CC BY
18
УДК 621.574
Результаты экспериментального исследования работоспособности озонобезопасной смеси Экохол 1 с использованием минерального холодильного масла
Д-р техн. наук Б. Д. ТИМОФЕЕВ1, канд. техн. наук П. К. НАГУЛА2,
Т. А. ЗАЯЦ 1bortim015@maü.ru, 2nagulapk@mail.ru
ГНУ «Объединенный институт энергетических и ядерных исследований — Сосны»
НАН Беларуси
220109, Республика Беларусь, г. Минск, ул. акад. А. К. Красина,99
Д. А. АКУЛИЧ 6402162@tut.by
Частное предприятие «Хладагент» 223053, Республика Беларусь, г. Минск, Боровая, 3
Для перевода холодильного оборудования рефрижераторной вагонной секции с озоноопасного смесевого хладагента С10М1 без замены минерального холодильного масла предлагается озонобезопасная смесь Экохол 1 (0,8Я125/5,7Я600а/93,5Я134а). Ее работоспособность подтверждена в интервале температур кипения в испарители от -8 до -31оС на модернизированном стенде ТН-1М с установкой маслоотделителя для возврата холодильного масла в картер компрессора. Приведено описание стенда ТН-1М, результаты испытаний и согласование с расчетными данными зависимости Ps-Ts смеси Экохол 1 до и после экспериментов. Даны рекомендации для модернизации холодильного оборудования рефрижераторной вагонной секции и использования озонобезопасной смеси Экохол 1 без замены минерального холодильного масла. Это позволяет значительно сократить затраты на перевод холодильного оборудования рефрижераторной вагонной секции на озонобезопасный смесевой хладагент Экохол 1.
Ключевые слова: холодильное оборудование, хладагент, озонобезопасная смесь, синтетическое холодильное масло, минеральное холодильное масло, Экохол 1.
Pilot study of E^hol 1 ozone-safe mix with the use of mineral refrigerating oil
D. Sc. B. D. TIMOFEEV1, Ph. D. P. K. NAGULA2, T. A. ZAYATS
1bortim015@mail.ru, 2nagulapk@mail.ru
Joint Institute for Power and Nuclear Research — Sosny Acad A. K. Krasin Street, Minsk 220109, Belarus D. A. AKULICH 6402162@tut.by Private enterprise «Refrigerant» 223053, Belarus, Minsk, Borovaya, 3
Ecohol 1ozone-safe mix (0.8R125/5.7R600a/93.5R134a) is proposed to be appliedfor shift of refrigerating car set cooling equipment from C10M1 mixed ozone-unsafe refrigerant without change of mineral refrigerator oil. Efficiency of the mix was provedfor the boiling range from -8 to -31 °C in vaporizer at TH-1M upgradedfacility with oil separator installation for refrigerator oil return into compressor crankcase. The paper deals with description of TH-1M facility as well as test results and their agreement with data on Ps-Ts dependences of Ecohol mix before and after the tests. Recommendations for upgrading of refrigerating car set cooling equipment and the application of the Ecohol ozone-safe mix without change of mineral refrigerator oil are given. It allows significant reducing the cost of the refrigerating car set cooling equipment shift to Ecohol lmixed ozone-safe refrigerant.
Keywords: refrigerating equipmebt, coolant, ozone-safe mix, synthetic refrigerating oil, mineral refrigerating oil, Ecohol 1.
В Республике Беларусь, в рамках принятых обязательств по защите озонового слоя Земли, выполняются мероприятия по ускоренному выводу из обращения озоноразрушающих веществ (ОРВ).
В рефрижераторных секциях вагонного депо г. Моло-дечно было установлено холодильное оборудование типа
ВР18х2-1-2 на хладагенте R12, которое было переведено на смесевой хладагент С10М1. По ТУ 2412-003-3283739598 он содержит ОРВ R21, R22 и R142b в количестве 0,05, 0,65 и 0,30 массовых долей, соответственно. Для замены озоноразрушающего хладагента С10М1 в холодильном оборудовании вагонной рефрижераторной секции пред-
лагается смесевой хладагент группы HFC Экохол 1 (0,8R125/5,7R600a/93,5R134a) с использованием минерального холодильного масла. Производители озонобезо-пасных смесевых хладагентов группы HFC, при их применении в холодильном оборудовании, рекомендуют использовать только синтетическое холодильное масло [1, 2]. Опубликованы новые материалы по применению различных минеральных и синтетических холодильных масел для холодильного оборудования на смесевых хладагентах группы HFC [3, 4].
