автореферат диссертации по энергетическому, металлургическому и химическому машиностроению, 05.04.03, диссертация на тему:Разработка и исследование холодильной установки авторефрижератора с использованием топлива (сжижение нефтяных газов в качестве хладагента)

РГБ 01

к ' Ш 2000

На правах рукописи УДК 621.59

ЛЕОНОВ Виктор Павлович

РАЗРАБОТКА II ИССЛЕДОВАНИЕ ХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ АВТОРЕФРИЖЕРАТОРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТОПЛИВА (СЖИЖЕННЫХ НЕФТЯНЫХ ГАЗОВ) В КАЧЕСТВЕ ХЛАДАГЕНТА

05.04.03 - Машины и аппараты холодильной и криогенной техники и систем кондиционирования

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва -1999

Работа выполнена в Московском государственном техническом университете

им. Н.Э. Баумана.

Научный руководитель - кандидат технических наук,

доцент Жердев A.A.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Пешти Ю.В. кандидат технических наук, доцент Стрельцов А.Н.

Ведущее предприятие: ВНИИХОЛОДМАШ

Защита состоится "22" HC¿¥ cífr <. % 1999 года в часов i О «.-¿¿¿«у/-

на заседании диссертационного совета К.053.15.07 в Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана по адресу 107005, г. Москва, Лефортовская наб., д. 1, корпус факультета "Энергомашиностроение".

Ваши отзывы в 2-х экземплярах, заверенные печатью, просьба высылать по адресу: 107005, г. Москва, 2-я Бауманская ул., д.5.

Автореферат разослан 1999 г.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н.Э. Баумана

Ученый секретарь специализированного Совета кандидат технических наук, доцент

Глухов С.Д.

Заказ № . Объем 1.0 печатный лист. Тираж 100 экз. ООО Техполиграфцентр. ПЛД № 53-477.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В связи с ухудшающейся экологической обстановкой в мире переход к новым энергосберегающим технологиям и озонобезопасным рабочим телам холодильных установок чрезвычайно актуален. По сравнению с парокомпрессионной холодильной машиной холодильная установка с разомкнутым циклом на смесях углеводородов имеет ряд преимуществ: применение пропан-бутановой холодильной установкой (ПБХУ) снижает расход топлива, поскольку не затрачивается энергия на привод компрессора и вентилятора конденсатора; отсутствие компрессора и конденсатора упрощает конструкцию холодильной установки, уменьшает массу и габаритные размеры, повышает надежность; упрощается эксплуатация холодильной установки; запыленность наружного воздуха не влияет на работу конденсатора, нет необходимости периодически компенсировать угечку хладагента, не требуется высококвалифицированное обслуживание.

Стоимость пропановой холодильной установки по сравнению с парокомпрессионной, даже с учетом стоимости установки стандартного газобаллонного оборудования, уменьшается в 2...3 раза.

К недостаткам ПБХУ следует отнести зависимость ее работы от работы двигателя.

Исследование свойств сжиженных нефтяных газов (СНГ) показали перспективность их использования в качестве рабочего тела в различных холодильных системах.

Цель работы. Целью данной работы являлось создание и исследование холодильной установки авторефрижератора. В качестве хладагента в холодильной установке использовались сжиженные нефтяные газы, которые являлись и моторным топливом.

Поставленная цель достигалась решением следующих задач.

1. Исследование свойств пропан-бутанового топлива в зависимости от состава (в пределах ГОСТа) и температуры окружающей среды.

2. Теоретическое исследование разомкнутого цикла, работающего на четырехкомпонентной смеси предельных и непредельных углеводородов, с учетом влияния регенерации. Анализ цикла с двумя уровнями термостатирования и цикла с рековденсацией. Исследование процесса захолаживания элементов холодильной установки. ^

3. Разработка, изготовление опытного образца авторефрижератора с пропан-бутановой холодильной установкой (ПБХУ) и проведение дорожных испытаний.

Научная новизна. Поставлена и решена задача использования хладоресурса СНГ. Получены новые данные о свойствах СНГ - перспективного хладагента. Разработаны и исследованы циклы холодильных установок, реализующих хладоресурс: двухуровневое охлаждение с разделением фаз, цикл с реконденсацией и цикл с адиабатным расширением. Предложена методика расчета этих циклов. Получены новые экспериментальные данные о работе ПБХУ в составе авторефрижератора.

