Сопоставление энергетических и эксплуатационных характеристик холодильных машин, работающих на смесях R22/142b и R12 Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

УДК 621.51

А. В. Букин, А. Ю. Кузьмин

СОПОСТАВЛЕНИЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН, РАБОТАЮЩИХ НА СМЕСЯХ R22/142b И R12

В действующих холодильных машинах в качестве холодильных агентов до настоящего времени используются экологически опасные озоноразрушающие фреоны R12, Я22. Запретительные меры по использованию этих фреонов приводят к необходимости выбора альтернативных холодильных агентов. Ретрофит холодильного оборудования может быть произведен только при максимальной близости термодинамических и теплофизических свойств заменяемых рабочих веществ. Выбор однокомпонентного вещества, удовлетворяющего этим требованиям, практически невозможен, поэтому на практике в качестве альтернативы озоноразрушающим фреонам применяются неазеотропные смеси холодильных агентов.

Работа холодильных машин на смесевых хладагентах имеет свои особенности [1, 2]. Для анализа эффективности ретрофита на кафедре холодильных машин Астраханского государственного технического университета (АГТУ) был проведен ряд исследований. На экспериментальных стендах проводились исследования энергетических и эксплуатационных характеристик холодильных машин (АК ФВ-4М; ШХ-0,8Ю; ФАК-0,7Е), работающих на смесях К22/142Ь (60/40, 70/30) и R12 [3, 4].

По внешним признакам работа холодильной машины на смесях практически не отличалась от работы на R12. Шум не изменился, степень обмерзания испарителя оставалась прежней. Уровень масла при переходе на смесь не изменялся, что говорит о хорошем возврате масла. При изменении режимов работы также не происходило заметного опустошения или переполнения картера. Температура нагнетания сильно зависит от перегрева на всасывании и в равных условиях у смеси на 3-50 °С выше, чем у R12. Давление в теплообменных аппаратах в сопоставляемых условиях зависит от коэффициента теплоотдачи и концентрации смеси. Давление кипения для R12 и смесей 1 (К22/142Ь (60/40)) и 2 (К22/142Ь (70/30)) при одинаковой температуре объектов охлаждения было практически равным. Давление конденсации у смесей больше, чем у R12: при работе на смеси 1 - на 0,05-0,1 МПа, на смеси 2 - на 0,07-0,18 МПа.

При утечках во всасывающих и нагнетательных трубопроводах не происходит изменения концентрации компонентов смеси во всех элементах машины. Это объясняется тем, что в рабочем режиме во всех точках холодильной машины, кроме испарителя и конденсатора устанавливается рабочая концентрация смеси. На входе в испаритель и конденсатор концентрация та же, что и на выходе, при условии полного выкипания и полной конденсации. Поэтому только утечки в испарителе и конденсаторе могут привести к изменению концентрации в холодильной машине. Утечки в остальных местах приводят только к уменьшению массы хладагента в линейном ресивере, не изменяя его концентрации.

Достоинством смеси Я22/142Ь является и то, что растворимость воды в R142b в несколько раз больше, чем в R12, значит, поглотители влаги, применяемые в действующих машинах, будут работать в лучших условиях, что повысит эксплуатационную надежность установки.

Одним из основных преимуществ использования смесей является то, что при переходе на них практически не изменяется потребляемая мощность. При использовании смеси 1 потребляемая мощность компрессора увеличилась примерно на 5 %, а при использовании смеси 2 -уменьшилась примерно на столько же по сравнению с холодильной машиной, работающей на R12 (рис. 1).

2

-16

4»

-14 -12 -10 -8 -6

Температура кипения

Смесь Я22/142Ъ(70/30)

-Полиномиальный (Смесь Я22/142Ъ(70/30))

Смесь Я22/142Ъ(60/40)

-Линейный (Смесь Я22/142Ъ(60/40))

1,2

1,15

1,1

1,05

1

0,95

0,9

0,85

0

Рис. 1. Зависимость Ы^Ы (Я12) от температуры кипения при 4 = 30 °С

Особое внимание уделялось также охлаждению обмоток двигателя герметичного компрессора при переходе на смесь. При работе на смесях охлаждение обмоток происходит хорошо и примерно на 1-5 °С у смеси 1 и на 3-6 °С у смеси 2 выше, чем при работе на R12. Из графика видно, что при уменьшении температуры кипения растет температура обмоток. При увеличении же холодопроизводительности температура обмоток падает, что объясняется увеличением массового расхода хладагента (рис. 2).

