- Артикул:00200745
- Автор: Тимофеевский Л.С.
- ISBN: 5-7325-0792-2
- Обложка: Твердый переплет
- Издательство: Политехника (все книги издательства)
- Город: СПб
- Страниц: 944
- Год: 2006
- Серия: Учебник для ВУЗов (все книги серии)
Развернуть ▼
Учебник содержит теорию, расчет, конструкции парокомпрессорных, газовых, теплоиспользующих, термоэлектрических машин низкотемпературной техники, а также теорию процессов, основные принципы расчета и конструирования компрессоров объемного и динамического принципов действия, тепломассообменных аппаратов и расширительных машин для холодильной техники. Рассмотрены свойства рабочих веществ, основы моделирования и автоматизации, агрегатирования машин низкотемпературной техники.
Изложены основные принципы использования машин и систем низкопотенциальной энергетики.
Введение
Настоящий учебник написан авторским коллективом кафедры холодильных машин и низкопотенциальной энергетики государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет низкотемпературных и пищевых технологий" (ГОУ ВПО СПбГУНиПТ) в соответствии с действующими учебными программами подготовки: дипломированных специалистов по специальностям 140504 "Холодильная, криогенная техника и кондиционирование", 190603 "Эксплуатация и обслуживание транспортных и технологических машин и оборудования (в хладоснабжении)", 140401 "Техника и физика низких температур", бакалавров и магистров по направлению 140500 "Энергомашиностроение", дипломированных специалистов по специальностям 260601 "Машины и аппараты пищевых производств" и 220301 "Автоматизация технологических процессов и производств (пищевой промышленности)".
В основу учебника положены лекции, читаемые в ГОУ ВПО СПбГУНиПТ, а также многолетний опыт преподавания курса "Холодильные машины", который традиционно базируется на ряде ранее созданных учебников авторов - сотрудников той же кафедры Ленинградского технологического института холодильной промышленности (ЛТИХП), с 1999 г. - Санкт-Петербургского государственного университета низкотемпературных и пищевых технологий (СПбГУНиПТ): Холодильные машины и аппараты/Под ред. И. И. Левина. - Л.: ЛТИХП, 1939 (1955 и 1960 гг. - под ред. Л. М. Розенфельда, А. Г. Ткачева); Холодильные машины/Под ред. Н. Н. Кошкина. - Л.: ЛТИХП, 1973 (1985 г. - под ред. И. А. Сакуна, 1997 г. - под ред. Л. С. Тимофеевского).
В написании учебника участвовали: д-р техн. наук проф. А. В. Бараненко - глава 2, § 5.1 и часть § 5.2, часть § 13.3; д-р техн. наук, проф. Н. Н. Бухарин - главы 4, 7, 8, 10, 11, § 13.1 и часть § 13.2; д-р техн. наук проф. В. И. Пекарев - главы 1, 3, 6, 9, § 14.1 и часть § 13.2; д-р техн. наук проф. Л. С. Тимофеевский - предисловие и введение, главы 12, 15, часть § 5.2, часть § 13.3 и § 14.2.
Общее редактирование учебника выполнено Л. С. Тимофеевским.
Авторы благодарят канд. техн. наук проф. Е. Д. Герасимова, канд. техн. наук доц. М. М. Данилова, канд. техн. наук доц. А. А. Дзино, канд. техн. наук доц. А. Я. Ильина, канд. техн. наук доц. В. А. Короткова, канд. техн. наук доц. В. М. Мизина, д-ра техн. наук проф. А. Н. Носкова, канд. техн. наук доц. Ю. В. Татаренко, канд. техн. наук доц. Н. А. Швецова, ведущего инженера В. Ю. Пятко, зав. учебной лабораторией В. Н. Докукина, учебного мастера С. М. Антипкина и других сотрудников кафедры холодильных машин и низкопотенциальной энергетики ГОУ ВПО СПбГУНиПТ за помощь в подготовке рукописи.
Охлаждением называется процесс отвода теплоты или отдачи работы, который сопровождается понижением температуры и протекает с участием не менее двух тел: охлаждаемого и охлаждающего. В холодильной технике различают естественное и искусственное охлаждение. Естественное охлаждение осуществляется вследствие самопроизвольной передачи теплоты окружающей среде (атмосферному воздуху, воде естественных водоемов и грунту) [92], имеющей более низкую температуру, чем охлаждаемое тело.
