Содержание к диссертации
Введение
Глава I Обзор способов утилизации тепла тепловых двигателей 7
1.1. Утилизация тепла отработавших газов ГТУ 7
1.1.1. Теплофикационные ГТУ 7
1.1.2. ПГУ 10
1.1.3. ГТУ в схеме с ТНУ 12
1.2. Утилизация тепла отработавших газов дизелей 13
1.3. Теплонасосные установки 16
1.3.1. Классификация ТНУ 20
1.3.2. Компрессионные ТНУ 21
1.3.3. Рабочие агенты для ТНУ 23
1.3.4. Источники низкопотенциального тепла 26
1.3.5. ТНУ с приводом от тепловых двигателей 28
1.4. Факторы, сдерживающие развитие ТНУ 33
1.5. Обоснование выбора задач исследования 36
Задачи исследования 41
Выводы по первой главе 41
Глава II Эффективность ТНУ и анализ потерь в её элементах 43
2.1. Реальный цикл ТНУ и общие характеристики потерь 43
2.2. Методика теплового расчета компрессионной ТНУ 46
2.3. Потери в элементах ТНУ 51
2.3.1. Внешние потери 51
2.3.2 Внутренние потери 56
2.4. Влияние внешних условий на работу ТНУ 59
2.5. Влияние перегрева рабочего агента перед компрессором 64
Выводы по второй главе 66
Глава III Работа ТНУ с приводом от тепловых двигателей 67
3.1. ТНУ с приводом от дизеля 68
3.1.1. Определение основных параметров дизеля 69
3.1.2. Утилизация тепла в ТНУ с дизельным приводом 74
3.1.3. Температурные характеристики дизеля 78
3.2. ТНУ с приводом компрессора от ГТУ 80
3.2.1. Одновальная газотурбинная установка 83
3.2.2. Двухвальная газотурбинная установка 84
3.2.3. Определение количества тепла и температуры отработавших газов 86
3.2.4. Утилизация тепла в ТНУ с приводом от ГТУ 89
3.2.4.1. Схема с приводом ТНУ от ГТУ и утилизацией отработавших газов 89
3.2.4.2. Схема с углубленной утилизацией тепла ГТУ 91
Выводы по третьей главе 96
Глава IV Влияние различных рабочих тел на работу компрессора ... 97
4.1. Зависимость процесса сжатия от к и R 97
4.2. Сжатие в поршневом компрессоре 100
4.3. Сжатие в центробежном компрессоре 103
4.3.1. Работа и степень повышения давления в компрессоре... 105
4.3.2. Потери в компрессоре и его КПД 110
4.4. Сравнение КПД компрессоров разного типа 113
Выводы по четвертой главе 115
Глава V Экспериментальное исследование теплонасосной установки. 116
5.1. Экспериментальная установка 116
5.2. Измеряемые параметры, приборы для их измерения и оценка погрешностей измерения 119
5.3. Методика проведения испытаний и анализа 122
экспериментальных данных
Выводы по пятой главе 127
Выводы 128
Литература 130
Приложение 141
- Утилизация тепла отработавших газов дизелей
- Методика теплового расчета компрессионной ТНУ
- Определение количества тепла и температуры отработавших газов
- Измеряемые параметры, приборы для их измерения и оценка погрешностей измерения
Введение к работе
В связи с создавшимся сложным экономическим положением, национальная экономика России и российская тепловая энергетика должны быть направлены на создание конкурентной среды, так как традиционная концепция теплоснабжения не отвечает современным социально-экономическим и экологическим требованиям [3, 66, 68, 70].
Основными условиями выживания отрасли должны стать эффективность преобразования энергии для получения тепла и электричества, принципиально новые для России энергосберегающие технологии, тепловая экономичность установок, их экологическая безопасность, экономическая выгода.
Федеральный Закон «Об энергосбережении» [113], принятый в 1996 году, стал первым документом в российском праве в области эффективного и рационального использования топливно-энергетических ресурсов. Этот закон утвердил основные принципы энергосберегающей политики государства, а также рыночно-ориентированные механизмы её осуществления.
