Номер части:
Журнал
ISSN: 2411-6467 (Print)
ISSN: 2413-9335 (Online)
Статьи, опубликованные в журнале, представляется читателям на условиях свободной лицензии CC BY-ND

ПРИМЕНЕНИЕ ВОЗДУШНЫХ ТУРБОХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН В ТЕХНИКЕ



Науки и перечень статей вошедших в журнал:
DOI:
Дата публикации статьи в журнале:
Название журнала: Евразийский Союз Ученых, Выпуск: , Том: , Страницы в выпуске: -
Автор:
, ,
Автор:
, ,
Автор:
, ,
Анотация:
Ключевые слова:                              
Данные для цитирования: . ПРИМЕНЕНИЕ ВОЗДУШНЫХ ТУРБОХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН В ТЕХНИКЕ // Евразийский Союз Ученых. Технические науки. ; ():-.

Введение.В настоящее время особое развитие получили холодильная и криогенная техника, климатехника, техника жизнеобеспечения. В этих областях работали и работают выдающиеся ученые, о чем свидетельствует семь Нобелевских премий в области низких температур, которые получили следующие ученые: Рамзай, Камерлинг-Онес, Альварес, Бардин, Купер, Шепард, Ландау, Капица, Майер. Как видно вклад отечественных ученых весьма значителен.

Целые области науки и технологии, практической деятельности человечества оказались связаны с холодом и сопряжены с развитием техники низких температур. Это, прежде всего – производство, ожижение, транспортирование и использование природных и промышленных газов [1] и продуктов разделения воздуха; климатехника и техника жизнеобеспечения; медицина и экология; хранение и транспортировка продуктов питания и т.д.

К настоящему моменту сформировалась огромная область научно-прак-тической деятельности, так называемая криология – наука о холоде, методах его получения и использования. Область практического использования низких температур начинается от Т = 0,3° К (до этой температуры охлаждаются приемные устройства космических радиотелескопов) и достигает средней температуры окружающей среды Т = 300 ºК (рис.1). Ученые в лабораторных условиях достигают в кратковременных режимах температуры Т = 10 ºК, что весьма близко к абсолютному нулю. Гелиевые криогенные установки достигают температур до Т = 4,5ºК.

Особая роль принадлежит системам микроклимата и кондиционирования

ПРИМЕНЕНИЕ ВОЗДУШНЫХ ТУРБОХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН В ТЕХНИКЕ

Рисунок.1. Области использования низких температур

воздуха, которые базируются на тех же принципах теплотрансформации, что и холодильные и криогенные системы. Здесь важным направлением является со-здание тепловых насосов, работающих на новых принципах с новыми рабочими

веществами.

Как уже было отмечено ранее [1], значительных успехов в конструировании воздушных турбохолодильных машин достигло СКБ «Турбохолод» [2]. Ниже приводятся основные виды воздушных турбохолодильных машин, разработанных СКБ «Турбохолод» (г.Москва).

Воздушная турбохолодильная машина МТХМ1-25Р. Машина МТХМ1-25Р может эксплуатироваться в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства, в особенности эффективно ее применение в процессах охлаждения и замораживания. Общий вид машины показан на рис.2.   Воздушная турбохолодильная машина МТХМ1-25Р предназначена для охлаждения атмосферного воздуха, поступающего к потребителю холода в интервале температур от Т = –50ºС до Т = –130ºС. Одновременно можно использовать выходящий из машины горячий воздух температурой Т = +100 ÷ 120ºС.

Воздушная турбохолодильная машина МТХМ1-25Р состоит из осевого 7-ми ступенчатого компрессора, осевого турбодетандера, двух регенераторов,трех клапанных коробок с гидроприводом, мультипликатора и электродви-гателя. Все агрегаты машины смонтированы на общей раме.

Основные достоинства турбохолодильной машины:

  • использует в качестве хладоагента и хладоносителя атмосферный воздух, благодаря чему эксплуатация машины проста и безопасна;
  • не требует воды для охлаждения хладоагента;
  • осуществляет процесс охлаждения объектов непосредственным контактом с хладоагентом;
  • быстро выходит на расчетный режим;
  • не требует предварительной осушки воздуха;
  • имеет небольшие удельную металлоемкость и габаритные размеры.

