja - ТЗ mieści się w zakresie od 400 do 500 ° C. Większość tradycyjnych wlewków i odlewów schładza się powoli zgodnie z krzywą 1 na ryc. 1,23. Podczas chłodzenia pojawiają się i rosną centra krystalizacji, tworząc krystaliczną strukturę stopu w stanie stałym. Przy bardzo dużej szybkości chłodzenia (krzywa 2) tworzy się amorficzna faza stała. Interesująca jest także pośrednia szybkość chłodzenia (krzywa 3). W tym przypadku możliwa jest mieszana wersja krzepnięcia z obecnością zarówno struktur krystalicznych, jak i amorficznych. Opcja ta występuje w przypadku, gdy rozpoczęty proces krystalizacji nie ma czasu na zakończenie podczas schładzania do temperatury TZ. Mieszaną wersję krzepnięcia z powstawaniem małych cząstek amorficznych ilustruje uproszczony schemat przedstawiony na rys. 1,24.
Ryż. 1,24. Schemat powstawania małych cząstek amorficznych
Po lewej stronie na tym rysunku znajduje się duża kropla stopu zawierająca 7 ośrodków krystalizacji zdolnych do późniejszego wzrostu. W środku ta sama kropla jest podzielona na 4 części, z których jedna nie zawiera centrów krystalizacji. Cząstka ta stwardnieje i przybierze postać amorficzną. Po prawej stronie rysunku pierwotna cząstka jest podzielona na 16 części, z których 9 stanie się amorficzne. Na ryc. 1,25. przedstawiono rzeczywistą zależność liczby cząstek amorficznych wysokostopowego stopu niklu od wielkości cząstek i intensywności chłodzenia w środowisku gazowym (argon, hel).
Ryż. 1,25. Zależność liczby amorficznych cząstek stopu niklu
wielkość cząstek i intensywność chłodzenia w środowisku gazowym
Przejście stopionego metalu w stan amorficzny, czyli jak to się nazywa, szklisty jest procesem złożonym i zależnym od wielu czynników. W zasadzie wszystkie substancje można otrzymać w stanie amorficznym, ale czyste metale wymagają tak dużych szybkości chłodzenia, których nie są jeszcze w stanie zapewnić nowoczesne środki techniczne. Jednocześnie stopy wysokostopowe, w tym stopy eutektyczne metali z metaloidami (B, C, Si, P), krzepną w stanie amorficznym przy niższych szybkościach chłodzenia. W tabeli Tabela 1.9 przedstawia krytyczne szybkości chłodzenia podczas amorfizacji niklu i niektórych stopów stopów.
Tabela 1.9
19.10.2015
Stopień przechłodzenia cieczy uzyskanej na wylocie ze skraplacza jest ważnym wskaźnikiem charakteryzującym stabilną pracę obiegu chłodniczego. Przechłodzenie to różnica temperatur pomiędzy cieczą a kondensacją przy danym ciśnieniu.
W normalnych warunkach ciśnienie atmosferyczne kondensacja wody ma temperaturę 100 stopni Celsjusza. Zgodnie z prawami fizyki wodę o temperaturze 20 stopni uważa się za przechłodzoną do temperatury 80 stopni Celsjusza.
Przechłodzenie na wylocie wymiennika ciepła zmienia się jako różnica między temperaturą cieczy a temperaturą kondensacji. Na podstawie rysunku 2.5 hipotermia wyniesie 6 K lub 38-32.
W kondensatorach chłodzonych powietrzem wskaźnik dochłodzenia powinien wynosić od 4 do 7 K. Jeśli ma inną wartość, oznacza to niestabilną pracę.
Interakcja między skraplaczem a wentylatorem: różnica temperatur powietrza.
Powietrze pompowane przez wentylator ma temperaturę 25 stopni Celsjusza (rysunek 2.3). Pobiera ciepło z freonu, powodując zmianę jego temperatury do 31 stopni.
Rysunek 2.4 przedstawia bardziej szczegółową zmianę:
Tae - znak temperatury powietrza dostarczanego do skraplacza;
Tas – powietrze o nowej temperaturze skraplacza po schłodzeniu;
Tk – odczyty z manometru dotyczące temperatury skraplania;
Δθ – różnica temperatur.