Разработанные в последние годы основные положения новой стратегии развития энергетики России обосновывают целесообразность широкого использования газа в качестве топлива для комбинированного производства электрической и тепловой энергии экономически эффективными и экологически чистыми ГТУ и ПГУ.
Наряду с такими способами повышения экономичности тепловых двигателей как повышение начальной температуры газа, степени повышения давления, улучшения рабочих характеристик и т.д., весьма эффективным путем более рационального использования энергии сжигаемого топлива является утилизация тепла вторичных энергоресурсов в том числе и отработавших газов [86].
Тепловые двигатели являются основными потребителями органического топлива, именно поэтому на них и приходится большая часть вредных выбросов. Данная работа посвящена проблеме снижения потребления топлива тепловыми двигателями путем использования вторичных энергоресурсов и тем
самым направлена на решение проблемы снижения вредных выбросов с отработавшими газами и улучшения общей экологической обстановки.
В работе исследуются возможности утилизации отработавших газов тепловых двигателей, в частности дизельных и ГТУ, а также возможности использования низкопотенциального тепла источников как естественного (водоемы, воздух, добываемая горячая нефть, теплота сжигаемого попутного газа и т.д.), так и искусственного происхождения (тепловые отходы технологических производств промышленных предприятий, коммунальных, бытовых, жилых и других объектов).
Рассмотренная в работе схема утилизации тепла отработавших газов дизельного двигателя и ГТУ включает в себя теплонасосную установку (ТНУ), существенной особенностью которой является привод компрессора, осуществляемый тепловым двигателем (дизель, ГТУ). А использование в качестве привода ГТУ второго поколения, особенно ГТУ с впрыском пара, позволяет получить наиболее высокие показатели конкурентоспособности установок с тепловыми насосами [67, 69].
ТНУ, осуществляя обратный термодинамический цикл на низкокипящем рабочем веществе, используют возобновляемую низкопотенциальную тепловую энергию из окружающей среды, повышая ее потенциал до уровня, необходимого для теплоснабжения.
Независимо от типа привода компрессора на единицу затраченного топлива с помощью ТНУ можно получить в 1,1-2,3 раза больше тепла, чем при прямом сжигании топлива [59].
Применение ТНУ - это и сбережение невозобновляемых энергоресурсов, и защита окружающей среды, в том числе и путем сокращения выбросов СО2 (парникового газа) в атмосферу. Поэтому естественно, что ТНУ интенсивно вытесняют традиционное теплоснабжение и, согласно прогнозам Мирового энергетического комитета, к 2020г. 75% теплоснабжения в развитых странах будет осуществляться с помощью ТНУ [35, 36]. И хотя в ТНУ с приводом от тепловых двигателей все же имеются вредные выбросы продуктов сгорания в
атмосферу, количество потребляемого топлива и выбросов здесь до 2-3 раз меньше, чем, например, в котельных, и до 4-6 раз меньше, чем на ТЭЦ [68].
В силу вышеперечисленных причин, в настоящее время в Минтопэнерго РФ существует программа "Развитие нетрадиционной энергетики России на 2001-2005 годы ", включающая в себя большой раздел по развитию и внедрению ТНУ. В программе оценивается развитие теплонасосной техники до 2010 и 2015гг. Прогноз развития основывается на оценках производителей ТНУ, а также их пользователей во многих регионах страны, потребности в ТНУ разной мощности и возможностей их производства [35, 36].
В основу программы положены реальные проекты, которые будут осуществлены в этот период. Большинство из, примерно, 30 крупных проектов предусматривают использование ТНУ для жилищно-коммунального сектора, в том числе в системе централизованного теплоснабжения. Ряд работ будет выполняться в рамках региональных программ энергосбережения и замены традиционных систем теплоснабжения ТНУ (Новосибирская обл., Нижегородская обл., Норильск, Нюренгри, Якутия, Дивногорск, Красноярский край).
Из всего сказанного выше можно сделать следующий вывод: комбинированная выработка энергии и углубленная утилизация тепла отработавших газов тепловых двигателей с применением ТНУ является одним из основных направлений энергосбережения в России и мировой энергетике в целом на ближайший и отдаленный периоды её дальнейшего развития.
