CC BY
16
УДК 621.565.92.013.004.67
АНАЛИЗ ПРИЧИН ОБРАЗОВАНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАГРЯЗНЕНИЙ В ТЕРМОСИФОНАХ БЫТОВЫХ ХОЛОДИЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
© 2010 г. С.П. Петросов, А.В. Кожемяченко, В.А. Першин, ТА. Бакуменко
Южно-Российский государственный университет South-Russian State University
экономики и сервиса, г. Шахты of the Economy and Service, Shahty
Рассмотрена перспективная модель бытового абсорбционного холодильного прибора, приведены результаты качественного и количественного состава эксплуатационных отложений в термосифоне.
Ключевые слова: анализ; причины; эксплуатационные загрязнения; бытовой холодильный прибор.
In article the perspective model household absorption the refrigerating device is considered, results of qualitative and quantitative structure of operational adjournment in a thermo siphon are resulted.
Keywords: the analysis; the reasons, operational pollution; the household refrigerating device.
Среди бытовых машин и приборов особым спросом пользуются бытовые электрические холодильные приборы, среди которых следует выделить бытовые холодильные приборы абсорбционно-диффузионного типа. К их достоинствам, в первую очередь, относят бесшумность в работе, простоту конструкции и сравнительно малую величину энергопотребления [1].
Наиболее предпочтительной с точки зрения повышения экономичности работы бытового абсорбционного холодильного прибора является модель, в которой дефлегматор и абсорбер снабжены охлаждающими рубашками, а испаритель имеет сборник талой воды, который подключен параллельно к рубашкам дефлегматора и абсорбера [2].
Абсорбционный диффузионный холодильный агрегат бытового абсорбционного холодильного прибора (рисунок) содержит генератор 2 с нагревателем 1 и термосифоном 3, дефлегматор 4, конденсатор 8, испаритель 9, теплообменник-регенератор 19 между крепким и слабым растворами, абсорбер 17, газовый теплообменник 12, охлаждающую рубашку 7 на дефлегматоре 4, охлаждающие рубашки 16 и 14 на абсорбере, водородный бачок 6, выходные патрубки 5 и 15 на охлаждающих рубашках 7 и 14, сборник 10 талой воды с трубами 11 и 13, ресивер 18 крепкого раствора.
При работе агрегата крепкий раствор в термосифоне 3 генератора 2 с помощью нагревателя 1 превращается в парожидкостную эмульсию, которая на выходе из термосифона 3 разделяется на пары аммиака, направляемые в дефлегматор 4 и слабый раствор, циркулирующий через теплообменник-регенератор 19 в абсорбер 17. В дефлегматоре 4 пары аммиака охлаждаются, а образующаяся при этом флегма (смесь воды с аммиаком) стекает со слабым раствором в теплообменник 19. Практически чистые аммиачные пары уходят в конденсатор 8, в котором сжижаются. Полученная жидкость сливается в испаритель 9, в котором испаряется в циркулирующий водород, имеющий вначале малое парциальное давление аммиака, производя при этом холодильное действие и повышая одновременно концентрацию паров аммиака
в циркулирующем водороде. В абсорбере 17 слабый раствор абсорбирует аммиачные пары, очищая от них водород, а сам раствор становится крепким и в таком состоянии сливается в ресивер 18. Очищенный водород через газовый теплообменник 12 снова поступает в испаритель 9, а крепкий раствор из ресивера 18 через теплообменник 10 поступает в термосифон 3. Таким образом, заканчивается циркуляционный цикл раствора, паров и жидкого аммиака и водорода.
Схема абсорбционного диффузионного холодильного агрегата
В процессе работы агрегата на поверхности испарителя нарастает снеговая шуба, которая периодически оттаивается, а образующаяся талая вода стекает в сборник 10, откуда поступает через трубы 11 и 13 в охлаждающие рубашки 7 - 14 дефлегматора 4 и абсорбера 17. При этом повышается концентрация креп-
кого раствора в абсорбере 17, увеличивается степень очистки паров аммиака от паров воды в дефлегматоре 4, что способствует повышению теплового коэффициента рабочего цикла и снижению расхода тепла в нагревателе 1 генератора 2.