Главной проблемой использования новых озоно-безопасных хладагентов в холодильном оборудовании является не только совместимость хладагента с маслом [5], но и его возврат в картер компрессора [6].
Производители озонобезопасных смесевых хладагентов марки RS-24 с добавками углеводородов R600 (бутан) и R600a (изобутан) рекомендовали их для холодильного оборудования с минеральным маслом [7]. Экспериментально показано, что R600a растворяется в минеральном масле ISO VG15 [8]. Это дополнительно явилось основанием для проверки работоспособности озонобезопасной смеси Экохол 1 с применением холодильного минерального масла на модернизированном стенде ТН-10М. Для возврата холодильного масла в картер компрессора из рабочей смеси хладагент-масло на выходе компрессора был установлен маслоотделитель (МО) типа Carly TURBOL 2505.
На рис. 1 приведена принципиальная схема модернизированного стенда ТН-10М.
Хладагент из верхнего коллектора испарителя (И) при давлении Р и температуре t через теплообменник (ТО) поступает на вход компрессора (КМ). ТО защищает КМ от влажного хода. На выходе КМ хладагент поступает в МО при давлении Р2 и температуре t2. В МО происходит отделение масла от хладагента и его возврат в картер КМ. Далее, освобожденный от масла, хладагент направляется в конденсатор (К), где конденсируется при температуре t3, за счет охлаждения воздушным потоком G Температура воздушного потока увеличивается от tw1 до tw2. Затем хладагент переохлаждается в ТО, проходит через осушительный фильтр (Ф) и после терморегулирующего вентиля (ТРВ) в виде парожидкостной смеси при давлении Р и температуре t4 поступает в нижний коллектор И. На верхнем коллекторе И цикл замыкается. Воздушный тракт вентилятора В2 и электронагреватель (ЭН) воздушного потока Gx были отключены для имитации теплообмена элементов испарителя рефрижераторной секции.
Результаты проведенных исследований представлены в таблице.
Обозначения измеряемых параметров в таблице соответствуют рис. 1.
Результаты проведенных исследований показали:
— с помощью регулировки ТРВ достигнуты температурные значения хладагента на входе в испаритель t4 от -8 до -31 оС;
— при температуре окружающего воздуха в помещении t = 17-18 оС температура хладагента на выходе из компрессора t2 была не более 60 оС;
— дозагрузка хладагента Экохол 1 проведена 16.12. и 19.12.2014 г. с целью увеличения нагрузки на испаритель;
Рис. 1. Принципиальная схема модернизированного стенда ТН — 10М: КМ — компрессор; ЭД — электродвигатель; К — конденсатор; ТО — теплообменник; Р — ресивер; Ф — фильтр; И — испаритель; МО — маслоотделитель; В, В2 — вентиляторы подачи воздуха; ЭН — электронагреватель воздуха; ТРВ — терморегулирующий вентиль; В. — вентили технологиче-ские;
I
Х2 — температура сжатия хладагента в компрессоре, оС; Х4 — температура хладагента на входе в испаритель, оС; Х — температура хладагента на выходе из конденсатора, оС; Хп1 — тем-пература воздуха на входе в конденсатор, оС; Х — температура воздуха в помещении, оС; Х^ — температура воздуха на входе в испаритель, оС; Х „ — температура хладагента на выходе из испарителя, оС;
Х — температура воздуха на выходе из испарителя, оС; Х^2 — температура горячего воздуха на выходе из конденсатора, оС; ир — перепад давления на диафрагме в воздуховоде конденсатора, мм вод. ст.; ир2 — перепад давления на диафрагме в воздуховоде испарителя, мм вод. ст.; Р1 — давление хладагента в испарителе, атм; Р2 — давление хладагента в конденсаторе, атм; О — расход воздуха через испаритель, кг/с; О — расход воздуха через конденсатор, кг/с
— температура хладагента на выходе из испарителя Х1,, изменялась от -2,5 до 18 оС, т. к. испаритель не имел тепловой изоляции, а перекрытый воздухопровод вентилятора В2 при Ох = 0 и ир2 = 0 проявил эффект «открытой двери холодильника»;
— температура воздуха Х^2 на выходе из конденсатора составляла от 20 до 30 оС за счет изменения его расхода Ог от вентилятора В1 с контролем перепада Пр1;
— значения давления хладагента в испарителе Р и конденсаторе Р2 в зависимости от Х4 и Х3 , соответствуют расчетным данным работы [9].