Утилизация тепла отработавших газов дизелей
В России накоплен, к сожалению, небольшой опыт по внедрению ТНУ в различных отраслях народного хозяйства, в том числе и в энергетике. В последние годы все более актуальной становится идея комплексного использования вторичных энергоресурсов, в частности, отработавших газов ГТУ, включая применение ТНУ.
Схема 111 У с энергетическим впрыском пара и с ТНУ дана на рис. 1.4. [106]. Основные технические данные ПТУ: мощность 60 МВт; температура рабочего тела на входе в турбину - 1100 С; расход воздуха через компрессор -70 кг/с; степень повышения давления - 9; расход пара на впрыске - 11 кг/с; рабочее тело ТНУ - водяной пар; КПД - 43%.
Данная установка работает следующим образом. Воздух сжимается в компрессоре и подается в камеру сгорания, куда подается пар, генерируемый теплом отработавших газов ,, ГТУ, и топливо. Часть пара подается непосредственно в зону горения (экологический пар), а остальная (большая часть) подается на выходе из камеры сгорания. Далее парогазовая смесь поступает в турбину. После турбины парогазовая смесь проходит через котел-утилизатор, теплообменник и контактный конденсатор. В конденсаторе конденсируется содержащийся в парогазовой смеси пар. Часть образовавшегося конденсата поступает в котел-утилизатор и далее на вход паровой турбины. Другая часть конденсата подается в ТНУ. Полезное тепло от ТНУ используется в теплофикационных целях.
Дизельные двигатели в настоящее время по экономичности и ресурсам не имеют себе равных среди других аналогичных агрегатов, вырабатывающих механическую и электрическую энергию. КПД лучших мировых образцов составляет 48—52% (а с утилизацией коэффициент использования тепла топлива до 85—90%) [111]. Учитывая это, а также минимальные сроки монтажа и ввода в эксплуатацию, возможность работы на жидких и газообразных топливах, в том числе дешевых низкокалорийных газах и мазутах, простоту обслуживания и большие сроки службы, электростанции мощностью до 10 МВт с поршневыми двигателями имеют быструю окупаемость и существуют практически вне конкуренции [86, 116]. Дизель-генераторы с двигателями ЧН 36/45, например, работают в разных климатических условиях от Крайнего Заполярья (о. Новая Земля, о. Шпицберген, Чукотка) до сухих и влажных тропиков (Мали, Камбоджа, Индонезия и т. д.). В последнее время в связи с постоянно растущей ценой на электрическую и тепловую энергию, производимой реструктуризацией РАО «ЕЭС» по отделению производителей электроэнергии от электрических сетей и стремлением экономически самостоятельных субъектов к освобождению от энергетической зависимости, малая энергетика получает широкое развитие в Европейской части России (Владимирская, Нижегородская, Калужская области, Подмосковье, Краснодарский край и т. д.), где особенно востребованы установки с поршневыми двигатель-генераторами, работающими на газообразном топливе [111]. Тепловая энергия отработавших газов и охлаждающей жидкости тепловых двигателей, таких как дизель, например, может с успехом применяться для обогрева или охлаждения (рис. 1.5.) [109].
Подобные системы подходят для потребителей, одновременно нуждающихся в электрической и тепловой энергии. К тому же, оборудование для утилизации тепловой энергии, как правило, более надежно по сравнению с централизованными системами того же назначения, такими как ТЭЦ, а сроки монтажа значительно меньше. Кроме того, проблемы, возникающие при использовании централизованных энергоисточников (большие финансовые затраты при выполнении технических условий на подключение, высокие тарифы на электрическую энергию, невозможность обеспечить требуемую надежность энергоснабжения и т.д.), все чаще приводят к тому, что крупные потребители проявляют большой интерес к децентрализованным источникам энерго - и теплообеспечения своих предприятий. За рубежом и в России все чаще для таких целей внедряются так называемые, когенерационные технологии, т.е. установки комбинированной выработки тепловой и электрической энергии, включающие в себя генераторы с приводом от четырехтактных газопоршневых двигателей, использующих в качестве топлива природный газ. Тепловая же энергия вырабатывается в результате утилизации отводимого от двигателей тепла (из системы охлаждения) и тепла ОГ. Так, например, в торговом комплексе «Три кита» (Московская область) [110] установлены четыре подобных когерентных модуля мощностью 1,5 МВт каждый по электрической энергии и 1,03 МВт каждый по тепловой. Суммарный КИТ топлива установок достигает здесь 82%. В схему включена также ТНУ абсорбционного типа, осуществляющая кондиционирование воздуха в помещениях центра.