Практическая ценность работы заключается в том, что разработана программа расчета свойств четырехкомпонентной смеси углеводородов, являющейся хладагентом в разомкнутом цикле холодильной установки и моторным топливом авторефрижератора. Предложены и проанализированы различные варианты холодильных циклов. Проведено согласование работы ПБХУ и двигателя. Созданы опытные образцы ПБХУ авторефрижератора и проведены их дорожные испытания. Подготовлена техническая документация на выпуск этих установок. Опытные образцы авторефрижераторов экспонировались на международных и всероссийских выставках в С.-Петербурге, Астрахане и Москве: в Экспоцентре на Красной Пресне и ВВЦ.

Реализация работы. Созданы два варианта ПБХУ авторефрижератора. Подтвержден заданный уровень термостатирования в кузове: 0...+12°С. Полностью согласованы расходные характеристики холодильной установки и двигателя авторефрижератора на всех режимах движения.

Результаты теоретического и экспериментального исследования использованы при создании опытно-промышленных образцов ПХУ на базе автомобиля "Газель".

Совместно с АО "Автосистема" (НАМИ, Москва) проведены сертификационные испытания авторефрижератора, оснащенного ПБХУ.

Результаты диссертационной работы внедрены в АО "Псковавто" (г. Псков), на авторемонтном заводе №8 (г. Москва), при проектировании и создании авторефрижераторов по заказу автокомбинатов №№ 41 и 32 (г. Москва). Конструкция ПБХУ приведена в соответствие с конструкцией газобаллонной аппаратуры АО "Автосистема" (НАМИ, Москва).

2

Апробация работы. Основные положения работы обсуждались на международной конференции "Холодильная техника России. Состояние и перспективы накануне XXI века" (Санкт-Петербург. 1998г.), двадцатом международном Конгрессе Холода, ЕШУ/Ш?, (Сидней. 1999 г.). В полном объеме диссертация была обсуждена и одобрена на заседании кафедры Э-4 МГТУ им. Н.Э. Баумана (1999 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 статьи. Получено положительное решение на выдачу патента и подано две заявки на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, основных выводов и приложений, списка использованной литературы. Общий объем диссертации составляет 177 страниц, в том числе 67 рисунков, 13 таблиц. Список литературы включает 96 названий.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Применение сжиженного газа в качестве моторного топлива позволит решить одну из важнейших задач - экологическую. Выхлопные газы газобаллонных автомобилей содержат в своем составе значительно меньше токсичных и канцерогенных компонентов по сравнению с бензиновыми и дизельными двигателями, что позволяет улучшить состояние атмосферы, особенно в крупных городах.

СНГ применяется на транспорте с недоиспользованием хладоресурса, который равен фазовому переходу топлива из жидкого состояния в парообразное. Для осуществления этого перехода используется теплота двигателя или теплота изотермического кузова.

В первой главе дан анализ литературных источников и методов расчета свойств основных компонентов СНГ. Известны замкнутый и разомкнутый циклы холодильных установок авторефрижераторов. В замкнутом цикле хладагентом могут служить аммиак, фреоны, углеводороды и другие вещества.

В холодильных установках разомкнутого цикла хладагентом служит топливо, которое, пройдя охлаждающий контур, поступает в двигатель.

Предложения создать холодильную установку разомкнутого цикла для авторефрижераторов появились еще в тридцатые годы. Тогда эти установки не получили распространения и лишь в 1975 году в Москве на XIV Международном конгрессе холода было сделано сообщение о попытке создания холодильных систем с разомкнутым циклом

3

и с рабочим телом, состоящим из смеси 80% пропана и 20% бутана. В учебно-научном центре МГТУ им Баумана "Криоконсул" проводились разработки малотоннажных рефрижераторов на базе шасси автомобилей "Москвич-23352-пикап", УАЗ-3962 и ГАЗ-33021 "Газель". Накоплен опыт создания холодильников и авторефрижераторов, работающих на жидких углеводородах, которые используются как топливо для газовых плит или как топливо в двигателе автомобиля.