Różnicę temperatur w skraplaczu chłodzonym powietrzem oblicza się ze wzoru:
Δθ =(tas - tae), gdzie K ma granice 5–10 K. Na wykresie wartość ta wynosi 6 K.
Różnica temperatur w punkcie D, to znaczy na wyjściu ze skraplacza, w tym przypadku wynosi 7 K, ponieważ mieści się w tej samej granicy. Różnica temperatur wynosi 10-20 K, na rysunku jest to (tk-tae). Najczęściej wartość tego wskaźnika zatrzymuje się na 15 K, ale w tym przykładzie jest to 13 K.
Bilans cieplny kondensatora powierzchniowego ma następujące wyrażenie:
G Do ( h do -h do 1)=W(t 2v -t 1v)od do, (17.1)
Gdzie h do- entalpia pary wchodzącej do skraplacza, kJ/kg; h do 1 = c do t do- entalpia kondensatu; od do=4,19 kJ/(kg×0 C) – pojemność cieplna wody; W– przepływ wody chłodzącej, kg/s; t 1v, t 2v- temperatura wody chłodzącej na wlocie i wylocie skraplacza. Strumień pary skondensowanej G k, kg/s i entalpia h do znane z obliczeń turbina parowa. Przyjmuje się, że temperatura kondensatu na wylocie skraplacza jest równa temperaturze nasycenia parą wodną t str odpowiadające jego ciśnieniu r k biorąc pod uwagę przechłodzenie kondensatu D t do: t k = t p - D t do.
Przechłodzenie kondensatu(różnica temperatury nasycenia pary przy ciśnieniu w szyjce skraplacza i temperatury kondensatu w rurze ssawnej pompy kondensatu) jest konsekwencją spadku ciśnienia cząstkowego i temperatury pary nasyconej na skutek obecność oporu powietrza i pary skraplacza (ryc. 17.3).
Ryc. 17.3. Zmiana parametrów mieszaniny pary i powietrza w skraplaczu: a – zmiana ciśnienia cząstkowego pary p p i ciśnienia w skraplaczu p k; b – zmiana temperatury pary t p i względnej zawartości powietrza ε
Stosując prawo Daltona do ośrodka para-powietrze poruszającego się w skraplaczu, otrzymujemy: p k = p p + p v, Gdzie r str I r w– ciśnienia cząstkowe pary i powietrza w mieszaninie. Zależność ciśnienia cząstkowego pary od ciśnienia skraplacza i względnej zawartości powietrza mi=G V / G k ma postać:
(17.2)
Po wejściu do skraplacza względna zawartość powietrza jest niewielka i r p » r k. W miarę skraplania się pary wartość mi wzrasta, a ciśnienie cząstkowe pary maleje. W dolnej części cząstkowe ciśnienie powietrza jest najbardziej znaczące, ponieważ wzrasta ze względu na wzrost gęstości powietrza i wartości mi. Prowadzi to do obniżenia temperatury pary i kondensatu. Ponadto istnieje opór pary kondensatora, określony przez różnicę
D r k = r k - r k´ .(17.3)
Zwykle D r k=270-410 Pa (ustalona empirycznie).
Z reguły do skraplacza wchodzi mokra para, której temperatura skraplania jest jednoznacznie określona przez ciśnienie cząstkowe pary: niższe ciśnienie cząstkowe pary odpowiada niższej temperaturze nasycenia. Rysunek 17.3, b przedstawia wykresy zmian temperatury pary t p i względnej zawartości powietrza ε w skraplaczu. Zatem w miarę przemieszczania się mieszaniny pary i powietrza do miejsca zasysania i kondensacji pary temperatura pary w skraplaczu spada wraz ze spadkiem ciśnienia cząstkowego pary nasyconej. Dzieje się tak na skutek obecności powietrza i wzrostu jego względnej zawartości w mieszance parowo-powietrznej, a także występowania oporów pary skraplacza i spadku ciśnienia całkowitego mieszaniny parowo-powietrznej.
