Устройство и принцип действия двс: Принцип работы и устройство двигателя

Содержание

Устройство двигателя: схема, строение и принцип работы ДВС

На чтение 10 мин. Просмотров 1.3k. Опубликовано Обновлено

Практически все современные автомобили оснащены двигателем внутреннего сгорания, имеющим аббревиатуру ДВС. Несмотря на постоянный прогресс и сегодняшнее стремление автомобильных концернов отказаться от моторов, работающих на нефтепродуктах в пользу более экологичной электроэнергии, львиная доля машин ездит на бензине или дизельном топливе.

Основными принципом ДВС является то, что топливная смесь воспламеняется непосредственно внутри агрегата, а не вне его (как, к примеру, в тепловозах или устаревших паровозах). Такой способ имеет относительно большой коэффициент полезного действия. К тому же, если говорить об альтернативных моторах на электрической тяге, то двигатели внутреннего сгорания обладает рядом неоспоримых преимуществ.

  • большой запас хода на одном баке;
  • быстрая заправка;
  • согласно прогнозам, уже через несколько лет энергосистемы развитых стран не будут в силах погасить потребность в электроэнергии из-за большого количества электрокаров, что может привести к коллапсу.

Классификация двигателей внутреннего сгорания

Непосредственно ДВС отличаются по своему устройству. Все моторы можно разделить на несколько самых популярных категорий в зависимости от принципа работы:

Бензиновые

Наиболее распространенная категория. Работает на главных продуктах нефтепереработки. Основным элементом в таком моторе является цилиндро-поршневая группа или ЦПГ, куда входит: коленвал, шатун, поршень, поршневые кольца и сложный газораспределительный механизм, который обеспечивает своевременное наполнение и продувку цилиндра.

Бензиновые двигатели внутреннего сгорания подразделяются на два типа в зависимости от системы питания:

  1. карбюраторные. Устаревшая в условиях современной реальности модель. Здесь формирование топливно-воздушной смеси осуществляется в карбюраторе, а пропорцию воздуха и бензина определяет набор жиклеров. После этого карбюратор подает ТВС в камеру сгорания. Недостатками такого принципа питания является повышенное потребление топлива и прихотливость всей системы. К тому же она сильно зависит от погоды, температуры и прочих условий.
  2. инжекторные или впрысковые. Принципы работы двигателя с инжектором кардинально противоположны. Здесь смесь впрыскивается непосредственно во впускной коллектор через форсунки, а затем разбавляется нужным количеством воздуха. За исправную работу отвечает электронный блок управления, который самостоятельно высчитывает нужные пропорции.

Дизельные

Устройство двигателя, работающего на дизеле, кардинально отличается от бензинового агрегата. Поджог смеси здесь происходит не благодаря свечам зажигания, дающим искру в определенный момент, а из-за высокой степени сжатия в камере сгорания. Данная технология имеет свои плюсы (больший КПД, меньшие потери мощности из-за большой высоты над уровнем моря, высокий крутящий момент) и минусы (прихотливость ТНВД к качеству топлива, большие выбросы СО2 и сажи).

Роторно-поршневые двигатели Ванкеля

Данный агрегат имеет поршень в виде ротора и три камеры сгорания, к каждой из которых подведена свеча зажигания. Теоретически ротор, движущийся по планетарной траектории, каждый такт совершает рабочий ход. Это позволяет существенно повысить КПД и увеличить мощность двигателя внутреннего сгорания. На практике это сказывается гораздо меньшим ресурсом. На сегодняшний день только автомобильная компания Mazda делает такие агрегаты.