По сравнению с парокомпрессионной машиной пропан-бутановая холодильная установка разомкнутого цикла имеет ряд преимуществ. Применение ПБХУ снижает расход топлива, поскольку не требуется затраты энергии на привод компрессора и вентилятора конденсатора. Кроме того, более полная газификация топлива на входе в двигатель также уменьшает его расход. Вышесказанное приводит к уменьшению цены ПБХУ по сравнению с зарубежными парокомпрессионными на порядок, а также к снижению стоимости эксплуатации.

Основными составляющими сжиженного нефтяного газа (СНГ) являются пропан (С3Н8), нормальный бутан (С4Н10) и изобутан - предельные углеводороды и непредельные углеводороды (пропилен, бутилен и др.). Состав топлива регламентируется стандартом, который действует с 1 июля 1988 г. Этот стандарт предусматривает две марки газового топлива: зимнее - ПА (пропан автомобильный), которое содержит 90±10% (по массе) пропана, и летнее - ПБА ( пропан-бутан автомобильный), которое содержит 50+10% пропана. Примеси изобутана О-С4), как правило, не превышают 20% от содержания нормального бутана (п-Сд). Для расчета цикла в качестве основных выбраны четыре компонента: пропан, п-бутан, ¡-бутан и пропилен. Предварительный анализ свойств выбранных четырех основных компонентов СНГ показывает относительную близость этих свойств, включая теплоту испарения в диапазоне температур - 30...0° С. Значительно различаются только лишь температуры кипения компонентов. Все это предполагает слабую зависимость удельной холодопроизводительности ПБХУ от состава СНГ и температуры окружающей среды, и значительное изменение минимальной температуры, которая устанавливается после дросселирования.

Свойства компонентов определялись по модифицированному уравнению Редлиха-Квонга

_ РУ V оа ь _

7_____Е.к (л \

где Р - величина, зависящая от температуры. Для легких углеводородов наиболее хорошее совпадение с экспериментом при определении параметров фазового равновесия и энтальпии дает поправка Б в форме Соаве

Б = 1/Т, [1 + (0,480 + 1,574а - 0,176ш2) (1 - Тг0'5)]2 (2)

- По результатам выполненного анализа сформулированы основные задачи исследования холодильной установки авторефрижератора с использованием топлива -сжиженного нефтяного газа - в качестве хладагента.

- Провести исследование свойств топлива (ПА и ПБА) - смесей предельных и непредельных углеводородов как хладагента: температуры кипения, удельной теплоты испарения, давления в баллоне в зависимости от состава смеси и температуры окружающей среды.

- Выполнить теоретическое исследование разомкнутого цикла, работающего на четырехкомпонентной смеси. Исследовать влияние регенерации на параметры разомкнутого цикла холодильной установки, в том числе на скорость захолаживания. Создать методику расчета холодильной установки авторефрижератора.

- Рассмотреть различные варианты схемы холодильной установки.

- Провести экспериментальные исследования ПБХУ. Решить вопросы согласования работы холодильной установки с работой двигателя авторефрижератора.

- На основе теоретических и экспериментальных данных установить области рационального применения и режимов термостатирования пропан-бутановых холодильных установок, работающих в разомкнутом цикле с применением СНГ. Дать рекомендации по повышению эффективности работы ПБХУ.

Вторая глава посвящена теоретическому исследованию разомкнутых циклов холодильной установки авторефрижератора Все основные параметры: удельный объем пара и энтальпия вычислялись по принципу аддитивности. Для определения единого уровня изменения энтальпий всех компонентов смеси была применена идеально-газовая энтальпия, которая может быть вычислена в любой точке. При малом значении давления (Ро—>0), когда еще работает модель сплошности среды, газ можно рассматривать как идеальный и изменение энтальпии равно

1°Т1-1„ = ]с;(т)(1т, о)

о

где Ср° - идеальная-газовая теплоемкость при постоянном давлении, которая является функцией только температуры Т, и эта зависимость выражается полиномом

Ср° = А + ВТ + СТ2 + БТ3 (4)