Экономические расчеты, выполненные по результатам двухгодичной работы с учетом всех эксплуатационных расходов и режимов использования оборудования, показали, что средняя себестоимость производства электрической и тепловой энергии в 6 раз меньше, чем действующие тарифы. Расчетный срок окупаемости затрат на создание таких объектов составляет около 4 лет при установке существующего зарубежного оборудования (Австрия, Германия, США, Италия). Использование же отечественного оборудования позволит снизить капитальные затраты, что приведет к существенному уменьшению сроков окупаемости. Это позволяет сделать выводы об инвестиционной привлекательности строительства подобных систем комплексной выработки электрической и тепловой энергии на базе тепловых двигателей с ТНУ, включенных в схему глубокой утилизации тепла отработавших газов, а также о перспективности развития в России данного направления малой энергетики.
Методика теплового расчета компрессионной ТНУ
Приведенная формула (1.1.) позволяет учесть часть индикаторных потерь, переходящих в полезное тепло, но не учитывает тот факт, что часть потерь трения также превращается в полезную энергию и передается потребителю. В (1.1.) также не учитывается влияние разности граничных температур (температуры ИНТ на входе в испаритель и на выходе из конденсатора) AT тогда, как это следует из рис. 1.15., это влияние значительно.
Значительную роль в разработке теории теплонасосных установок сыграли работы Мартыновского B.C. [117, 118], многие из которых не потеряли своей актуальности и значимости и по сей день. В работе [118] для определения действительного коэффициента преобразования предложена формула
где гд - коэффициент, зависящий от разности граничных температур AT, а также от абсолютных значений температур в конденсаторе Тк и испарителе Ти.
В формуле (1.2.) учтены недостатки работы Линде [46], то есть, учтено, что часть механических потерь превращается в полезную теплоту. Главной же особенностью предложенной Мартыновским B.C. методики расчета состоит в том, что все сомножители (1.2.) выражены в функции граничных температур. С учетом накопленных на тот период экспериментальных данных, их анализа и обобщения на базе (1.2.) предложена эмпирическая формулы для определения Ид в зависимости от температуры конденсации и испарения рабочего агента
Данное выражение рекомендовано авторами для приближенного определения цд в вариантных расчетах и действительно только для поршневых компрессоров с диаметром цилиндра около 150 мм. Для поршневых компрессоров с другими размерами и турбокомпрессоров вводятся поправочные коэффициенты.
Формула (1.2.) удобна для использования в технико-экономических расчетах при определении целесообразности использования ТНУ в конкретных условиях. Однако она имеет и ряд недостатков: все потери в элементах ТНУ даны только в функции от AT, тогда как некоторые из потерь (например, механические) никак не связаны с этими параметрами; применимость формулы ограничена поршневыми компрессорами с диаметром поршня 150 мм.; появились новые машины с большими 7ГК; появились новые рабочие агенты; нет учета реальных потерь в компрессоре, тогда как потери в компрессоре сильной степени влияют на коэффициент преобразования [14].
Анализируя опубликованные работы по теплонасосным установкам, следует также отметить, что в них отсутствует универсальная методика расчета ТНУ, не исследовано влияние тепловых и механических потерь в её элементах (компрессоре, дросселе, теплообменниках) на эффективность установки.