Анализ отказов бытовых абсорбционных холодильников, поступающих в ремонт, показывает, что одной из основных неисправностей является засорение внутренней системы холодильного агрегата и в том числе термосифона, входящего в состав генератора холодильного агрегата.
Засорение термосифона, проходное сечение которого составляет 3,5 мм, вызывает снижение расхода холодильного агента и соответственно ухудшение энергетической эффективности работы холодильной машины.
Учитывая вышесказанное, особый интерес представляет вопрос определения причин образования эксплуатационных загрязнений во внутренней системе абсорбционных холодильных агрегатов.
Для определения места и причин образования эксплуатационных загрязнений проводили анализ особенностей конструкции холодильного агрегата абсорбционного холодильного прибора и факторов, влияющих на его работоспособность.
Исследования показали, что наиболее вероятным местом наличия эксплуатационных отложений является термосифон, сопряженный с нагревательным элементом и характеризующийся наименьшим проходным сечением среди всех элементов абсорбционного холодильного агрегата.
Для определения места расположения эксплуатационных отложений внутри термосифона предварительно был проведен распил его трубки по середине длины в радиальном сечении. Визуальный контроль внутренних сечений исследуемых трубок показал, что основная часть загрязнений располагается в нижней части термосифона. Этот участок трубок разрезали через каждые 5 мм с целью более точного определения места расположения загрязнений по сечению трубок.
Результаты визуального контроля срезов показали, что в первую очередь загрязнения образуются на стороне жарового стакана. При дальнейшей эксплуатации холодильного агрегата, загрязнения распространяются на всю длину окружности сечения трубки термосифона. При этом центр проходного сечения трубки термосифона смещается к противоположной стороне места установки жарового стакана.
Определение качественного и количественного состава эксплуатационных отложений проводили рентгеноспектральным флуоресцентным анализом, выбор которого обусловлен малыми количествами и концентрациями обнаруженных загрязнений.
Рентгеноспектральный флуоресцентный анализ (РСФА) как метод количественного и качественного определения элементного состава вещества основан на зависимости интенсивности аналитической линии характеристического рентгеновского излучения (ХРИ) от концентрации анализируемого элемента в пробе:
I=ЛСа).
На величину интенсивности аналитической линии характеристического рентгеновского излучения оказывают влияние поглощающие характеристики пробы и геометрии измерения, которые задают параметром
Р л:
hi
+ ■
h-
Р "
Sin ф Sin у
где - коэффициент ослабления первичного рентгеновского излучения; - коэффициент ослабления ХРИ; ф, у - углы падения отбора рентгеновского излучения.
Регистрация характеристических спектров проб отложений осуществлялось полупроводниковым (Li-Br) детектором с выводом информации на интегратор АИ - 1029. При этом обнаружена линия, соответствующая излучению К-спектра Сг, которая разрешилась в дуплет К а, Р. На 450 канале АИ-1029 были зафиксированы также линии тормозного спектра Мо. В области 60 каналов наблюдали слабые линии Fe, которые находятся на уровне порога чувствительности (менее 1 %) данного спектрометра.
Таким образом, основной составляющей эксплуатационных отложений в термосифоне является гидро-ксид хрома, представляющий собой кристаллы серо-зеленого цвета. В последующем исследуемые кольца срезов трубки термосифона разрезали вдоль оси вращения и выпрямляли в пластинки, которые исследовали под аналитическим микроскопом типа ЛЮМАМ-2М.
Визуальное наблюдение стенок полученных пластинок, освобожденных от эксплуатационных отложений, показало наличие факта водородной коррозии (водородной охрупчиваемости) исследуемых поверхностей.