Смесь углеводородов принималась идеальной, т.е. подчиняющейся законам Рауля и Дальтона. На основе этих законов был составлен алгоритм, используя который можно было рассчитать концентрации всех компонентов, находящихся в закрытом сосуде (баллоне). Реальный процесс отбора жидкой фазы из баллона происходит с понижением температуры из-за испарения жидкой фазы, чтобы заполнить освободившийся объем паром. Однако проходит он крайне медленно, и можно допустить, что он близок к изотермическому. Для расчета доли пара и состава используется система уравнений, количество которых определяется числом компонентов в смеси

1 = У + Ь

хо, = УУ,

•х02 = Уу2+Ьу2 (5)

2Х=1

Можно отметить, что изменение холодопроизводительности практически не зависит от взаимной концентрации компонентов СНГ, т.к. значения их теплоты кипения мало отличаются друг от друга и слабо изменяются в рабочем диапазоне температур. Что касается температуры после дросселирования то она изменяется в зависимости от содержания высоко- и низкокипящих компонентов в широких пределах (от -34° до -10°С) со слабой зависимостью от 1ох. Этот факт объясняется низкой температурой кипения пропана по сравнению с температурами кипения других компонентов.

С практической точки зрения весьма интересна зависимость qx и ^п от давления после дросселя. Во втором варианте рефрижератора было решено отказаться от ресивера между холодильной установкой и двигателем. Газ после ПБХУ сразу подавался во вторую ступень редуктора газобаллоной системы двигателя по трубке. Для того, чтобы обеспечить устойчивую работу двигателя на всех режимах необходимо было поддерживать максимальное избыточное давление в этой магистрали. Для работы ПБХУ это давление должно быть минимальным для получения как можно более низкой б

температуры кипения хладагента. Оптимум был найден при проведении дорожных испытаний и составил 0,14 МПа. По сравнению с нулевым избыточным давлением это привело к уменьшению qx на 5-10 Дж/г, но tm;n возросла на 8-9 градусов. Поправка на изменение температуры охлаждения была учтена при расчете и подборе воздухоохладителя.

Расчеты показали, что при отборе жидкой фазы из баллона независимо от температуры окружающей среды и первоначального состава СНГ давление в баллоне изменяется незначительно (5...б %). Это изменение не может сколько-нибудь существенно повлиять на удельную холодопроизводительность и расход смеси Изменение же температуры t„,in отмечено при наибольшей температуре toc. лишь в пределах 1,5°С. Что касается изменения холодопроизводительностн Aqx = ~ q°r,: , то оно составило 40 кДж/кг; относительное изменение холодопроизводительностн при t„c=+35 "С для всех смесей составило менее 16%.

Холодопроизводительность Qx определяется произведением удельной холодопроизводитеьности qx и секундного расхода топлива G. Удельная холодопроизводительность в зависимости от состава в рамках ГОСТа и сезонных изменений температуры окружающей среды колеблется в пределах от 240 до 370 Дж/г. Расход же СНГ через двигатель зависит от грузопоъемности и режима движения, т.е. от скорости движения, поэтому на определенных участках трассы холодопроизводительности ПБХУ недостаточно для компенсации теплопритоков в изотермический кузов, где-то она будет избыточна. Для определения области соответствия необходимой холодопроизводительности с расходом топлива в зависимости от грузоподъемности и скорости движения был выполнен расчет для пяти автомобилей, серийно выпускаемых в РФ: "'Москвич" 2140, "Газель" ГАЗ 33021, Г.АЗ-52, ГАЗ-53 и ЗИЛ 431-410.

Расход топлива в кг на 100 километров пути и грузоподъемность в т были приняты по паспортным данным на эти автомобили. Связь между грузоподъемностью и габаритами изотермического кузова была определена по российским и зарубежным (фирма CARRIER TRANSICOLD) нормам загрузки. Таким образом была установлена необходимая холодопроизводительность (теплоприток) с запасом в зависимости от типа автомобиля. На эти кривые были наложены результаты расчетов располагаемой

холодопроизводительности, определенной по расходу топлива для скоростей движения = 40, 60 и 80 км/ч и для q<1 = 260 Дж/г.

Рис.1. Соотношение между холодопроизводительностью и теплопритоками в кузов

Теплоприток через изоляцию Q, Вт, был определен по формуле 6 при значениях коэффициента теплопередачи к = 0,4 и 0,6 Вт/(м2'К)

Q = к ■ Fcp ■ (toc. - U) ■ 1, 75, (6)

где 1,75 - принятый коэффициент запаса, учитывающий факт открывания дверей, старение изоляции и т.п.