W takich warunkach dochodzi do przechłodzenia kondensatu Dt k =t p -t k, co prowadzi do strat ciepła wraz z wodą chłodzącą i koniecznością dogrzewania kondensatu w układzie regeneracyjnym zespołu turbinowego. Dodatkowo towarzyszy temu wzrost ilości tlenu rozpuszczonego w kondensacie, co powoduje korozję układu rurowego służącego do regeneracyjnego ogrzewania wody zasilającej kocioł.
Hipotermia może sięgać 2-3 0 C. Sposobem jej zwalczania jest zainstalowanie w wiązce rurek skraplacza chłodnic powietrza, z których mieszanina pary i powietrza zasysana jest do jednostek eżektorowych. We współczesnych szkołach zawodowych hipotermia jest dozwolona nie więcej niż 1 0 C. Zasady eksploatacja technicznaściśle określić dopuszczalne zasysanie powietrza do zespołu turbiny, które musi być mniejsze niż 1%. Na przykład dla turbin o mocy NE= zasysanie powietrza o mocy 300 MW nie powinno przekraczać 30 kg/godzinę, oraz NE=800 MW – nie więcej niż 60 kg/godz. Nowoczesne skraplacze, które charakteryzują się minimalnym oporem pary i racjonalnym rozmieszczeniem wiązki rur, w nominalnym trybie pracy zespołu turbinowego praktycznie nie mają przechłodzenia.
Możliwości pracy agregatu chłodniczego: praca przy normalnym przegrzaniu; z niewystarczającym przegrzaniem; poważne przegrzanie.
Praca przy normalnym przegrzaniu.
Schemat agregatu chłodniczego
Na przykład czynnik chłodniczy jest dostarczany pod ciśnieniem 18 barów, a ciśnienie ssania wynosi 3 bary. Temperatura wrzenia czynnika chłodniczego w parowniku wynosi t 0 = −10°C, na wylocie z parownika temperatura rury z czynnikiem chłodniczym wynosi t t = −3°C.
Użyteczne przegrzanie ∆t = t t − t 0 = −3− (−10) = 7. To normalne działanie agregat chłodniczy z powietrzny wymiennik ciepła. W wyparka Freon wrze całkowicie w około 1/10 parownika (bliżej końca parownika), zamieniając się w gaz. Następnie gaz zostanie ogrzany do temperatury pokojowej.
Przegrzanie jest niewystarczające.
Temperatura na wylocie będzie wynosić na przykład nie -3, ale -6°C. Wtedy przegrzanie wynosi tylko 4°C. Punkt, w którym ciekły czynnik chłodniczy przestaje wrzeć, przesuwa się bliżej wylotu parownika. Zatem, bardzo Parownik jest wypełniony ciekłym czynnikiem chłodniczym. Może się to zdarzyć, jeśli termostatyczny zawór rozprężny (TEV) dostarcza więcej freonu do parownika.
Im więcej freonu znajduje się w parowniku, tym więcej wytworzy się oparów, tym wyższe będzie ciśnienie ssania i wzrośnie temperatura wrzenia freonu (powiedzmy nie -10, ale -5°C). Sprężarka zacznie napełniać się ciekłym freonem, ponieważ wzrosło ciśnienie, zwiększyło się natężenie przepływu czynnika chłodniczego i sprężarka nie ma czasu na wypompowanie wszystkich oparów (jeśli sprężarka nie ma dodatkowej wydajności). Przy tego rodzaju pracy wydajność chłodzenia wzrośnie, ale sprężarka może ulec awarii.
Poważne przegrzanie.
Jeżeli wydajność zaworu rozprężnego będzie mniejsza, do parownika dostanie się mniej freonu, który szybciej się odparuje (temperatura wrzenia przesunie się bliżej wlotu parownika). Cały zawór rozprężny i rurki za nim zamarzną i pokryją się lodem, ale 70 procent parownika w ogóle nie zamarznie. Opary freonu w parowniku nagrzeją się, a ich temperatura może osiągnąć temperaturę pokojową, stąd ∆t ˃ 7. W takim przypadku wydajność chłodnicza układu spadnie, ciśnienie ssania spadnie, a ogrzane pary freonu mogą uszkodzić stojan sprężarki.