Газотурбинные

Принцип работы ДВС такого типа заключается в том, что тепловая энергия переходит в механическую, а сам процесс обеспечивает вращение ротора, приводящего в движения вал турбины. Подобные технологии используются в авиационном строительстве.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Любой поршневой ДВС (самые распространенные в современных реалиях) имеет обязательный набор деталей. К таким частям относится:

  1. Блок цилиндров, внутри которого двигаются поршни и происходит сам процесс;
  2. ЦПГ: цилиндр, поршни, поршневые кольца;
  3. Кривошипно-шатунный механизм. К нему относится коленвал, шатун, «пальцы» и стопорные кольца;
  4. ГРМ. Механизм с клапанами, распределительными валами или «лепестками» (для 2-х тактных двигателей), который обеспечивает корректную подачу топлива в нужный момент;
  5. Cистемы впуска. О них говорилось выше – к ней относятся карбюраторы, воздушные фильтры, инжекторы, топливный насос, форсунки;
  6. Системы выпуска. Удаляет отработанные газы из камеры сгорания, а также снижает шумность выхлопа;

Принцип работы ДВС

В зависимости от своего устройства, двигатели можно разделить на четырехтактные и двухтактные. Такт – есть движение поршня от своего нижнего положения (мертвая точка НМТ) до верхнего положения (мертвая точка ВМТ). За один цикл двигатель успевает наполнить камеры сгорания топливом, сжать и поджечь его, а также очистить их. Современные ДВС делают это за два или четыре такта.

Принцип работы двухтактного ДВС

Особенностью такого мотора стало то, что весь рабочий цикл происходит всего за два движения поршня. При движении вверх создается разреженное давление, которое засасывает топливную смесь в камеру сгорания. Вблизи ВМТ поршень перекрывает впускной канал, а свеча зажигания поджигает топливо. Вторым тактом следует рабочий ход и продувка. Выпускной канал открывается после прохождения части пути вниз и обеспечивает выход отработанных газов. После этого процесс возобновляется по новой.

Теоретически, преимуществом такого мотора более высокая удельная мощность. Это логично, ведь сгорание топлива и рабочий такт происходит в два раза чаще. Соответственно, мощность такого двигателя может быть в два раза больше. Но эта конструкция имеет массу проблем. Из-за больших потерь при продувке, большого расхода топлива, а также сложностей в расчетах и «норовистой» работе двигателя, эта технология сегодня используется только на малокубатурной технике.

Интересно, что полвека назад активно велись разработки дизельного двухтактного ДВС. Процесс работы практически не отличался от бензинового аналога. Однако, несмотря на преимущества такого мотора, от него отказались из-за ряда недостатков.

Основным минусом стал огромный перерасход масла. Из-за комбинированной системы смазки топливо попадало в камеру сгорания вместе с маслом, которое потом попросту выгорало или удалялось через выпускную систему. Большие тепловые нагрузки также требовали более громоздкой системы охлаждения, что увеличивало габариты мотора. Третьим минусом стал большой расход воздуха, который вел к преждевременному износу воздушных фильтров.

Четырёхтактный ДВС

Мотор, где рабочий цикл занимает четыре хода поршня, называется четырехтактным двигателем.

  1. Первый такт – впуск. Поршень двигается из верхней мертвой точки. В этот момент ГРМ открывает впускной клапан, через который топливно-воздушная смесь поступает в камеру сгорания. В случае с карбюраторными агрегатами поступление может осуществляться за счет разрежения, а инжекторные двигателя впрыскивают топливо под давлением.
  2. Второй такт – сжатие. Далее поршень движется из нижней мертвой точки вверх. К этому моменту впускной клапан закрыт, а смесь постепенно сжимается в полости камеры сгорания. Рабочая температура поднимается до отметки 400 градусов.
  3. Третий такт – рабочий ход поршня. В ВМТ свеча зажигания (или большая степень сжатия, если речь идет о дизеле) поджигает топливо и толкает поршень с коленчатым валом вниз. Это основной такт во всем цикле работы двигателя.
  4. Четвертый такт – выпуск. Поршень снова движется вверх, выпускной клапан открывается, а из камеры сгорания удаляются отработанные газы.

Дополнительные системы ДВС

Независимо от того, из чего состоит двигатель, у него должны быть вспомогательные системы, которые способны обеспечить его исправную работу. К примеру, клапаны должны открываться в нужное время, в камеры поступать нужное количество топлива в определенной пропорции, вовремя подаваться искра и т.д. Ниже рассмотрены основные части, способствующие корректной работе.