а

¡3

Холодопроизводительность, кВт

♦ Я12

------Линейный (Я12)

Смесь 1

Линейный (смесь 1)

Смесь 2

Линейный (смесь 2)

4

2

Рис. 2. Зависимость температуры обмоток от холодопроизводительности

Исследования показали, что при переводе действующих машин на смесь 1 холодопроизводи-тельность машин не уменьшается, а при использовании смеси 2 уменьшается примерно на 10-15 %. Но при поддержании постоянной температуры в охлаждаемом объекте температура кипения смеси ниже, чем у R12. Это связано с меньшим коэффициентом теплоотдачи у смесей при их фазовых превращениях в теплообменных аппаратах. Поэтому при постоянной температуре кипения при прочих равных условиях переход на смесь 2 приведет к росту холодопроизводительности на 15-20 % (рис. 3).

н

И

Температура, °С

Ф Смесь 2 ■ Я12

----Линейный (Я12)

----Линейный (смесь 2)

Рис. 3. Зависимость холодопроизводительности от температуры кипения

При переводе действующих холодильных машин на смесь К22/142Ъ холодильный коэффициент е уменьшается: при использовании смеси 1 (0,7 кг/кг) - на 10 %, а смеси 2 (0,6 кг/кг) -на 15-20 % (рис. 4).

К

а

к

Я

Л

п

к

ч

о

ч

о

X

Температура кипения

♦ Смесь1 ■ Смесь2

---Линейный (смесь2)--------Линейный (Я12)

R12

-Линейный (смесьі)

Рис. 4. Зависимость холодильного коэффициента е от температуры кипения

Из графиков на рис. 5 видно, что лучшие показатели у смеси отмечаются при низкой температуре в объектах охлаждения.

Температура в камере

щ Смесь 2 ^ Смесь 1

____Линейный (смесь 1)

____Линейный (смесь 2)

Рис. 5. Зависимость еСм/еШ2 = Жам)

Таким образом, анализ показывает, что действующее холодильное оборудование успешно может быть переведено с Я12 на смесь хладагентов Я22/142Ь с концентрацией 0,6 и 0,7 кг/кг. Кроме того, при переходе на Я22/142Ь не требуется дорогостоящая и экологически опасная процедура по замене масла ХФ-12-16.

При ретрофите холодильного оборудования потребляемая мощность холодильной машины при работе на смесях соответствует мощности при работе на Я12. Значит, при использовании смеси не происходит перегрузки электродвигателя компрессора, поэтому не требуется его замена на более мощный или не потребуется искусственно занижать производительность компрессора. Смесь также достаточно хорошо охлаждает обмотки электродвигателя, что гарантирует его нормальную работу.

Холодопроизводительность смеси при равной температуре в камере охлаждения на 10-15 % ниже, чем у Я12, что необходимо учитывать при ретрофите.

Все это подтверждает возможность замены смесью Я22/142Ь озоноактивного Я12 без замены масла, фильтров-осушителей и без конструктивных изменений в холодильной машине.

СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ

1. Чайковский В. Ф., Кузнецов А. П. Использование смесей холодильных агентов в компрессионных холодильных машинах // Холодильная техника. - 1963. - № 1. - С. 9-11.

2. Селиверстов В. М., Миркин В. Б. Использование бинарной смеси фреонов 22 и 142 в холодильных установках // Тр. Ленинград. ин-та водного транспорта. - 1964. - Вып. 69. - С. 22-31.

3. Букин В. Г., Кузьмин А. Ю. Экспериментальные исследования малых холодильных машин на смеси К22/Я142Ъ // Холодильная техника. - 1996. - № 5. - С. 12-14.

4. Букин В. Г. Смесь К22/Я142Ъ как замена Я12 в действующих холодильных установках // Холодильное дело. - 1996. - № 4. - С. 30-32.

Статья поступила в редакцию 7.02.2008

A COMPARISON

OF ENERGETIC AND OPERATIONAL CHARACTERISTICS OF REFRIGERATING MACHINES,

WORKING ON MIXTURES R22/142b AND R12

A. V. Bukin, A. Yu. Kuzmin

An analysis of experimental results of refrigerating machines’ retrofit from ozone destructing freon R12 to non-azeotropic mixture R22/142b is presented. A comparison of energetic characteristics (cooling efficiency, power consumption, coefficient of performance) of small refrigerating machines (AK FV-4M; SH-0.8U, FAK-0.7E), working on mixtures R22/142b (60/40, 70/30) and R12 was carried out. Operational features in work of refrigerating machine subjected to retrofit were examined and analyzed. It was drawn a conclusion of a possibility of refrigerating machines’ retrofit from R12 to non-azeotropic mixture R22/142b conserving main energetic characteristics without any constructional changes.

Key words: refrigerating system, retrophyt, mixture, refrigerating agent, refrigerating coefficient.