Экспериментальные данные исследования работоспособности озонобезопасной смеси Экохол 1 (0,8R125/5,7R600a/93,5R134a) на модернизированном стенде ТН-10М
t2, oC К, oC 4' t3., oC tw1, oC toc, oC t,, oC ■s!' tl„ oC ^ oC t ,, oC w2' UP2, мм U , мм p2 атм P1, атм
Первичная установка ТРВ (10.12.2014 г)
46,6 -8,3 24,1 17,5 17,4 17,0 11,0 11,5 28,4 20 2,0 6,6 1,3
Регулировка ТРВ (11.12.2014 г.)
56,4 -31,1 24,4 19,0 18,9 18,4 17,2 15,3 23,5 10,0 2,0 6,9 0,0
Gx = 0, регулировка ТРВ (12.12.2014 г.)
56,4 -23,9 21,3 18,3 16,1 14,4 4,4 10,6 25,2 2,0 0,0 6,9 0,3
Регулировка ТРВ (15.12.2014 г)
55,3 -14,5 26,1 18,4 16,2 14,4 1,8 10,3 30,7 2,0 0,0 7,0 0,9
Дозагрузка 1 кг Экохол 1 (16.12.2014 г.)
51,6 -12,3 29,5 19,1 16,9 15,5 -2,5 14,1 32,8 2,0 0,0 8,0 1,0
Дозагрузка 1 кг Экохол 1 18.12.2014 г.
46,5 -12,8 25,2 17,0 14,8 18,6 2,0 10,6 28,9 5,0 0,0 7,0 1,0
Дозагрузка 1 кг Экохол 1, регулировка ТРВ (19.12.2014 г.)
56,7 -19,7 26,5 18,9 17,0 15,0 3,3 11,1 29,3 5,0 0,0 7,6 0,6
Регулировка ТРВ (20.12.2014 г)
55,4 -32,0 24,8 19,1 17,2 15,6 8,6 12,4 23,8 8,0 0,0 7,0 -0,1
Регулировка ТРВ (22.12.2014 г)
55,0 -33,6 24,8 19,2 17,1 15,5 8,6 12,3 23,7 5,0 0,0 7,0 0,0
Регулировка ТРВ (23.12.2014 г.)
57,5 -31,1 25,7 22,0 17,9 16,5 9,0 13,2 24,5 5,0 0,0 7,4 0,0
Регулировка ТРВ (24.12.2014 г.)
53,8 -31,1 23,6 18,5 16,4 15,4 11,2 13,4 22,3 5,0 0,0 6,9 0,1
Регулировка ТРВ (26.01.2015 г.)
48,5 -31,8 21,1 16,3 14,0 13,8 11,1 12,7 19,9 5,0 0,0 6,3 -0,1
Регулировка ТРВ (10.02.2015 г.)
44,0 -30,6 20,2 15,2 13,2 13,0 11,2 12,4 18,9 5,0 0,0 6,0 -0,1
Главными критериями работоспособности хладагента Экохол 1 при заданных условиях эксплуатации являются:
— воспроизводимость величины /4;
— неизменность компонентного состава озонобезо-пасного хладагента;
— возврат холодильного масла в картер компрессора;
— работоспособность компрессора с учетом его плановой остановки на сутки и более с последующим запуском.
На рис. 2 показана экспериментальная зависимость давления от температуры на линии кипения хладагента Экохол 1 и табличные значения хладагента R12. Видно, что кривая зависимости давления от температуры на линии кипения Экохол1 до и после экспериментов практически осталась неизменной и лежит выше R12.
До и после экспериментов на стенде ТН-10М га-зохроматографическим методом на модернизированном хроматографе ЛХМ 72М исследован массовый состав
Л Sap
• - Экохол 1 до эксперимента о - Экохол 1 после экперимента — - хладагент R12 ?