Система зажигания

Эта система отвечает за электрическую часть в вопросе воспламенения топлива. К основным элементам относится:

  • Элемент питания. Основным источником питания является аккумулятор. Он обеспечивает вращение стартера на выключенном двигателе. После этого в работу включается генератор, который питает двигатель, а также подзаряжает саму аккумуляторную батарею через реле зарядки.
  • Катушка зажигания. Устройство, которое передает одномоментный заряд непосредственно на свечу зажигания. В современных автомобилях количество катушек равносильно количеству цилиндров, которые работают в двигателе.
  • Коммутатор или распределитель зажигания. Специальной «умное» электронное устройство, которое определяет момент подачи искры.
  • Свеча зажигания. Важный элемент в бензиновом ДВС, который обеспечивает своевременное воспламенение топливно-воздушной смеси. Продвинутые двигатели имеют по две свечи на цилиндр.

Впускная система

Смесь должна вовремя поступать в камеры сгорания. За этот процесс отвечает впускная система. К ней относится:

  • Воздухозаборник. Патрубок, специально выведенный в место, недоступное для воды, пыли или грязи. Через него осуществляется забор воздуха, который потом попадает в двигатель;
  • Воздушный фильтр. Сменная деталь, которая обеспечивает очистку воздуха от грязи и исключает попадание посторонних материалов в камеру сгорания. Как правило, современные автомобили обладают сменными фильтрами из плотной бумаги или промасленного поролона. На более архаичных моторах встречаются масляные воздушные фильтры.
  • Дроссель. Специальная заслонка, которая регулирует количество воздуха, попадающего в впускной коллектор. На современной технике действует посредством электроники. Сначала водитель нажимает на педаль газа, а потом электронная система обрабатывает сигнал и следует команде.
  • Впускной коллектор. Патрубок, который распределяет топливно-воздушную смесь по различным цилиндрам. Вспомогательными элементами в этой системе являются впускные заслонки и усилители.

Топливная систем

Принцип работы любого ДВС подразумевает своевременное поступление топлива и ее бесперебойную подачу. В комплекс также входит несколько основных элементов:

  • Топливный бак. Резервуар, где хранится топливо. Как правило, располагается в максимально безопасном месте, вдали от мотора и сделан из негорючего материала (ударопрочный пластик). В нижней его части установлен бензонасос, который осуществляет забор топлива.
  • Топливопровод. Система шлангов, ведущая от топливного бака непосредственно к двигателю внутреннего сгорания.
  • Прибор образования смеси. Устройство, где смешиваются топливо и воздух. Об этом пункте уже упоминалось выше – за эту функцию может отвечать карбюратор или инжектор. Основным требованием является синхронная и своевременная подача.
  • Головное устройство в инжекторных двигателях, которое определяет качество, количество и пропорции образования смеси.

Выхлопная система

В ходе того, как работает двигатель внутреннего сгорания, образуются выхлопные газы, которые необходимо выводить из мотора. Для правильной работы эта система обязана иметь следующие элементы:

  • Выпускной коллектор. Устройство из тугоплавкого металла с высокой устойчивостью к температурам. Именно в него первоначально поступают выхлопные газы из двигателя.
  • Приемная труба или штаны. Деталь, обеспечивающая транспортировку выхлопных газов далее по тракту.
  • Резонатор. Устройство, снижающее скорость движения выхлопных газов и погашение их температуры.
  • Катализатор. Предмет для очистки газов от СО2 или сажевых частиц. Здесь же располагается лямда-зонд.
  • Глушитель. «Банка», имеющая ряд внутренних элементов, предназначенных для многократного изменения направления выхлопных газов. Это приводит к снижению их шумности.

Система смазки

Работа двигателя внутреннего сгорания будет совсем недолгой, если детали не будут обеспечиваться смазкой. Во всей технике используется специальное высокотемпературное масло, обладающее собственными характеристиками вязкости в зависимости от режимов эксплуатации мотора. Ко всему, масло предотвращает перегрев, обеспечивает удаление нагара и появление коррозии.

Для поддержания исправности системы предназначены следующие элементы:

  • Поддон картера. Именно сюда заливается масло. Это основной резервуар для хранения. Контролировать уровень можно при помощи специального щупа.
  •  Масляный насос. Находится вблизи нижней точки поддона. Обеспечивает циркуляцию жидкости по всему мотору через специальные каналы и его возвращение обратно в картер.
  •  Масляный фильтр. Гарантирует очистку жидкости от пыли, металлической стружки и прочих абразивных веществ, попадающих в масло.
  •  Радиатор. Обеспечивает эффективное охлаждение до положенных температур.

