Властивості робочих речовин холодильних машин
Властивості робочих речовин холодильних машин
Інтенсивність теплообміну у випарник холодильних машин підвищується, якщо робоча речовина має великі значення теплопровідності і температуропровідності насиченою рідини, щільності насичених пара і рідини і найменші поверхневий натяг і в'язкість рідини. Для інтенсивного теплообміну в конденсаторі робоча речовина повинна мати високі теплопровідність, щільність рідини і теплоту пароутворення і низьку динамічну в'язкість. Інтенсивність тепловіддачі в теплообмінниках зростає зі збільшенням теплопровідності, теплоємності та густини і зменшенням в'язкості робочої речовини.
В якості загальної характеристики властивостей робочих речовин для теплообміну при кипінні та конденсації можуть бути обрані критичні параметри робочих тіл і їх молекулярна маса. Тепловіддача при кипінні і конденсації зростає за інших рівних умов у міру зменшення Ткр і молекулярної маси і зменшується з ростом при кипінні і зі зниженням при конденсації.
Хімічні і фізико-хімічні властивості. Хімічна стабільність робочих речовин характеризується температурою розкладання, воспламеняемостью і вибухонебезпечність. Температури розкладання робочих речовин, які застосовуються в холодильній техніці, значно вище температур термодинамічних робочих циклів. При використанні в якості робочої речовини хладонов із застосуванням регенеративного теплообміну температура кінця стиснення не перевищує 70-100 ° С, а у аміаку - 150 ° С.
Термічна стабільність робочих речовин різна. Розкладання хладонов пов'язано з утворенням хлористого і фтористого водню і фосгену. При температурах 150-170 ° С частково розкладаються такі робочі речовини, як R12, R22, R502, R13; при більш низьких температурах інтенсивніше розкладаються речовини Rll, R21 та ін. Найменш стійкі до впливу високих температур броміро-ванні вуглеводні. Термічна стабільність робочих речовин в присутності масел знижується. Мінеральні масла більш сильно впливають на погіршення термічної стабільності, ніж синтетичні, що застосовуються в холодильній техніці. Розкладання робочих речовин шкідливо впливає на надійність компресорів, тривалість використання в них масла без заміни.
Робочі речовини мають різний ступінь займистості і вибухонебезпечне. Аміак у з'єднанні з повітрям при концентраціях 16-26,8% вибухонебезпечний і запалюється. Найбільшою вибухонебезпекою відрізняються етан, етилен, пропан і бутан. Вона знижується у хладонов в міру зменшення числа атомів водню і збільшення атомів фтору і хлору.
Не запалюються і не вибухонебезпечні вуглекислота, шестифториста сірка, галогенізовані хладони, фторуглероди, R22 і R23.
Взаємодія з водою і домішками. Чистота робочих речовин, пов'язана з присутністю в них води, газів,. та інших домішок, має важливе значення при експлуатації холодильних машин. Існують граничні норми вмісту вологи та інших домішок в робочих речовинах, встановлені ГОСТом. Домішки в робочому речовині впливають на його термодинамічні властивості, особливо при низькому тиску, підвищуючи температуру і тиск кипіння. Присутність в холодильному агента нерозчиненої «лаги викликає небезпека утворення льоду в дросельних органах холодильної машини. Ця небезпека зменшується зі збільшенням розчинності води в робочому речовині. Найменша розчинність спостерігається у R12 і деяких інших хладонов.
Розчинність води зменшується зі збільшенням числа атомів фтору (R115, RC318). У присутності вологи або при підвищених температурах метали по-різному впливають на гідроліз і термічний розклад хладонов. Аміак не взаємодіє зі сталлю, проте викликає корозію міді і її сплавів, особливо при наявності вологи.
Взаємодія зі мастилами. Мастила, що застосовуються в холодильних машинах, повинні відповідати певним вимогам до в'язкості, маслянистості, стабільності при різних температурах і тисках. Велике значення мають властивості розчинів масел і робочих речовин.