Заштрихованная область на рисунке 1 - необходимая холодопроизводительность (теплоприток в изотермический кузов), а сплошные линии соответствуют располагаемой холодопроизводительности при указанных скоростях. Можно сделать вывод, что при скорости движения 40 км/ч располагаемой холодопроизводительности будет достаточно для автомобилей «Москвич» и «Газель». Однако уже при скорости 60 км/ч, что возможно для городского режима движения, величины Qx достаточно для всех типов рассмотренных авторефрижераторов, кроме ГАЭ-53 и ЗИЛ-431. При скорости 80 км/ч располагаемой холодопроизводительности, 8

вырабатываемой ПБХУ, вполне достаточно, чтобы компенсировать теплопритоки всех типов автомобилей, в том числе и большегрузных.

Важным эксплуатационным параметром установки, зависящим от многих факторов, является время выхода на режим ПБХУ. Был рассмотрен процесс выхода не режим охлаждения (1х=0° С) холодильной установки и теплоизоляции изотермического кузова раздельно.

В процессе захолаживания ПБХУ температура всех элементов установки понижается от температуры окружающей среды до их значений на расчетном режиме. При этом установка должна вырабатывать избыточное количество холода по сравнению с установившимся режимом. Это превышение будет тем значотельнее, чем короче длительность пускового периода.

Время выхода на режим регенеративного теплообменника было определено после решения системы уравнений

ОЖСЖ(ТГ^ТГ) = ажПжЬ(Т: - Г)

5еАт = аж11я(Т, -р + апП„(Т„ -тГт)

-О.С.СГГ -ТГ) = авПвЦТ.т-Т:) (7)

Т«+Т«х

гр _ п_п _

. ° ~ 2

Где индекс ж относится к потоку жидкости, п - пара, а индекс ст относится к стенке, разделяющей потоки.

Время выхода ПБХУ на режим т составило около одного часа, что было подтверждено испытаниями первого варианта ПБХУ авторефрижератора.

Длительность стабилизации теплового потока через изоляцию (при стационарном распределении температур в слое изоляции от toc. до tx) может достигать нескольких часов в зависимости от начальных условий , причем на захолаживание изоляции должна расходоваться значительная часть холодопроизводительности. Для расчета времени стабилизации была использована зависимость, предложенная М.Г. Каганером для плоской стенки Q

я/яст= 1+е-р0, • (8)

где Я/Яст- отношение плотности теплового потока через холодную границу к стационарному qcт.

Эта зависимость для изотермического кузова авторефрижератора «Газель» представлена на рисунке 2. Для толщины слоя изоляции 6 = 0,1м при значении коэффициента температуропроводности а = 2,84'10"7 м2/с (для пенополиуретана ППУ) число Фурье Ро = 0,1 соответствует времени х г 1 час. . Отношению = 1,1 соответствует число Б о = 0,23, т.е. через 2,3 часа тепловой поток на 10% отличается от стационарного. Это время также было подтверждено в результате дорожных испытаний авторефрижератора.

Холодильная система авторефрижератора имеет недостаток, который заключается в недоиспользовании потенциала низкой температуры испарения смеси после дросселирования (около -30...-20 °С), а температура кузова и в пределах 0...+12 "С (для авторефрижераторов класса А по европейской классификации). Для устранения этого недостатка была предложена схема с фазовым разделением смеси и двойным дросселированием (см. рис.3), которая позволяет осуществить охлаждение при двух уровнях температуры. Например, в авторефрижераторах с охлаждаемым кузовом и низкотемпературной (морозильной) камерой небольшого объема. В основу расчета был заложен тепловой баланс переохладителя, с разностью температур на холодном

конце Д1Х= 10°.

10

Рис. 3. Схема с двойным дросселированием

Доля холодопроизводительности основного испарителя определяется как (2ос»/(Ь где Ск = Ос,™ + (3.-,о„- На рис. 4 представлена доля в зависимости от мольной доли пропана и температуры окружающей среды и.с, так верхняя (пунктирная) граница зашрихованной зоны соответствует температуре 1ос = 0° С, а верхняя - и.с = +30° С. На перераспределение тепловой нагрузки между двумя испарителями можно повлиять изменением промежуточного давления.