Система охлаждения

Еще один элемент, который необходим для мощных двигателей внутреннего сгорания. Он обеспечивает охлаждение деталей и исключает возможность перегрева. Состоит из следующих деталей:

  • Радиатор. Специальный элемент, имеющий «сотовую» структуру. Является отличным теплообменником и эффективно отдает тепло, гарантируя охлаждение антифриза.
  • Вентилятор. Дополнительный элемент, дующий на радиатор. Включается тогда, когда естественный поток набегающего воздуха уже не может обеспечить эффективное отведение тепла.
  • Помпа. Насос, который помогает жидкости циркулировать по большому или малому кругу системы (в зависимости от ситуации).
  • Термостат. Клапан, который открывает заслонку, пуская жидкость по нужному кругу. Работает совместно с датчиком температуры движка и охлаждающей жидкости.

Заключение

Первый двигатель внутреннего сгорания появился еще очень давно – почти полтора столетия назад. С тех пор было сделано огромное количество разных нововведений или интересных технических решений, которые порой меняли вид мотора до неузнаваемости. Но общий принцип работы двигателя внутреннего сгорания оставался прежним. И даже сейчас, в эпоху борьбы за экологию и постоянно ужесточающийся норм по выбросу СО2, электромобили все еще не в силах составить серьезную конкуренцию машинам с ДВС. Бензиновые автомобили и сейчас живее всех живых, а мы живем в золотую эпоху автомобилестроения.

Ну а для тех, кто готов погрузиться в тему еще глубже, у нас есть отличное видео:

Устройство и принцип действия двухтактного двигателя внутреннего сгорания

    Многие из нас ездят на мотороллерах, но вот как устроен и работает двигатель внутреннего сгорания (далее ДВС), который приводит в движение Вашу двухколесную технику, знает не каждый. А вот хорошо зная все принципы работы ДВС, Вы сможете быстро и правильно диагностировать его неполадки. Да и вообще, в ознакомительных целях знание принципов работы не помешает.
    Вообще-то существует два основных типа двигателей: двухтактные и четырехтактные. Практически на каждом мотороллере, особенно до 2000 года выпуска, установлен двухтактный двигатель. В двухтактных двигателях все рабочие циклы (процессы впуска топливной смеси, выпуска отработанных газов, продувки) происходят в течении одного оборота коленвала за два основных такта. У двигателей такого типа отсутствуют клапаны (как в четырехтактных ДВС), их роль выполняет поршень, который при своем перемещении закрывает впускные, выпускные и продувочные окна. Поэтому они более просты в конструкции.
    Мощность двухтактного двигателя при одинаковых размерах цилиндра и частоте вращения вала теоретически в два раза больше четырехтактного за счет большего числа рабочих циклов. Однако неполное использование хода поршня для расширения, худшее освобождение цилиндра от остаточных газов и затраты части вырабатываемой мощности на продувку приводят практически к увеличению мощности только на 60...70%.
    Итак, рассмотрим конструкцию двухтактного ДВС, показанную на рисунке 1:
    Двигатель состоит из картера, в который на подшипниках с двух сторон установлен коленчатый вал и цилиндра. Внутри цилиндра движется поршень - металлический стакан, опоясанный пружинящими кольцами (поршневые кольца), вложенными в канавки на поршне. Поршневые кольца не пропускают газов, образующихся при сгорании топлива, в промежутке между поршнем и стенками цилиндра. Поршень снабжен металлическим стержнем - пальцем, он соединяет поршень с шатуном. Шатун передаёт прямолинейное возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала. Далее уже, в частности на мотороллере, вращательное движение передается на вариатор, принцип работы которого описан в статье: Устройство и принцип работы вариатора.
    Смазка всех трущихся поверхностей и подшипников внутри двухтактных двигателей происходит с помощью топливной смеси, в которое подмешано необходимое количество масла. Из рисунка 1 видно, что топливная смесь (желтый цвет) попадает и в кривошипную камеру двигателя (это та полость, где закреплен и вращается коленчатый вал), и в цилиндр.  Смазки там нигде нет, а если бы и была, то смылась топливной смесью. Вот по этой причине масло и добавляют в определенной пропорции к бензину. Тип масла используется специальный, именно для двухтактных двигателей. Оно должно выдерживать высокие температуры и сгорая вместе с топливом оставлять минимум зольных отложений.
    Теперь о принципе работы. Весь рабочий цикл в двигателе осуществляется за два такта.
Такт сжатия.
    1. Такт сжатия. Поршень перемещается от нижней мертвой точки поршня (в этом положении поршень находится на рис. 2, далее это положение называем сокращенно НМТ) к верхней мертвой точке поршня (положение поршня на рис.3, далее ВМТ), перекрывая сначала продувочное 2, а затем выпускное 3 окна. После закрытия поршнем выпускного окна в цилиндре начинается сжатие ранее поступившей в него горючей смеси. Одновременно в кривошипной камере 1 вследствие ее герметичности и после того как поршень перекрывает продувочные окна 2, под поршнем создается разряжение, под действием которого из карбюратора через впускное окно и открывающийся клапан поступает горючая смесь в кривошипную камеру.
    2. Такт рабочего хода. При положении поршня около ВМТ сжатая рабочая смесь (1 на рис. 3) воспламеняется электрической искрой от свечи, в результате чего температура и давление газов резко возрастают. Под действием теплового расширения газов поршень перемещается к НМТ, при этом расширяющиеся газы совершают полезную работу. Одновременно, опускаясь вниз, поршень создает высокое давление в кривошипной камере (сжимая топливо-воздушную смесь в ней). Под действием давления клапан закрывается, не давая таким образом горючей смеси снова попасть во впускной коллектор и затем в карбюратор.
    Когда поршень дойдет до выпускного окна (1 на рис. 4), оно открывается и начнется выпуск отработавших газов в атмосферу, давление в цилиндре понижается. При дальнейшем перемещении поршень открывает продувочное окно (1 на рис. 5) и сжатая в кривошипной камере горючая смесь поступает по каналу (2 на рис. 5), заполняя цилиндр и осуществляя продувку его от остатков отработавших газов.
    Далее цикл повторяется.