Г
! ^
о » ^
.О
■ 5 0 5 1 0 15 20 25 30 35 40 45 50 55
г, °С
Рис. 2. Зависимость давления от температуры на линии кипения хладагента R12 и Экохол 1
смеси Экохол 1. Результаты исследований подтвердили стабильность массового состава смеси Экохол 1 в пределах погрешности измерений ± 5%.
Проведенное экспериментальное исследование смеси Экохол 1 показало ее работоспособность с холодильным минеральным маслом при температуре кипения до -31 оС и избыточных давлениях от 0 до 8 атм.
При переводе холодильного оборудования с хладагента R12 на озонобезопасную смесь типа Экохол 1 без замены холодильного минерального масла, необходимо на выходе хладагента из компрессора устанавливать маслоотделитель. Это позволяет осуществлять возврат холодильного масла в картер компрессора. Для масштабного внедрения смеси Экохол 1 в холодильном оборудовании без замены холодильного минерального масла в рефрижераторных вагонных секциях необходимы: модернизация рабочего холодильного контура с установкой маслоотделителя, установка осушительного и антикислотного фильтров для хладагентов группы HFC, индикатора влажности и проведение натурных испытаний. По нашим оценкам, это приведет к меньшим финансовым затратам по сравнению с закупкой и установкой нового компрессорного оборудования на озонобезопасных хладагентах.
Список литературы
1. Бабакин Б. С. Хладагенты, масла, сервис холодильных систем. — Рязань: Узорочье, 2003. 470 с.
2. Цветков О. Б. Холодильные агенты. 2-е изд., перераб. и доп. — СПб.: СПбГУНиПТ, 2004. 216 с.
3. Шишов В. В. О холодильном масле // Холодильная техника. 2014. № 7.
4. Железный В. П., Семенюк Ю. В. Теплофизические свойства растворов хладагентов компрессорных маслах. Монография. - Одесса: Феникс, 2013. 419 с.
5. Цуранов О. А., Крысин А. Г. Холодильная техника и технология / Под ред. проф. В. А. Гуляева — СПб: Лидер, 2004. 448 с.
6. Сапожников В. В. Проблема возврата масла // Холодильная техника. 2013, № 7.
7. RS-24 // Refrigerant Solutions Ltd. 2012.
8. Железный В. П., Мельник А. В. Кипение в гладкой трубе раствора R600a/минеральное масло ISO VG 15 // Вестник Международной академии холода. 2014. № 2. С.13-18.
9. McLinden M. O, Klein S. A. Perkins R. A. An extended corresponding states model for the thermal conductivity of refrigerants and refrigerant mixtures // Int. J. Refrigeration. 2000. Vol. 23. P. 43-63.
10. REFPROP. Reference Fluid Thermodinamic and Transport Properties. NIST Standard Reference Database 23. Version 7.1.
References
1. Babakin B. S. Coolants, oils, service of refrigerating systems. Ryazan': Uzoroch'e, 2003. 470 p. (in Russian)
2. Tsvetkov O. B. Refrigerating agents. St.-Petersburg. 2004. 216 p. (in Russian)
3. Shishov V. V. About refrigerating oil. Kholodil'naya tekhnika. 2014. No 7. (in Russian)
4. Zheleznyi V. P., Semenyuk Yu. V. Heatphysical properties of solutions of coolants compressor oils. Monograph. Odessa: Feniks, 2013. 419 p. (in Russian)
5. Tsuranov O. A., Krysin A. G. Refrigerating equipment and technology. Pod red. V. A. Gulyaeva, St.-Petersburg. Lider, 2004. 448 p. (in Russian)
6. Sapozhnikov V. V. Oil return problem. Kholodil'naya tekhnika. 2013, No 7. (in Russian)
7. RS-24. Refrigerant Solutions Ltd. 2012.
8. Zhelezny V. P., Melnik А. V. The boiling of the R600a/ mineral oil ISO VG 15 solution in smooth tube. Vestnik Mezhdunarodnoi akademii kholoda. 2014. No 2. p. 13-18. (in Russian)
9. McLinden M. O., Klein S. A. Perkins R. A. An extended corresponding states model for the thermal conductivity of refrigerants and refrigerant mixtures. Int. J. Refrigeration. 2000. Vol. 23. P. 43-63.
10. REFPROP. Reference Fluid Thermodinamic and Transport Properties. NIST Standard Reference Database 23. Version 7.1.
Статья поступила в редакцию 13.04.2015
