Для обеспечения холодом технологических потребителей используются холодильные станции и холодильные установки.
Холодильная станция – это автономное сооружение на плане предприятия, служащее для поставки потребителям холода в нескольких диапазонах температур (от +7 °C до -25 °C).
Холодильные станции бывают центральные и цеховые. Они входят в состав главного энергетического отдела предприятия. На станции установлены несколько холодильных машин – по крайней мере одна для каждого температурного диапазона.
Холодильные установки, как правило, размещаются в технологических цехах и являются частью основного производства. Они служат для обеспечения отдельного производства холодом определенного параметра, обычно ниже -25 °C, и подчиняются главному технологу предприятия.
Классификация холодильных машин (ХМ)
Холодильные машины классифицируются (согласно международной классификации) по различным признакам.
1. В зависимости от вида физического процесса, который приводит к образованию холода, холодильные машины подразделяются на следующие типы:
а) Холодильные машины, использующие фазовый переход рабочего вещества (ХА) из жидкого состояния в парообразное состояние. К ним относятся парокомпрессионные, абсорбционные и эжекторные холодильные машины;
б) Холодильные машины, использующие процессы расширения с выработкой внешней работы. Это воздушные детандерные машины, так называемые турбохолодильные машины (ТХМ);
в) Холодильные машины, использующие процесс расширения воздуха без выработки работы (эффект Ранка-Хильша). Это воздушные вихревые холодильные машины;
г) Холодильные машины, использующие эффект Пельтье. Это термоэлектрические холодильники.
2. Различаются холодильные машины в зависимости от вида использованной энергии:
а) холодильные машины, использующие механическую энергию (компрессионные холодильные машины с электрическим и турбинным приводами);
б) теплоиспользующие холодильные машины (абсорбционные и эжекторные холодильные машины);
в) холодильные машины с непосредственным использованием электрической энергии (термоэлектрические холодильные машины).
3. Различаются холодильные машины в зависимости от схемы и вида термодинамического цикла: одно-, двух-, и многоступенчатые и каскадные холодильные машины;
4. Различаются холодильные машины в зависимости от режимов работы:
а) высокотемпературные — с t0 >-10 °С, включая системы кондиционирования воздуха (как правило, одноступенчатые);
б) среднетемпературные — с t0 от -10 до -30 °С (с одно- и двухступенчатыми компрессорами);
в) Холодильные машины с низкой температурой — с температурой ниже -30 °C. Они, как правило, являются многоступенчатыми и каскадными холодильными машинами.
5. В зависимости от назначения холодильных машин можно разделить на универсальные и специализированные.
6. В зависимости от используемого рабочего тела, холодильные машины делятся на аммиачные, фреоновые, пропановые, воздушные, пароводяные, водоаммиачные, бромисто-литиевые и другие.
7. Компрессорные холодильные машины, в зависимости от используемого типа компрессора, подразделяются на поршневые, ротационные, центробежные, эжекторные и другие.
Преимущества и недостатки холодильных машин. Области их применения
1) Парокомпрессионные холодильные машины с поршневыми компрессорами. Они нашли широкое распространение в бытовых условиях, торговле, предприятиях общественного питания и промышленности.
— У этих машин имеются наибольшие показатели энергетической эффективности (КПД, коэффициент холодильности);
— У данных устройств наиболее высокое соотношение между давлением конденсации Рк и напором Р0, а следовательно, наибольший диапазон температур Тк и Т0.
— Повышенный уровень вибрации;
— Меньшая надежность по сравнению с аппаратами, оснащенными винтовыми и центробежными компрессорами (износ и риск гидроударов).
2) Парокомпрессионные холодильные установки с центробежными (и осевыми) компрессорами. Они нашли применение в промышленных отраслях, где требуется большая холодопроизводительность. Особенно в химической, нефтеперерабатывающей и газовой промышленности.
— Обладают большой, фактически неограниченной мощностью по производству холода;
— Имеют небольшие значения удельной массы и габаритов;
— Удобны в регулировании;
-Значительно стабильны (с низким уровнем вибрации и не требуют большого фундамента).
Имеют низкую энергетическую эффективность при небольших холодопроизводственных мощностях (менее 700 кВт).
3) Холодильные системы с винтовыми компрессорами, заполненными маслом.
-Очень надежны и устойчивы к гидроударам;
Обладают удовлетворительными энергетическими показателями при работе в расчетном режиме;
Хорошо сбалансированы и не требуют фундамента;
Легко регулируются.
-На любых режимах работы степень повышения давления в компрессоре остается неизменной. Это снижает показатели в нерасчетных режимах работы; -Наличие громоздкой, металлоемкой масляной системы;
Холодильные системы с винтовыми компрессорами широко применяются в диапазоне холодопроизводительностей от 60 до 700 кВт, т.е. они находятся на пересечении холодильных систем с поршневыми и центробежными компрессорами.
4) Абсорбционные холодильные системы.
— есть возможность использовать недорогое тепло с низкой энергетической эффективностью (вторичные и побочные источники энергии);
— просты и надежны в работе;
— удобны в регулировании и малошумны;
— могут быть размещены на открытой площадке;
— имеют низкие энергетические показатели.
5) Эжекторные холодильные машины.
Это паро-водяные ХМ, поэтому температура получаемого холода положительная, то есть Т0>0. Используются в системах кондиционирования воздуха при наличии дешевого низкопотенциального пара или для загрузки отопительных отборов ТЭЦ в летний период.
Достоинства те же, что и у абсорбционных ХМ, за исключением отсутствия шума.
— низкая энергетическая эффективность;
6) Воздушные детандерные холодильные машины (ТХМ).
— удобны в эксплуатации и компактны.
— высокая энергосберегающая способность в предельном диапазоне температур.
Ограничения: недостаточно энергосберегающая способность при темперациях получаемого холода свыше -80 °С и при низких холодопроизводительностях (менее 10 кВт).
Рабочий диапазон по температуре -80^-100 °C, при холодопроизводительностях до 30 кВт (ТХМ 1-25 Казанского завода Компрессоры).Различные зарубежные конструкции имеют диапазон от -120 до -150 °C.
Применяются в пищевой промышленности, при климатических испытаниях машин и механизмов, в процессе обработки разных материалов и т. д. [3].
7) Воздушные вихревые системы охлаждения.
— безопасны в использовании.
— низкая энергоэффективность;
— низкая холодопроизводительность (до 3 кВт).