    Стоит упомянуть о принципе зажигания. Так как топливной смеси нужно время для воспламенения, искра на свече появляется чуть раньше, чем поршень достигает ВМТ. В идеале, чем быстрей движения поршня, тем раньше должно быть зажигание, потому-что поршень от момента искры быстрее доходит до ВМТ.  Существуют механические и электронные устройства, меняющие угол зажигания в зависимости от оборотов двигателя. Практически у мотороллеров до 2000 г.в. таких систем не было и угол опережения зажигания был установлен в расчете на оптимальные обороты. На некоторых же скутерах, например Honda Dio ZX AF35, установлен электронный коммутатор с динамическим опережением. С ним двигатель развивает больше мощности.

    Наглядно просмотреть работу двухтактного ДВС можно на этом ролике:

Устройство и принцип работы двигателя внутреннего сгорания (18

Для того, чтобы понять принцип работы двигателя, нужно иметь некоторые представления о самом двигателе и его строении. Давайте разберемся со всем более подробно:
Смотрите также: Вся правда о полном приводе

В устройстве двигателя поршень является ключевым элементом рабочего процесса. Поршень выполнен в виде металлического пустотелого стакана, расположенного сферическим дном (головка поршня) вверх. Направляющая часть поршня, иначе называемая юбкой, имеет неглубокие канавки, предназначенные для фиксации в них поршневых колец. Назначение поршневых колец – обеспечивать, во-первых, герметичность надпоршневого пространства, где при работе двигателя происходит мгновенное сгорание бензиново-воздушной смеси и образующийся расширяющийся газ не мог, обогнув юбку, устремиться под поршень. Во-вторых, кольца предотвращают попадание масла, находящегося под поршнем, в надпоршневое пространство. Таким образом, кольца в поршне выполняют функцию уплотнителей. Нижнее (нижние) поршневое кольцо называется маслосъемным, а верхнее (верхние) – компрессионным, то есть обеспечивающим высокую степень сжатия смеси.