Температурный уровень окружающей среды в наземных условиях подвержен значительным колебаниям как в течение суток, так и в течение года и не поддается регулированию, что не отвечает требованиям современного материального производства, жизни и быта людей.
Поэтому с развитием научно-технического прогресса в последние десятилетия естественное охлаждение практически во всех сферах деятельности человека заменяют искусственным.
Искусственный холод получают двумя способами. Первый основан на аккумулировании естественного холода, второй - на существующей в природе закономерности, выражаемой вторым законом термодинамики.
Первый способ, относящийся к области ледяного или льдосоляного охлаждения, основан на том, что колебания температуры окружающей среды в природных условиях создают возможность сохранять или аккумулировать естественный холод в сравнительно-ограниченном пространстве. Наиболее распространенным телом, сохраняющим естественный холод, является водный лед. Его заготавливают зимой, чтобы в теплое время года использовать для охлаждения. Охлаждающий эффект водного льда, например, при нулевой температуре равен теплоте его плавления и составляет 336,0 кДж/кг. Применяя смесь водного льда с солью, например с хлористым кальцием, можно получить температуру до -55,0 °С.
Второй способ составляет основу машинного охлаждения. Согласно второму закону термодинамики для получения холода необходимо затратить внешнюю работу. При этом теплота отводится от охлаждаемого источника и подводится к источнику окружающей среды. Охлаждаемый источник называют также источником теплоты низкой температуры.
В машинах, работающих по тепло-насосному циклу, теплота может отводиться как от источника окружающей среды, так и от источника, который имеет температуру, превышающую температуру окружающей среды. Такие источники называют также источниками низкопотенциальной теплоты. В тепловом насосе теплота от указанных источников вследствие затраты внешней работы передается к источнику теплоты высокой температуры, или нагреваемому источнику.
С помощью холодильной машины можно осуществлять и комбинированный цикл, состоящий по существу из двух циклов: холодильного и теплонасосного. В такой машине одновременно вырабатываются холод и теплота.
Диапазон температур, достигаемых с помощью холодильных машин, достаточно широк: от положительных значений температур, приближающихся к температуре источника окружающей среды, до температуры предела искусственного охлаждения, близкой к абсолютному нулю (-273,15 °С).
Область так называемых умеренных температур охлаждения (умеренного холода) охватывает диапазон температур от положительных их значений до отрицательной температуры, соответствующей примерно -160 °С.
Вузовский курс "Холодильные машины" посвящен изучению способов получения искусственного холода, различных типов и конструкций холодильных машин, работающих в области умеренных температур охлаждения.
Для переноса теплоты в машинах при осуществлении холодильного, теплонасосного и комбинированного циклов используются рабочие вещества, которые называют также холодильными агентами. Холод к объекту охлаждения обычно передается с помощью промежуточного теплоносителя (воздуха, воды, рассола и др.).
Промышленные холодильные машины, работающие в области умеренного холода, можно подразделить на три основные группы: компрессорные, теплоиспользующие и термоэлектрические.
Компрессорные холодильные машины используют механическую работу. Одним из элементов этих машин является компрессор, сжимающий и перемещающий паро- и газообразное рабочее вещество.
Теплоиспользующие холодильные машины - пароэжекторные и абсорбционные - используют для работы теплоту греющих источников, имеющих температуру 70-200 °С. При этом греющими источниками служат пар из котельных или промежуточных отборов ТЭЦ, горячая вода, продукты сгорания жидкого или газообразного топлива, отходящие пары и газы технологических производств или других источников вторичных энергоресурсов (ВЭР).
Термоэлектрические холодильные машины используют для работы непосредственно электрическую энергию.
В компрессорных и теплоиспользующих холодильных машинах протекают сложные термодинамические и газодинамические процессы, а в термоэлектрических - термоэлектрические, с переносом теплоты при воздействии потока электронов на атомы. Поэтому лекциям курса "Холодильные машины" должно предшествовать изучение термодинамики, теории теплопередачи, гидродинамики и др. Для расчета, конструирования и эксплуатации холодильных машин необходимо знать сопротивление материалов, теорию машин и механизмов, деталей машин, электротехнику и ряд других дисциплин.