Для определения эффективности схемы утилизации вторичных энергоресурсов тепловых двигателей с одновременным использованием теплонасосной установки, определяющим является не коэффициент преобразования, а коэффициент использования первичного топлива. Для схемы утилизации тепловой двигатель + ТНУ под коэффициентом использования топлива (КИТ) будем понимать отношение отданной потребителю энергии к химической теплоте израсходованного топлива. При определении коэффициента использования топлива и условий совместной работы ТНУ с тепловым двигателем большинство авторов [87,104, 119] за основу брали теоретический цикл Дизеля (для дизеля), Отто (для двигателя с воспламенением от искры) и Брайтона (для ГТУ). Использование таких простейших термодинамических зависимостей дает существенные погрешности, особенно применительно к реальному циклу ГТУ. Так при пк =16 КПД цикла Брайтона составляет более 0,5, в то время как в реальных ГТУ с температурой газа 850... 1000 С эффективный КПД без регенерации тепла не превышает 0,3.
При расчете утилизации отработавших газов тепловых двигателей весьма важным является определение реальной температуры отработавших газов, в особенности для дизеля с турбонаддувом, существующие методики её определения громоздки и дают существенную погрешность.
Рассматривая сжатие в компрессоре, процессы теплообмена и дросселирования авторы не учитывали, что у большинства фреонов и других рабочих тел показатель адиабаты существенно ниже, чем у воздуха и двухатомных газов (k=Cp/cv=l,4), а газовая постоянная намного выше. Это приводит к тому, что для сжатия этих рабочих тел необходимо применять многоступенчатые лопаточные машины, причем потери в них существенно отличаются от воздушных машин.
Последние исследования показали, что рабочие агенты на основе фтора и хлора опасны для озонового слоя. Это привело к использованию малотоксичных фреонов, типа R-134a и R-22 и некоторых других, использование которых в ТНУ пока недостаточно исследовано.
Важный вопрос - как будет влиять температура окружающей среды на установку, состоящую из ТНУ и дизеля, ТНУ и ГТУ также не исследован, хотя известно, например, что мощность ГТУ уменьшается на 0,8... 1,4% при увеличении температуры воздуха на один градус. Исходя из сказанного выше, ставятся следующие задачи исследования в данной работе.
Определение количества тепла и температуры отработавших газов
При анализе внешних потерь следует также учитывать распределение тепловых потоков в теплообменных аппаратах (рис. 2.5.). Находящийся в газообразном состоянии рабочий агент в конденсаторе сначала охлаждается до температуры насыщения (процесс отнятия перегрева), а затем конденсируется.
Процесс теплообмена между рабочим агентом и нагреваемой средой проходит при значительной разности температур АҐ (рис. 2.2.), что и приводит к существенным потерям. Разность температур между конденсирующимся рабочим агентом и теплоносителем обозначена через ДТк на рис. 2.2., АТК -температурный напор в конденсаторе.
Было бы логично, с энергетической точки зрения, стремиться к предельному уменьшению разности температур ДТк, но, с другой стороны, это могло бы привести к существенному увеличению поверхности конденсатора и, как следствие, к значительному росту затрат на установку.
Для различных рабочих агентов значения коэффициентов теплоотдачи при конденсации будут разные, следовательно, и значения коэффициентов теплопередачи для них будут тоже неодинаковыми. Поэтому, при одинаковой поверхности конденсатора для различных рабочих агентов необходимо поддерживать неодинаковые разности температур ДТК.
Таким образом, рабочий агент, имеющий более высокий коэффициентом теплоотдачи, при прочих равных условиях будет работать при меньшей разности температур, а это приведет к меньшим затратам энергии. Температурный напор определяет степень совершенства теплообменника, в данном случае от совершенства конденсатора зависит величина ДТК. Увеличение ДТК приводит к увеличению работы сжатия в компрессоре ТНУ.
Анализ полученных данных показывает, что величина температурного напора ДТИ существенно влияет на работу компрессора (изменение ДТИ на 1 К вызывает изменение работы компрессора на 3 %) и на экономичность ТНУ (при увеличении ДТИ на 1 К коэффициент преобразования уменьшается на 4-5%).
Потери в испарителе. Температура среды Т0.с. (ИНТ) выше (рис. 2.2.), чем температура рабочего агента Ти в испарителе. Следовательно, эта потеря вполне соответствует потерям от внешней необратимости вследствие наличия конечной разности температур между конденсирующимся агентом и теплоносителем в конденсаторе и вызвана разностью между температурой ИНТ и температурой кипения рабочего агента в испарителе. При равенстве АТк и АТИ необратимость в испарителе сильнее влияет на энергетические затраты в цикле, чем необратимость в конденсаторе.
