разное

ВОЗДУШНЫЕ ХОЛОДИЛЬНЫЕ МАШИНЫ И ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ

Первая холодильная машина, использующая воздух в качестве рабочего вещества, была предложена Дж. Гори (США) в 1845 году и создана им в 1849 году. В литературных источниках воздушные холодильные машины рассматриваются как частный случай газовых машин с надеждой на то, что будут выявлены и другие газообразные рабочие вещества кроме воздуха, для которых разработанная теория останется справедливой. Главные достоинства воздуха, как натураль­ного рабочего вещества, состоят в его абсолютной экологической чистоте и нулевой стоимости. По этим причинам ни один из газов не может выступить альтернативой воздуху*. Многие годы усилия исследователей были направлены на создание низкотемпературных холодильных машин. К. Чемберлен (Германия) в 1936 году впервые высказал идею использования воздушной машины в системе кондиционирования воздуха при переключении режимов работы с холодильной машины (летний режим) на тепловой насос (зимний режим). С тех пор развивается идея применения воздушных тепловых насосов и теплофикационных машин.

Методом получения низкой температуры в воздушной холо­дильной машине является расширение с получением внешней работы, т. е. детандирование. Методом получения холода - нагрев газа (воздуха) без изменения агрегатного состояния. Производство холода осуществляется в элементе машины, называемом рефрижератор (Р).

Цикл простейшей воздушной машины построен на двух изобарах и двух изоэнтропах. В зарубежной литературе этот цикл

Поэтому автор предпочитает реальное название «воздушные машины» глубоко теоретическому «газовые машины».

Называют обратным циклом Брайтона. На основании анализа циклов, проведенного в главе 2, известно, что цикл, состоящий из двух изобар и двух адиабат, называется циклом Джоуля. Различие в наименова­ниях одного и тоже цикла заключается в том, что воздух при реали­зации обратного термодинамического цикла не изменяет агрегатного состояния. Работа воздушной машины осуществляется исключительно в области значительно перегретого пара, в связи с чем пограничные кривые на диаграммах состояний не изображают. Цикл Джоуля - это идеальный цикл, следовательно, рабочее вещество для его реализации - идеальный газ. Дж. Брайтон в 1873 году предложил использовать прямой цикл Джоуля для работы с любым газом в качестве рабочего вещества, например, с воздухом. Таким образом для воздушной холодильной машины (теплового насоса) в соответствии с терми­нологий, используемой в «методе циклов», обратимым циклом-образ - цом является обратный цикл Джоуля, а эталонным циклом - обратный цикл Брайтона.

Особенность воздушных машин связана с большой объемной производительностью воздуха, в связи с чем в действительной машине необходимо использовать только турботехнику (компрессор и детандер) для уменьшения массо-габаритных характеристик машины. При использовании поршневых компрессора и детандера, их размеры и, соответственно, стоимость, будут слишком велики.

Первые многосторонние исследования воздушных холодиль­ных машин были начаты в 1950-ые годы на кафедре холодильных машин ОТИПХП (ныне - ОГАХ) под руководством В. С.Мартыновс - кого. Результаты, полученные в 1950-70-ые годы, и поныне являются непревзойденными в мировой науке. В эти же годы были предпри­няты попытки повсеместного внедрения воздушных холодильных машин в различные области промышленности, где для осуществления основного технологического процесса необходимо располагать большим количеством холодного воздуха. Особенности воздушных машин при рассмотрении возможности их практического использо­вании рассматривались как основные недостатки и послужили причиной отказа от них. Особенности и недостатки воздушных холодильных машин рассмотрим в контексте применяемого в СССР (в 1950-70-ые годы) оборудования. Исследования воздушных холодиль­ных машин в мире в эти годы не проводились.

Воздушные холодильные машины, первоначально, были ма­шинами большой производительности. Турбокомпрессоры и турбо - детандеры для работы на воздухе специально промышленностью не производились. Имела место адаптация отработавших летный ресурс турбодвигателей авиатехники путем конструктивных изменений лопаток турбин. Естественно, уровень шума при работе воздушной холодильной машины соответствовал авиационным и был абсолютно неприемлемым для использования на любом другом виде транспорта, в непосредственной близости от постоянного места работы людей в различных областях промышленности, а также в составе систем кондиционирования воздуха. Мероприятия по снижению уровня шума не дали желаемых результатов.

Единственным применением низкотемпературных воздушных холодильных машин стало лабораторное оборудование при наземных испытаниях летной техники, статических испытаниях грузовых автомобилей и прочей крупногабаритной техники с целью имитации низкотемпературных режимов, соответствующих будущим реальным условиям эксплуатации[50]. В этом случае уровень шума, производимый воздушной машиной, не являлся негативным моментом, а большая производительность выступила как основное преимущество воздуш­ной холодильной машины по сравнению с холодильными машинами, работающими на других рабочих веществах.

В связи с ограниченным практическим применением, начиная с 1970-годов воздушные холодильные машины были описаны в литературе исключительно в учебных целях. С начала 1990-х годов воздушные машины стали объектом пристального внимания специалистов в мире.