Когда из карбюратора или инжектора внутрь цилиндра попадает топливно-воздушная или топливная смесь, она сжимается поршнем при его движении вверх и поджигается электрическим разрядом от свечи системы зажигания (в дизеле происходит самовоспламенение смеси за счет резкого сжатия). Образующиеся газы сгорания имеют значительно больший объем, чем исходная топливная смесь, и, расширяясь, резко толкают поршень вниз. Таким образом тепловая энергия топлива преобразуется в возвратно-поступательное (вверх-вниз) движение поршня в цилиндре.



Далее необходимо преобразовать это движение во вращение вала. Происходит это следующим образом: внутри юбки поршня расположен палец, на котором закрепляется верхняя часть шатуна, последний шарнирно зафиксирован на кривошипе коленчатого вала. Коленвал свободно вращается на опорных подшипниках, что расположены в картере двигателя внутреннего сгорания. При движении поршня шатун начинает вращать коленвал, с которого крутящий момент передается на трансмиссию и – далее через систему шестерен – на ведущие колеса.


Технические характеристики двигателя.Характеристики двигателя При движении вверх-вниз у поршня есть два положения, которые называются мертвыми точками. Верхняя мертвая точка (ВМТ) – это момент максимального подъема головки и всего поршня вверх, после чего он начинает движение вниз; нижняя мертвая точка (НМТ) – самое нижнее положение поршня, после которого вектор направления меняется и поршень устремляется вверх. Расстояние между ВМТ и НМТ названо ходом поршня, объем верхней части цилиндра при положении поршня в ВМТ образует камеру сгорания, а максимальный объем цилиндра при положении поршня в НМТ принято называть полным объемом цилиндра. Разница между полным объемом и объемом камеры сгорания получила наименование рабочего объема цилиндра.
Суммарный рабочий объем всех цилиндров двигателя внутреннего сгорания указывается в технических характеристиках двигателя, выражается в литрах, поэтому в обиходе именуется литражом двигателя. Второй важнейшей характеристикой любого ДВС является степень сжатия (СС), определяемая как частное от деления полного объема на объем камеры сгорания. У карбюраторных двигателей СС варьирует в интервале от 6 до 14, у дизелей – от 16 до 30. Именно этот показатель, наряду с объемом двигателя, определяет его мощность, экономичность и полноту сгорания топливо-воздушной смеси, что влияет на токсичность выбросов при работе ДВС.
Мощность двигателя имеет бинарное обозначение – в лошадиных силах (л.с.) и в киловаттах (кВт). Для перевода единиц одна в другую применяется коэффициент 0,735, то есть 1 л.с. = 0,735 кВт.
Рабочий цикл четырехтактного ДВС определяется двумя оборотами коленчатого вала – по пол-оборота на такт, соответствующий одному ходу поршня. Если двигатель одноцилиндровый, то в его работе наблюдается неравномерность: резкое ускорение хода поршня при взрывном сгорании смеси и замедление его по мере приближения к НМТ и далее. Для того, чтобы эту неравномерность купировать, на валу за пределами корпуса мотора устанавливается массивный диск-маховик с большой инерционностью, благодаря чему момент вращения вала во времени становится более стабильным.


Принцип работы двигателя внутреннего сгорания
Современный автомобиль, чаше всего, приводится в движение двигателем внутреннего сгорания. Таких двигателей существует огромное множество. Различаются они объемом, количеством цилиндров, мощностью, скоростью вращения, используемым топливом (дизельные, бензиновые и газовые ДВС). Но, принципиально, устройство двигателя внутреннего сгорания, похоже.
Как работает двигатель и почему называется четырехтактным двигателем внутреннего сгорания? Про внутреннее сгорание понятно. Внутри двигателя сгорает топливо. А почему 4 такта двигателя, что это такое? Действительно, бывают и двухтактные двигатели. Но на автомобилях они используются крайне редко.
Четырехтактным двигатель называется из-за того, что его работу можно разделить на четыре, равные по времени, части. Поршень четыре раза пройдет по цилиндру – два раза вверх и два раза вниз. Такт начинается при нахождении поршня в крайней нижней или верхней точке. У автомобилистов-механиков это называется верхняя мертвая точка (ВМТ) и нижняя мертвая точка (НМТ).
Первый такт - такт впуска