Рисунок 2. Общий вид турбохолодильной машины МТХМ1-25Р

Отличительной особенностью воздушной турбохолодильной машины МТХМ1-25Р является тот факт, что атмосферный воздух в конце цикла выбра-сываетсявновь в атмосферу в горячем состоянии, не требуя охлаждения.

 

Рисунок 3. Термодинамический цикл работы воздушной турбохолодильной машины

МТХМ1-25Р

На рис.3 приводится термодинамический цикл работы машины.

На рис.4 приводятся схема работы машины.

Принцип работы машины следующий. Атмосферный воздух подается вентилятором во входной патрубок машины и через клапанную коробку 3 поступает в предварительно охлажденный регенератор 2 (процесс 0-1, рис.3) Затем охлажденный и осушенный воздух температурой Т = –80ºС через вторую клапанную коробку 5 подается в потребитель холода 6, где нагревается до температуры Т = –50ºС, отбирая тепло от охлаждаемых объектов (процесс 1-2, рис.3).

Рисунок 4.   Схема работы воздушной турбохолодильной машины МТХМ1-25Р: 1 – компрессор; 2, 4 – регенератор; 3, 5 – клапанная коробка; 6 – потребитель холода; 7 – турбодетандер

В турбодетандере 7 воздух расширяется до давления Р = 0,5 кгс/см² (процесс 2-3, рис.3), производя механическую работу, при этом температура его понижается до Т = –84ºС. Через клапанную коробку 5 воздух направляется во второй регенератор 4, охлаждает его насадку (процесс 3-4, рис.3) и через клапанную коробку 3 поступает в компрессор 1, где сжимается до атмосферного давления (процесс 4-5, рис.3), нагреваясь до температуры Т = 100-120ºС и выбрасывается в атмосферу.

При переключении регенераторов 2 и 4 атмосферный воздух охлаждается в одном из них, в то время как насадка другого регенератора «заряжается»охлажденным в турбодетандере воздухом.

Технические характеристики машины МТХМ1-25Р следующие:

  • холодопроизводительность, ккал/ч                                       26000
  • температура воздуха на входе в потребитель холода, ºС          –80
  • разность температур на входе и выходе из потребителя холода, ºС 30
  • расход холодного воздуха, кг/ч                                       3400
  • напряжение питания электродвигателя, в 380/220
  • частота тока, Гц 50
  • частота вращения вала электродвигателя, об/мин 3000
  • габаритные размеры, мм 4955×2580×2445
  • масса, кг 4800

На рис.5 показан разрез машины МТХМ1-25Р.

ПРИМЕНЕНИЕ ВОЗДУШНЫХ ТУРБОХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН В ТЕХНИКЕ

Рисунок 5. Разрез машины МТХМ1-25Р

Воздушная турбохолодильная машина МТХМ1-25Р может эксплуатироваться в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства.

  1. Сельское хозяйство – для быстрого замораживания косточковых плодов, овощей, ягод на местах сбора.

Особо следует подчеркнуть, что при быстром замораживании, например, до Т = –600С, что с термодинамической точки зрения представляет «тепловой удар со знаком минус», ткани фруктов, мяса, рыбы не повреждаются кристаллами льда, всегда образующимися при медленном замораживании продуктов.

  1. Мясо-молочная, пищевая и рыбная промышленность – для быстрого замораживания мяса, мясопродуктов, рыбы и готовых кулинарных блюд.
  2. Машиностроение, приборостроение, радиотехника – для климатических испытаний приборов, узлов машин и для термоциклической обработки полу-проводников и отдельных деталей в широком диапазоне температур от Т = +100ºС до Т = – 120ºС.
  3. Металургическая и сталелитейная промышленность:
  • для низкотемпературного охлаждения металлолома;
  • для термообработки высокоуглеродных и качественных сталей.
  1. Нефтеперерабатывающая и нефтехимическая промышленность:
  • в процессах сжижения природных газов;
  • для удаления облоя с вулканизованных формовых резиновых технических изделий;
  • для получения резиновой крошки из изношенных покрышек путем их замораживания до состояния хрупкости и последующего дробления в молотковых дробилках.

АО «Аэромаш» (г.Севастополь) на основе воздушной турбохолодильной машины разработало компактную рефрижераторную установку, монтируемую на

ПРИМЕНЕНИЕ ВОЗДУШНЫХ ТУРБОХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН В ТЕХНИКЕ

Рисунок 6. Судовая рефрижераторная холодильная установка [3]: 1, 2,  3 – носовой, средний и кормовой трюмы для перевозки мороженого мяса, рыбы и плодоовощей; 4 – воздушная турбохолодильная машина типа МТХМ1-25; 5 – холодильная камера (быстроморозильный аппарат типа М.01.02); 6 – дизельная электростанция типа ЭСД-200-20.