Результаты расчетного анализа влияния температурного напора в испарителе АТИ на работу компрессора и коэффициент преобразования ц приведены на рис.2.8. Как следует из данных, приведенных на рис. 2.8. и 2.9., влияние АТИ такое же, как и АТК. Увеличение АТИ увеличивает работу компрессора и снижает коэффициент преобразования ТНУ.
Таким образом, для повышения коэффициента преобразования необходимо стремиться к снижению температурного напора в теплообменниках ТНУ. С другой стороны, это приведет к увеличению габаритов и металлоемкости конструкции и, соответственно, к увеличению себестоимости ТНУ. В каждом конкретном случае этот вопрос может быть решен на основе технико-экономических расчетов. где Nk - мощность компрессора, Q - теплопроизводительность ТНУ, то можно получить показанную на рис. 2.11. зависимость. Из графика следует, что при фиксированных значениях температуры в испарителе с увеличением температуры в конденсаторе работа сжатия растет. Потери в переохладителе. В переохладителе ТНУ имеют место потери, обозначенные на рис. 2.2. как ДТпо- Из-за незначительной разности температур АТпо (рис. 2.2.) при переохлаждении рабочего агента необратимый теплообмен мало сказывается на энергетических затратах, тем более, что тепло переохлаждения составляет небольшую долю от общей теплопроизводительности ТНУ (всего 7-8% рис. 2.5.). Переохлаждение жидкого рабочего агента перед регулирующим вентилем - один из способов снижения необратимых потерь, вызванных заменой детандера регулирующим вентилем. Переохлаждение увеличивает удельный съем тепла в испарителе на единицу расхода рабочего агента, благодаря чему несколько снижается удельный расход энергии на единицу тепла. При осуществлении реального процесса работы ТНУ в компрессоре имеют место следующие наиболее значимые для всего процесса работы установки потери. Потери при сжатии рабочего агента в компрессоре. Реальный процесс сжатия рабочего агента в компрессоре ТНУ значительно отличается от идеального процесса, осуществляющегося строго по адиабате. Сама линия сжатия, ее начало и конец не совпадают с теоретической линией. Этот источник необратимых потерь приводит к наиболее существенному отличию от идеального процесса и к значительной затрате дополнительной работы по сравнению с обратимым циклом.
Потери при всасывании рабочего агента в компрессор. Состояние рабочего агента после испарителя характеризуется точкой, лежащей на верхней пограничной кривой (точка 1 на рис.2.2.), но в начале сжатия состояние рабочего агента характеризуется точкой а. Такое изменение состояния рабочего агента связано с процессом, происходящим во всасывающем трубопроводе между испарителем и компрессором и процессом, происходящим в самом компрессоре до начала сжатия.
Из-за теплообмена в трубопроводе и цилиндрах компрессора, смешивания с рабочим агентом, который находится во вредном пространстве компрессора, а так же из- за дросселирования рабочего агента при проходе через клапаны, происходит существенное изменение состояния, вызывающее дополнительный расход энергии и, следовательно, значительно понижает значение действительного коэффициента преобразования цд (рис.2.12.).
Измеряемые параметры, приборы для их измерения и оценка погрешностей измерения
Значения адиабатической и действительной работы определялись также по измеренным давлениям и температурам по T-S диаграмме соответствующего рабочего агента.
На рис. 5.4. и 5.6. представлены результаты экспериментального исследования. Видно, что с уменьшением разности граничных температур коэффициент преобразования возрастает и эта зависимость наблюдается для всех режимов работы ТНУ. Так, например, при уменьшении AT с 34 К до 23 К коэффициент преобразования ц возрастает с 2.6 до 3.1, т.е. на 16 % (режим 1 для R-142b). Ещё более резкое возрастание наблюдалось в режиме 2 (при минимальном расходе фреона).
Относительно низкие значения полученных коэффициентов преобразования объясняются тем, что в качестве низкопотенциального источника теплоты, в данной экспериментальной установке, используется воздух.