Мольная доля пропана

0,4 0,5 0,6 0,7 о, 8 0,9 Рис.4. Доля тепловой нагрузки основного испарителя

Для исключения зависимости работы ПБХУ от режима работы двигателя, а также для повышения располагаемой холодопроизводительности во время предварительного захолаживания кузова перед рейсом, работы холодильной установки при выключенном двигателе - быд предложен цикл с реконденсацией (рис. 5).

Расчет цикла предполагал определение основных параметров цикла, в том числе холодильного коэффициента в зависимости от низкого давления в цикле Р]. Для Р1 » 0,1...0,2 МПа холодильный коэффициент равен 4,0...4,2. Проведено сравнение

данного цикла, работающего на СНГ и фреонах 11-22, Я-134а, 11-407С,

Дальнейшим развитием схемы разомкнутого цикла с целью повышения холодопроизводительности является цикл с двумя уровнями давления. Цикл представлен в Рм диаграмме на рисунке 6. Расширение 1-2 происходит в дросселе до промежуточного давления, соответствующего температуре смеси в испарителе -5...0 "С, что обеспечивает температуру в кузове В этом случае после испарения 2-3 при давлении Рг=Рз (состояние в точке 3) смесь изоэнтропно расширяется с этого давления до низкого давления цикла - 0,14 МПа. Теоретически такое расширение даст состояние смеси в точке 6. Увеличение удельной холодопроизводительности Дц составит

ДЯ = ¡5- - ¡6. ' (9)

Относительное увеличение удельной холодопроизводительности Дq/qo в зависимости от состава смеси (пять составов) и температуры окружающей среды в диапазоне +15...+35 "С имело величину от 10 до 16 %.

В третьей главе приведены результаты дорожных испытаний двух вариантов авторефрижераторов с различными модификациями ПБХУ. Первый авторефрижератор был создан на заводе "Псковавто" на базе автомобиля "Газель". Кузов выполнен цельнометаллическим в виде микроавтобуса. Теплоизоляция из листов пенополиуретана укладывалась между обшивками кузова. В задней части кузова находилась одностворчатая дверь, в передней - технологический отсек размером 0,3 м по всей ширине кузова. В отсеке располагался ресивер, необходимый для выравнивания давления перед двигателем после ПБХУ, внутри ресивера - регенеративный теплообменник типа "труба в трубе". В этом же отсеке находилась и измерительная аппаратура. Дросселем в первом варианте ПБХУ служили капиллярные трубки. С целью обеспечения расхода через ПБХУ на разных режимах работы двигателя были предусмотрены три контура, по три капиллярные трубки в каждом. Включение контуров производилось с помощью электроклапанов в зависимости от давления в ресивере. Воздухоохладители обдувались вентиляторами.

Проведено 10 циклов испытаний общей длительностью 38 часов. Суммарный пробег авторефрижератора составил 1597 км. В ходе испытаний через определенные промежутки времени (5-10 мин) фиксировались параметры движения: скорость, пройденное расстояние, частота вращения коленчатого вала двигателя; производились замеры температуры воздуха в нескольких точках изотермического кузова (по поверхности стен и пола), а также температуры в характерных точках ПБХУ. Замерялось давление газа на входе и выходе из ПБХУ. Расход газа измерялся весовым способом.

Замер температуры осуществлялся термометрами сопротивления с точностью 0,1К. В качестве вторичного прибора использовался многоканальный преобразователь с цифровой индикацией показаний.

Дорожные испытания показали работоспособность ПБХУ на всех режимах движения. Было выявлено, что температуры боковых стенок камеры и циркулирующего воздуха практически одинаковы (Д1 ^ 2°), а средняя разность температур воздуха на входе в воздухоохладитель и выходе из него (охлаждение воздуха) составляет 2,5...4°С. При скорости 80 км/ч интенсивность охлаждения кузова составляет ~10 град/ч, а при скорости 60 км/ч ~5,5 град/ч.