W tym artykule porozmawiamy o najdokładniejszym sposobie napełniania klimatyzatorów.
Możesz uzupełnić dowolne freony. Uzupełnienie - tylko freony jednoskładnikowe (np. R-22) lub mieszaniny izotropowe (warunkowo izotropowe np.: R-410)
Podczas diagnozowania układów chłodzenia i klimatyzacji procesy zachodzące wewnątrz skraplacza są ukrywane przed inżynierem serwisowym i często to właśnie od nich można zrozumieć, dlaczego spadła wydajność układu jako całości.
Przyjrzyjmy się im krótko:
- Przegrzane pary czynnika chłodniczego przedostają się ze sprężarki do skraplacza
- Pod wpływem przepływu powietrza temperatura freonu spada do temperatury kondensacji
- Dopóki ostatnia cząsteczka freonu nie przejdzie w fazę ciekłą, temperatura pozostaje taka sama na całym odcinku linii, w której zachodzi proces kondensacji.
- Pod wpływem przepływu powietrza chłodzącego temperatura czynnika chłodniczego spada od temperatury skraplania do temperatury schłodzonego ciekłego freonu
Znając ciśnienie, korzystając ze specjalnych tabel producenta freonu, można określić temperaturę skraplania w aktualnych warunkach. Różnica pomiędzy temperaturą skraplania a temperaturą schłodzonego freonu na wylocie ze skraplacza – temperatura dochłodzenia – jest zwykle wartością znaną (sprawdź u producenta układu) i zakres tych wartości dla danego układu jest stały (na przykład: 10-12°C).
Jeśli wartość dochłodzenia jest poniżej zakresu podanego przez producenta, to freon nie ma czasu na ochłodzenie w skraplaczu - to nie wystarczy i konieczne jest uzupełnienie. Brak freonu zmniejsza wydajność systemu i zwiększa jego obciążenie.
Jeśli wartość dochładzania jest powyżej zakresu, freonu jest za dużo, należy część spuścić aż do osiągnięcia optymalna wartość. Nadmiar freonu zwiększa obciążenie systemu i skraca jego żywotność.
Tankowanie poprzez dochłodzenie bez użycia:
- Do układu podłączamy kolektor ciśnieniowy i cylinder freonowy.
- Zamontuj termometr/czujnik temperatury na linii wysokie ciśnienie.
- Uruchommy system.
- Za pomocą manometru na linii wysokiego ciśnienia (lini cieczy) mierzymy ciśnienie i obliczamy temperaturę skraplania dla danego freonu.
- Za pomocą termometru monitorujemy temperaturę przechłodzonego freonu na wylocie ze skraplacza (powinna ona mieścić się w zakresie sumy temperatury skraplania i temperatury przechłodzenia).
- Jeżeli temperatura freonu przekracza dopuszczalny poziom (temperatura dochłodzenia jest poniżej wymaganego zakresu), freonu jest za mało, należy go powoli dodawać do układu, aż osiągnie żądaną temperaturę
- Jeżeli temperatura freonu jest poniżej dopuszczalnego poziomu (temperatura dochłodzenia jest powyżej zakresu) freonu jest nadmiar, część należy powoli uwalniać, aż do osiągnięcia żądanej temperatury.
- Resetujemy urządzenie do zera, przełączamy je w tryb przechłodzenia i ustawiamy typ freonu.
- Do układu podłączamy kolektor manometru i cylinder freonowy, a wąż wysokiego ciśnienia (cieczy) podłączamy przez trójnik dostarczony w komplecie z urządzeniem.
- Na linii wysokiego ciśnienia montujemy czujnik temperatury SH-36N.
- Włączamy układ, na ekranie wyświetla się wartość dochłodzenia, porównujemy ją z wymaganym zakresem i w zależności czy wyświetlana wartość jest wyższa czy niższa, powoli odpowietrzamy lub dodajemy freon.
Aleksiej Matwiejew,
specjalista techniczny w firmie Raskhodka