Основні вимоги, що пред'являються до масел, що застосовуються в холодильній техніці для змазування, полягають в наступному:- при низьких температурах вони повинні мати достатню плинністю;
- не повинно випадати тугоплавких частинок парафіну;
- при високих температурах не повинно відбуватися коксування і освіти асфальтів і смол.
При конденсації тепловіддача хладопомасляного розчину через збільшення бязкості і зменшення теплопровідності плівки виявляється меншою, ніж при конденсації чистого робочого речовини. При кипінні в залежності від умов перебігу, температури насичення, концентрації масла і відахладона масло погіршує тепловіддачу.
За ступенем взаємної розчинності з мінеральними маслами робочі речовини можуть бути розділені на три групи: з обмеженою розчинністю; з необмеженою розчинністю; проміжні - з обмеженою розчинністю в певному інтервалі температур. Речовини першої групи в стані насичення розчиняються в маслі в невеликій кількості. При збільшенні кількості масла суміш розділяється на два шари - масло і холодильний агент. При великій щільності робочої речовини шар масла спливає, при малій - осідає. Речовини другої групи в переохолодженому стані g маслом взаємно розчиняються в необмежених кількостях.
У стані насичення кількість робочої речовини, що розчиняється в маслі, залежить від температури розчину і тиску пара над ним: з підвищенням тиску і зниженням температури концентрація хладону в маслі зростає. При постійному тиску зниження температури викликає поглинання, а підвищення - сублімацію хладону. Речовини третьої групи при високих температурах розчиняються в маслі необмежено. Нижче деякої критичної температури розчинення розчин розділяється на два шари. Необхідно вибирати масло з максимально низькою критичною температурою розчинення: R22 має критичну температуру розчинення 24 ° С, тому він необмежено розчиняється в маслі при б-соких температурах (в конденсаторі), а при низьких температурах (в випарнику) буде розшаровуватися; R12 має Тр. кр =, - 45 ° С, тому при температурах процесів машини вище цього значення має необмежену розчинність.
З підвищенням розчинності рідкого робочого речовини підвищується і розчинність парів в маслі. Концентрація масла в парі незначна, однак парціальний тиск пара в результаті його розчинності має більш низьке значення, ніж чисте речовина, а тому температура кипіння рідини, розчиненої в олії при тому ж тиску, буде вище, ніж чистого речовини.
Аміак і шестифториста сірка (SF6) розчиняються в мінеральному маслі незначно, а вуглекислота розчиняється взагалі. Розчинність хладонов зі зростанням в з'єднанні атомів фтору зменшується. Практично не розчиняються в мінеральних маслах речовини R13, R14, R115, R22, R114 і азеотропная суміш з R152 і R12 розчиняється частково (вони мають зону несмесімості); R11, Ш2, R21, R113 розчиняються необмежено. Малою розчинністю володіють фторовані вуглеводні C3F8, C4F, 0 та ін.
У робочих речовин другої групи при використанні важких масел і при низьких температурах виявляється зона несмесімості. Речовини третьої групи (R22) переходять в другу при використанні легких або синтетичних масел. У тому випадку, коли робоча речовина не розчиняється у маслі, - відсутня ієна при кипінні (в випарнику); в затоплених испарителях масло добре відділяється; концентрація розчиненого масла не впливає на температуру кипіння; стійкіше працюють поплавкові вентилі, так як рівень рідини підтримується постійним.
Розчинність робочої речовини в маслі сприяє тому, що шар масла майже повністю змивається з теплопередающих поверхонь, а в испарителях незатоплених систем він несеться разом з рідиною; знижується температура затвердіння робочої речовини. При розрахунку циклів холодильних машин вона зазвичай не враховується, хоча її слід враховувати, так як зменшення масової холодопроізвоітельності маслохладонового розчину в порівнянні з чистим речовиною може досягати значних величин.