По результатам испытаний первой модели авторефрижератора были внесены изменения в конструкцию ПБХУ: из состава ПБХУ исключен теплообменник, т.к. время выхода теплообменника на стационарный режим работы порой превышал время одного рейса. Была рекомендована компоновка с кунгом - изотермического кузова в виде ящика. Была принята конструкция воздухоохладителей, исключающая соединения на пайке. Капиллярное дроссельное устройство со ступенчатой регулировкой расхода было заменено специально спроектированным редуктором, который обеспечивал необходимый расход газа независимо от давления в баллоне, что позволило отказаться от ресивера. В процессе дорожных испытаний отмечалась устойчивая работа ПБХУ и двигателя автомобиля.

Проведенные испытания подтвердили возможность создания малотоннажных рефрижераторов с ПБХУ. Использование сжиженного газа пропан-бутан в качестве моторного топлива и хладагента, позволяет повысить экономичность авторефрижератора, снизить стоимость его изготовления и эксплуатации.

В третьей главе освещено также решение вопроса безопасной эксплуатации ПБХУ.

Основные выводы

1. Выполнен анализ зависимости удельной холодопроизводительности и минимальной температуры охлаждения в разомкнутом цикле, работающем на многокомпонентной смеси, от состава смеси и температуры окружающей среды. Изменение холодопроизводительности практически не зависит от взаимной концентрации компонентов СНГ, но температура после дросселирования tmb изменяется в зависимости от содержания высоко- и низкокипящих компонентов в широких пределах (от -34° до -10°С) со слабой зависимостью от t„.c..

2. Применение регенерации в цикле увеличивает удельную холодопроизводительность на 10-15% в зависимости от температуры окружающей среды. Анализ времени выхода на режим показал, что регенеративный теплообменник выходит на режим около одного часа. Теплоизоляция кузова захолаживается три часа. При работе авторефрижератора в короткоцпкловом режиме (1...2 часа) в схеме ПБХУ можно отказаться от регенеративного теплообменника.

3. Анализ области рационального применения холодильных установок показал, что при скорости движения 60 км/ч и более величины располагаемой холодопроизводительности, вырабатываемой ПБХУ, достаточно, чтобы компенсировать теплопритоки в изотермический кузов для всех рассмотренных типов российских автомобилей.

4. Предложены различные варианты схемы холодильной установки : двухуровневое охлаждение с разделением фаз с целью лучшего использования потенциала низкой температуры испарения смеси после дросселирования (около -30...-20° С); цикл с реконденсацией, который позволяет исключить зависимость работы ПБХУ от режима работы двигателя, и цикл с адиабатным расширением, реализация которого даст увеличение удельной холодопроизводительности на 10-15%. Дана методика расчета этих циклов.

5. Экспериментальное исследование подтвердило работоспособность авторефрижератора. Температура в изотермическом кузове на стационарном режиме работы составляла 0...+4 °С (минимальная температура составила -12 °С). Проведено согласование работы двигателя и ПБХУ при избыточном давлении после редуктора ПБХУ 0,04 МПа. Составлена принципиальная электрическая схема ПБХУ. Выбрана оптимальная конструкция изотермического кузова в форме кунга.

1 Малотоннажный рефрижератор с холодильной установкой нового типа /А.А. Жердев , С.Д. Глухов, В.П. Леонов и др. //Холодильное дело.-1997.- №1,- С.31-32.

2. Новые подходы к задачам охлаждения и термостатирования продуктов при их перевозке /. А.М. Архаров, В.Н. Богаченко, В.П. Леонов и др. // Вестник МГТУ.-1998.-Специальный выпуск.-С. 11-23.

3. Малотоннажный авторефрижератор/В.Н. Богаченко, В.П. Леонов, В.В. Лубенец и др. //Холодильная техника России. Состояние и перспективы накануне XXI века: Тез. докл. Международн. конф. - С.-Пб, 1998.-С.70.

4. Положительное решение №97121068/06 (023127) от 02.03.98. Устройство для охлаждения термоизолированного кузова авторефрижератора / A.M. Архаров, В.Н. Богаченко, А.А. Глухов, А.А. Жердев, В.П. Леонов, В.В. Лубенец, С В. Смирнов.

5 New Approaches to Cooling and Thermostatic Control of Goods at Transportation / . A.M. Arkharov, A.A. Zherdev, V.P. Leonov// 20th Internftional Congress of Refrigeration, IIR//IIF.- Sydney, 1999,- P.56.