мелководной барже, судне, плашкоуте для быстрой заморозки (Т = –60ºС) рыбы, мяса, плодоовощей [3]. На рис.6 показана судовая рефрижераторная установка [3]. Установка включает в себя воздушную турбохолодильную машину МТХМ1-25Р с холодильной камерой и теплообменником. Установка дополнительного теплообменника позволяет иметь горячую воду с температурой Т = +95ºС.

Для обеспечения электроэнергией холодильной машины мощностью N = 85 кВт на борту плашкоута монтируется передвижная дизельная электростанция типа ЭСД-200-20. Поскольку передвижная электростанция ЭСД-200-20 имеет мощность N = 200 кВт, она может обеспечить установку двух машин МТХМ1-25Р.

Вторая компактная установка, разработанная на основе машины МТХМ1-25Р предназначена для замораживания клюквы, брусники и т.д. [3]. Установка включает машину МТХМ1-25Р, скороморозильный аппарат типа М.01.02, передвижную электростанцию ЭСД-200-20. Установка предусматривает частичную разборку на отдельные блоки весом каждый до 2,5 т для транспортировки их на вертолете.

Массы отдельных блоков установки следующие:

  • масса машины МТХМ1-25Р – 4,7 т;
  • масса электростанции ЭСД-200-20 – 14,5 т;
  • масса холодильной камеры:
  • для ягод – 1,5 т;
  • для рыбы – 2,0 т.

Потребляемая электроэнергия – 98 кВт.

Холодопроизводительность при Т = – 60ºС составляет N = 30 кВт.

 

ПРИМЕНЕНИЕ ВОЗДУШНЫХ ТУРБОХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН В ТЕХНИКЕ

Рисунок 7. Скороморозильная установка 5АМ6

 

Скороморозильная установка 5AM6.Установка включает в себя воздушную турбохолодильную машину МТХМ1-25Р, скороморозильный плиточный аппарат, систему воздуховодов (рис.7). Установка предназначена для замораживания мяса и рыбы, а также полуфабрикатов и готовых блюд. Замораживание продуктов происходит между алюминиевыми плитами, во внутренних полостях циркулируют холодный воздух, поступающий из машины МТХМ1-25Р.

Технические характеристики установки 5АМ6 следующие:

–  производительность установки (при работе 22 ч в сутки и холодопроиз-

водительность 25 000 ккал/ч), т/сутки                                                            6,8;

–  потребляемая мощность (совместно с машиной МТХМ1-25Р), квт                   90;

–  средняя температура воздуха в морозильной камере, ºС                         – 65;

–  температура продукта на выходе,  ºС                                                        – 20;

Воздушные турбохолодильные машины ТХМ1-50 и ТХМ1-75. Предназначены для охлаждения воздуха, поступающего к потребителю холода от    Т= –50º до Т= –140ºС  с автоматическим поддержанием температуры и регулированием холодопроизводительности (до 30%). Можно одновременно использовать выходящий из машины горячий воздух температурой Т = +140–150ºС.

  Основные достоинства машин:

  • хладоагент (атмосферный воздух), одновременно являющийся хладоноси-телем;
  • эксплуатация машин проста и безопасна;
  • не требует воды для охлаждения хладоагента, предварительной осушки воздуха;
  • быстро выходит на расчетный режим;
  • холодный воздух, поступающий к потребителю, абсолютно чистый и сухой;
  • не требует специального фундамента.

Приводим технические характеристики воздушной турбохолодильной машины ТХМ1-75:

  • холодопроизводительность при температуре воздуха,

выходящего из машины Т = – 80ºС, ккал/ч                                  75000

  • перепад температур в холодильной камере или в другом

устройстве, потребляющем холодный воздух, ºС                        30

  • расход холодного воздуха, кг/ч 8500
  • расход горячего воздуха, кг/ч 9000
  • потребляемая мощность, квт 245
  • напряжение, в          380
  • частота, гц 50
  • габаритные размеры, мм 5800 × 4900 × 3600
  • масса, кг 11780

Воздушная турбохолодильная машина МТХМ2-50. Предназначена для получения воздуха температурой от Т = +5 до Т = +20ºС (режим охлаждения) и от Т = +35 до Т = +80ºС (режим нагрева).