На рис.5.6. приводятся данные по сравнению расчетной адиабатической работы и адиабатической работы, определенной по результатам эксперимента.
Как следует из расчётных кривых, адиабатическая работа сжатия фреонов отличается незначительно, что и подтверждается опытными данными. Таким образом, полученные экспериментально значения работ сжатия, близки между собой. Эффективность ТНУ при работе на этих фреонах также сравнима. Однако, как следует из сравнения данных таблицы 5.1. и рис. 5.3., физические и термодинамические свойства их отличаются и имеют свои особенности.
В данном конкретном случае сравниваются два рабочих агента. Оба они относятся к одной группе по озонобезопасности в соответствии с Монреальским протоколом и разрешены в настоящее время к применению.
При выборе рабочего агента для ТНУ учитываются также их следующие физические свойства: давление насыщения при заданной температуре, критическая температура и давление, отношение давлений в конденсаторе и испарителе, теплота парообразования г, коэффициент адиабаты к, газовая постоянная R. Часть этих данных по сравниваемым фреонам R-22 и R-142b приведены в таблице 5.1.
От давления насыщения в испарителе и конденсаторе существенно зависят их размеры и металлоёмкость, а также размеры и металлоёмкость компрессора. От теплоты парообразования г зависят удельные тепловые нагрузки в испарителе и конденсаторе.
Оба рабочих агента R-22 и R-142b можно отнести к разряду рабочих агентов со средними давлениями насыщения, однако, давление насыщения при одних и тех же температурах у фреона R-142b существенно отличается. Так, при температуре 30 С, давление насыщения у фреона R-22 Ps = 1.191 МПа, тогда как у фреона R 142b Ps = 0.402 МПа, т.е. выше, почти в три раза. Последнее обстоятельство необходимо учитывать при проектировании компрессора для ТНУ.
Рабочий диапазон в сторону положительных температур, что особенно важно для теплонасосных установок (по сравнению с холодильным оборудованием) у R-142b гораздо шире, что обусловлено более высокой критической температурой Ткр = 136.45 С по сравнению с R-22, у которого Ткр=96С (табл. 5.1. и рис. 5.3.). Практически R-22 может использоваться при температурах конденсации в конденсаторе не выше 50...55 С, в то время как при работе на фреоне R-142b можно допустить температуру до 90 С. Таким образом, при примерно одинаковой эффективности в заданном температурном диапазоне, применение в ТНУ рабочего агента R-142b является более предпочтительным. Выводы по пятой главе l.Ha экспериментальной теплонасосной установке проведены испытания на двух рабочих агентах - фреонах: R-22 и R-142b. Относительные погрешности составляли: расхода воды - 1,2%; расхода воздуха — 1,65%; разности температур при измерении температур воды и воздуха - 0,5%. 2. Испытания проводились при разных расходах рабочего агента и подогреваемой воды. Расход фреона при этом составлял G = 0,2; G;=0,5HG;=0,95. 3. Влияние разности температур между нижним и верхним источником теплоты является определяющим для коэффициента преобразования ТНУ, так при изменении At с 34С до 23С коэффициент преобразования увеличивается с 2,6 до 3,1 , т. е. на 16 %. 4. Адиабатическая работа компрессора при сжатии фреона R-22 больше на 5. Исходя из общего анализа основных параметров рабочих агентов R-22 и R 142Ь предпочтительнее применение в теплонасосной установке фреона R-142b. 1. Анализ литературных источников показал, что проблемы повышения экономичности и экологической безопасности тепловых двигателей являются весьма актуальными. Одним из путей их решения является утилизация отработавших газов тепловых двигателей. Выявлено, что включение теплонасосной установки в схему утилизации позволяет существенно повысить коэффициент использования, сжигаемого в тепловых двигателях, топлива. Вместе с тем ряд нерешенных вопросов сдерживает широкое внедрение этих схем: отсутствие методик расчета теплонасосной установки при работе на разных рабочих агентах с учетом реальных потерь; проблемы выбора оптимального типа рабочего агента и др. 2. Разработана математическая модель и программа расчета основных параметров ТНУ на ПЭВМ на разных рабочих агентах.