Наличие водорода в зоне «высокого давления» холодильного агрегата обусловлено его физико-химическими свойствами, а именно способностью растворяться в воде и металлах. С растворимостью водорода в металлах связана его способность диффундировать через них. Кроме того, будучи самым легким газом, водород обладает наибольшей скоростью диффузии, которая увеличивается при повышении температуры и давления.
Диффузия водорода в сталь при высоких температурах вызывает ее водородную коррозию, сущность которой заключается в том, что водород взаимодействует с имеющимся в стали углеродом, превращая последний в углеводород (метан), что приводит к резкому ухудшению свойств стали.
В генератор водород попадает из абсорбера в результате растворения в слабом водоаммиачном растворе, а в термосифоне - подвергается значительным тепловым нагрузкам. При температуре свыше 200 оС и давлении до 2,5 МПа диффузия водорода в стенки термосифона вызывает увеличение шероховатости их поверхности с образованием поверхностных трещин и раковин.
В результате воздействия высоких эксплуатационных температур возникновения процесса диффузии водорода в сталь и нарушения поверхности стенки термосифона наблюдается распад ингибитора. В результате образовавшийся гидроксид хрома начинает заполнять раковины и трещины, тем самым уменьшая проходное сечение трубки термосифона. В связи с этим повышается температура на участке жарового стакана, ускоряя реакцию выпадения отложений, что приводит к полной закупорке термосифона и выходу из строя агрегата.
Следует отметить, что предварительными причинами повышения температуры в термосифоне являются такие эксплуатационные и технологические факторы, как неправильная установка холодильника, качество изготовления и правильность установки абсорбера, соблюдение дозы зарядки холодильным агентом и водородом, величина температуры окружающего воздуха вокруг эксплуатируемого холодильного прибора.
Выводы
С целью обеспечения требуемого технического состояния бытового абсорбционного холодильного прибора на протяжении всего жизненного цикла возникает необходимость:
Поступила в редакцию
1. В проведении специальных исследований воздействия эксплуатационных отложений на теплоэнергетические характеристики бытовых абсорбционных холодильных приборов с целью определения предельных значений степени засорения термосифона, когда эксплуатация холодильного прибора экономически нецелесообразна;
2. В разработке рекомендаций по совершенствованию их отдельных элементов с точки зрения изменения конструктивных размеров;
3. В разработке технологии устранения воздействия эксплуатационных отложений в условиях предприятий по сервисному обслуживанию бытовой техники.
Литература
1. Бабакин Б.С., Выгодин В.А. Бытовые холодильники и морозильники : 2-е изд., испр. и доп. М., 2000. 652 с.
2. А.с. СССР № 1196625: МП^25В45/00/ Абсорбционный диффузионный холодильный агрегат / В.В. Левкин [и др.]; заявитель и патентообладатель Шахтинский технологический институт бытового обслуживания. № 3806549/23-06; заявл. 29.10.1984; опубл. 07.12.1985. Бюл. № 45.
19 апреля 2010 г.
Петросов Сергей Петрович - д-р техн. наук, Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса. E-mail: [email protected]
Кожемяченко Александр Васильевич - д-р техн. наук, профессор, Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса. E-mail: [email protected]
Першин Виктор Алексеевич - д-р техн. наук, профессор, Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса. E-mail: [email protected]
Бакуменко Тарас Александрович - студент, Российский государственный университет экономики и сервиса. E-mail: [email protected]
Petrosov Sergey Petrovich - Doctor of Technical Sciences, South-Russian State University of the Economy and Service. E-mail: [email protected]
Kozemjachenko Aleksandr Vasilievich - Doctor of Technical Sciences, professor, South-Russian State University of the Economy and Service. E-mail: [email protected]
Pershin Viktor Alekseevich - Doctor of Technical Sciences, professor, South-Russian State University of the Economy and Service. E-mail: [email protected]
Bakumenko Taras Aleksandrovich - student, South-Russian State University of the Economy and Service. E-mail: www. tara700@yandex. ru_