Применяется для кондиционирования и вентиляции производственных предприятий, охлаждения (летом) и нагрева (зимой) салонов самолетов на стоянках, а также в процессах охлаждения или нагрева технологических линий или оборудования с большим гидравлическим сопротивлением.

Хладоагент – атмосферный воздух, являющийся одновременно хладо- и теплоносителем. На рис.8 приведен разрез машины МТХМ2-50.

ПРИМЕНЕНИЕ ВОЗДУШНЫХ ТУРБОХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН В ТЕХНИКЕ

Рисунок 8. Воздушная турбохолодильная машина МТХМ2-50: 1 – осевой компрессор;

2 – водовоздушный теплообменник; 3 – осевая турбина; 4 – мультипликатор;

5 – электродвигатель

Воздушная турбохолодильная машина МТХМ2-50 работает по разомкнутому циклу. Воздух из атмосферы засасывается в компрессор, сжимается в нем

(температура воздуха при этом повышается) и поступает в водяной теплообменник, где происходит его охлаждение. Затем воздух направляется в турбину и расширяется в ней, совершая работу, передаваемую на вал компрессора. В результате этого уменьшается мощность, необходимая для привода машины. Далее воздух  под избыточным давлением до 20 кПа подается потребителю. Возврат воздуха из кондиционируемого помещения не требуется.

Перевод машины с режима охлаждения на режим нагрева производится от-ключением подачи воды в теплообменник. Сконденсировавшаяся влага отделяется с помощью инерционного влагоотделителя. Использование осевых комп-рессора и турбины обеспечивает высокую холодопроизводительность при высоком напоре воздуха на выходе из машины, а также снижение металлоемкости машины.

В машине предусмотрена система автоматической защиты, гарантирующая безаварийную работу.

Параметры воздуха на входе в машину следующие. В режиме охлаждения: температура Т = +28,5ºС, давление 745 мм рт. ст., относительная влажность 45%. В режиме нагрева: температура Т = –26ºС, давление 745 мм рт. ст.

Технические характеристики машины МТХМ2-50 следующие:

  • холодопроизводительность, ккал/ч          50000
  • теплопроизводительность, ккал/ч:

в режиме нагрева без электрокалорифера                                             75000

  • в режиме нагрева с электрокалорифером 120000
  • температура воздуха на выходе из машины, ºС:
  • в режиме охлаждения 5
  • в режиме нагрева без калорифера 25
  • в режиме нагрева с электрокалорифером                                   80
  • потребляемая мощность, квт:
  • в режиме охлаждения 93
  • в режиме нагрева без электрокалорифера 93
  • в режиме нагрева с электрокалорифером 160
  • допустимое сопротивление на выходе из машины, кПа: 20
  • электродвигатель:
  • тип 4АН250S243
  • мощность, квт          100
  • число оборотов вала в минуту          3000
  • напряжение, в          380
  • частота, гц          50
  • расход охлаждающей воды при температуре Т = 15ºС, м³/ч 5
  • габаритные размеры, мм 5000 × 1500 × 1900
  • вес, кг 2500

Воздушная турбохолодильная установка ВТХУ-50 для охлаждения молока. Экологически чистая (без фреона и аммиака) установка ВТХУ-50 создана на базе турбохолодильной машины МТХМ2-50 (хладоагентом и хладоносителем в которой является атмосферный воздух) и комплекта проточных охладителей молока А1-00Л-5.

Установка предназначена для охлаждения G = 3000 л молока в час от температуры Т = +32ºС до Т = +4ºС при одновременном использовании V = 3 м³ горячей воды с температурой от Т = 60ºС до Т = 90ºС для санитарный и технических нужд животноводческого комплекса.

ПРИМЕНЕНИЕ ВОЗДУШНЫХ ТУРБОХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН В ТЕХНИКЕ

Рисунок 9. Термодинамический цикл работы машины МТХМ2-50

Установка поставляется в полной заводской готовности с виброопорами и не нуждается в специальном фундаменте. Автоматика установки снабжена защитой от аварийных режимов и сигнализаций.

На рис.9 представлен термодинамический цикл работы машины.

На рис.10 приведена схема работы машины МТХМ2-50.