В последние годы в нашей стране и в ведущих зарубежных странах на основе теоретических и прикладных работ в области холодильных машин сформировалось новое научное направление - низкопотенциальная энергетика. Оно предусматривает разработку, создание и эксплуатацию высокоэффективных энергосберегающих машин и систем, позволяющих вырабатывать холод, теплоту, электроэнергию и получать пресную воду за счет альтернативных источников теплоты (геотермальных, грунта, Солнца) и различных видов ВЭР. Перечисленным машинам и системам уделяется большое внимание в данном учебнике.
Над созданием первых холодильных машин работали многие изобретатели, инженеры и ученые. Немецкий физик Герике в конце XVII в. установил, что вода в разреженном пространстве испаряется при низких температурах. В 1777 г. Нерн показал, что в условиях вакуума вода замерзает, если удалять образующиеся водяные пары (пары поглощались серной кислотой). Эти открытия помогли англичанину Лесли построить в 1810 г. первую искусственную ледоделку.
На практике холодильные машины стали применять только тогда, когда вместо воды были найдены более эффективные рабочие вещества. В 1834 г. английский врач Перкинс построил холодильную машину, работающую на этиловом эфире, использование которого позволило получить низкие температуры при давлениях кипения более высоких, чем при использовании воды. Машину Перкинса можно считать прообразом современной компрессорной холодильной машины, так как в нее входили все наиболее характерные для этих машин элементы: сосуд, где вследствие подвода теплоты от внешней среды кипел эфир при низкой температуре, насос (компрессор), сжимающий и направляющий пары эфира в змеевик, в котором при более высоком давлении и более высокой температуре происходила их конденсация. Сконденсировавшийся жидкий эфир через специальный дроссельный вентиль вновь направлялся в сосуд (испаритель), где кипел при низкой температуре.
В 1871 г. Телье построил машину, работающую на метиловом эфире. В 1872 г. английскому физику и химику Бойлю был выдан патент на аммиачную холодильную машину. В 1881 г. Линде одновременно с Видхаузеном построил углекислотную машину. В 1845 г. американец Горри изобрел газовую (воздушную) холодильную машину, работа которой была основана на том, что предварительно сжатый и охлажденный за счет окружающей среды воздух расширялся в специальной машине - детандере; при этом температура воздуха понижалась.
В 1862 г. Карре предложил абсорбционную холодильную машину, основанную на поглощении пара аммиака слабым водоаммиачным раствором с последующим выпариванием аммиака из раствора при помощи источника низкопотенциальной теплоты (горячие газы, пар и др.). В 1884 г. был запатентован принцип пароэжекторной холодильной машины: образовавшийся при низкой температуре пар отсасывается и сжимается за счет энергии струи пара того же вещества. Первую пароэжекторную холодильную машину сконструировал Леблан в 1910 г.
Пельтье в 1834 г. открыл, что при пропускании электрического тока через цепь, состоящую из двух проводников, один из спаев охлаждается, а другой нагревается.
В России в настоящее время производят холодильные машины всех типов. Над усовершенствованием существующих и созданием новых типов холодильных машин работают научно-исследовательские и учебные институты, конструкторские бюро и заводы.
Холодильные машины применяют в пищевой, мясо-молочной промышленности и сельском хозяйстве для замораживания и хранения пищевых продуктов, в химической и нефтеперерабатывающей промышленности при производстве синтетических волокон, каучука, спирта и т. д.; для кондиционирования воздуха в цехах промышленных предприятий, в общественных и административных зданиях, в бытовых помещениях и пр.; в горной промышленности при проходке неустойчивых грунтов; в рефрижераторном транспорте; в металлургической промышленности для термической обработки сталей и т. д.; в радиотехнике; при испытаниях промышленных изделий и во многих других случаях.
В настоящее время преимущественно используют холодильные машины компрессорного типа. При наличии дешевых источников теплоты применяют теплоиспользующие машины. Термоэлектрические холодильные машины применяют в радиотехнике и в ряде специальных приборов.
В развитие теории холодильных машин и создание новых их типов большой вклад внесли российские ученые П. Л. Капица,
A. Ф. Иоффе, А. А. Саткевич, И. И. Левин, В. Е. Цыдзик, С. Я. Герш, Л. М. Розенфельд, А. Г. Ткачев, Ф. М. Чистяков, И. С. Бадылькес, Н. Н. Кошкин, А. А. Гоголин, Г. Н. Данилова, А. М. Архаров,
B. М. Бродянский, А. В. Быков, И. М. Калнин, А. С. Нуждин и другие хорошо известные в нашей стране и за ее пределами ученые в области холодильной техники
Рекомендуем