Технические характеристики установки ВТХУ-50 следующие:

– холодопроизводительность, ккал/ч                                                    50000

– потребляемая мощность, кВт                                                              70

ПРИМЕНЕНИЕ ВОЗДУШНЫХ ТУРБОХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН В ТЕХНИКЕ

Рисунок 10. Схема работы машины МТХМ2-50: 1 – осевой компрессор; 2 – водо-воздушный теплообменник; 3 – турбодетандер; 4 – воздухомолочный теплообменник;

5 – клапан подпитки

– теплопроизводительность, ккал/ч                                                                120000

– температура воздуха на входе в охладитель молока, ºС                            0 – 2

– расход воздуха, кг/ч                                                                            6480

– температура охлаждающей воды на входе в охладитель А1-00Л-5, ºС25

– количество охлаждаемого молока, л/ч                                                       3000

– расход охлаждаемой воды, м³/ч                                                         3,0

– напряжение электропитания, в                                                           380/220

– габаритные размеры, мм                                                  5000 × 1700 × 1900

– масса, кг                                                                                               2700

 Холодопроизводителем в установке ВТХУ-50 является турбохолодильная машина МТХМ-50, работающая по замкнутому циклу для устранения неблагоприятного влияния влаги, содержащейся в атмосферном воздухе, на работу турбин и теплообменника «воздух – молоко».

Принцип работы установки следующий. В начальный момент запуска воздух, находящийся в тракте машины при атмосферном давлении, поступает в компрессор 1, сжимается до давления 0,2 МПа, нагреваясь при этом до температуры Т = +100ºС (процесс 1-2, рис.9). Сжатый воздух охлаждается в водо-воздушном теплообменнике 2 примерно до Т = +20-30º (процесс 2-3, рис.9).

Нагретая вода из теплообменника 2 может подаваться частично или целиком в расходную систему на санитарно-технические нужды фермы или в безрасходную систему водооборота для охлаждения в градирне или брызгательном бассейне. Охлажденный сжатый воздух поступает в турбодетандер 3, где расширяется до давления, близкого к атмосферному с понижением температуры до Т = 0ºС (процесс 3-4, рис.9). Далее холодный воздух поступает в воздухо-молочный теплообменник 4, где происходит охлаждение молока до температуры Т = 2-4ºС (процесс 4-1, рис.9). Предварительно, до поступления молока в теплообменник турбохолодильной машины, оно охлаждается водой в теплообменниках типа А1-00Л-5.

Для обеспечения устойчивой работы по замкнутому циклу и компенсации потерь воздуха через неплотности соединений трубопроводов и других узлов, машина снабжена клапаном подпитки 5.

Так как работа установки имеет короткие циклы (например, охлаждение 3000 л молока осуществляется за 1 час), установка  может быть оборудована клапанной коробкой, позволяющей размыкать контур машины и подавать хо-лодный воздух для поддержания пониженной температуры в овоще- и фрукто-хранилищах.

Список использованной литературы:

  1. Пухлий В.А., Журавлев А.А., Лепеха О.Г. Термодинамические основы процессов транспортировки газа. – Сб. трудов «Фундаментальные проблемы науки». – Уфа: Изд-во «Аэтерна», 2015, с.
  2. Технологические установки с воздушными турбохолодильными машинами. Каталог. – СК ТБА НПО «НИИХИММАШ», 1991 – 32 с.
  3. Пухлій В.О. Судова рефрижераторна холодильна установка. – Заява на патент України №2003065675. – Київ, 2003.[schema type=»book» name=»ПРИМЕНЕНИЕ ВОЗДУШНЫХ ТУРБОХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН В ТЕХНИКЕ» description=» Обсуждаются проблемы криологии. На основе термодинамических процессов охлаждения воздуха рассматривается класс воздушных турбохолодильных машин, обеспечивающих получение холодного воздуха, вплоть до Т=–2200С. Излагается инновационный проект по охлаждения рыбы, различного рода плодоовощей с использованием компактной рефрижераторной установки на основе турбохолодильной машины, монтируемой на мелководном судне.» author=»Пухлий Владимир Александрович, Журавлев Александр Анатолиевич, Лепеха Ольга Григорьевна» publisher=»Басаранович Екатерина» pubdate=»2017-03-03″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_27.06.2015_06(15)» ebook=»yes» ]
Список литературы:


Записи созданы 6780

Похожие записи

Начните вводить, то что вы ищите выше и нажмите кнопку Enter для поиска. Нажмите кнопку ESC для отмены.

Вернуться наверх