Первый такт, он же впускной, начинается с ВМТ (верхней мертвой точки). Двигаясь вниз, поршень, всасывает в цилиндр топливовоздушную смесь. Работа этого такта происходит при открытом клапане впуска. Кстати, существует много двигателей с несколькими впускными клапанами. Их количество, размер, время нахождения в открытом состоянии может существенно повлиять на мощность двигателя. Есть двигатели, в которых, в зависимости от нажатия на педаль газа, происходит принудительное увеличение времени нахождения впускных клапанов в открытом состоянии. Это сделано для увеличения количества всасываемого топлива, которое, после возгорания, увеличивает мощность двигателя. Автомобиль, в этом случае, может гораздо быстрее ускориться.


Второй такт - такт сжатия


Следующий такт работы двигателя – такт сжатия. После того как поршень достиг нижней точки, он начинает подниматься вверх, тем самым, сжимая смесь, которая попала в цилиндр в такт впуска. Топливная смесь сжимается до объемов камеры сгорания. Что это за такая камера? Свободное пространство между верхней частью поршня и верхней частью цилиндра при нахождении поршня в верхней мертвой точке называется камерой сгорания. Клапаны, в этот такт работы двигателя закрыты полностью. Чем плотнее они закрыты, тем сжатие происходит качественнее. Большое значение имеет, в данном случае, состояние поршня, цилиндра, поршневых колец. Если имеются большие зазоры, то хорошего сжатия не получится, а соответственно, мощность такого двигателя будет гораздо ниже. Компрессию можно проверить специальным прибором. По величине компрессии можно сделать вывод о степени износа двигателя.


Третий такт - рабочий ход


Третий такт – рабочий, начинается с ВМТ. Рабочим он называется неслучайно. Ведь именно в этом такте происходит действие, заставляющее автомобиль двигаться. В этом такте в работу вступает система зажигания. Почему эта система так называется? Да потому, что она отвечает за поджигание топливной смеси, сжатой в цилиндре, в камере сгорания. Работает это очень просто – свеча системы дает искру. Справедливости ради, стоит заметить, что искра выдается на свече зажигания за несколько градусов до достижения поршнем верхней точки. Эти градусы, в современном двигателе, регулируются автоматически «мозгами» автомобиля.
После того как топливо загорится, происходит взрыв – оно резко увеличивается в объеме, заставляя поршень двигаться вниз. Клапаны в этом такте работы двигателя, как и в предыдущем, находятся в закрытом состоянии.


Четвертый такт - такт выпуска


Четвертый такт работы двигателя, последний – выпускной. Достигнув нижней точки, после рабочего такта, в двигателе начинает открываться выпускной клапан. Таких клапанов, как и впускных, может быть несколько. Двигаясь вверх, поршень через этот клапан удаляет отработавшие газы из цилиндра – вентилирует его. От четкой работы клапанов зависит степень сжатия в цилиндрах, полное удаление отработанных газов и необходимое количество всасываемой топливно-воздушной смеси.


После четвертого такта наступает черед первого. Процесс повторяется циклически. А за счет чего происходит вращение – работа двигателя внутреннего сгорания все 4 такта, что заставляет поршень подниматься и опускаться в тактах сжатия, выпуска и впуска? Дело в том, что не вся энергия, получаемая в рабочем такте, направляется на движение автомобиля. Часть энергии идет на раскручивание маховика. А он, под действием инерции, крутит коленчатый вал двигателя, перемещая поршень в период «нерабочих» тактов.

Газораспределительный механизм


Газораспределительный механизм (ГРМ) предназначен для впрыска топлива и выпуска отработанных газов в двигателях внутреннего сгорания. Сам механизм газораспределения делится на нижнеклапанный, когда распределительный вал находится в блоке цилиндров, и верхнеклапанный. Верхнеклапанный механизм подразумевает нахождение распредвала в головке блока цилиндров (ГБЦ). Существуют и альтернативные механизмы газораспределения, такие как гильзовая система ГРМ, десмодромная система и механизм с изменяемыми фазами.
Для двухтактных двигателей механизм газораспределения осуществляется при помощи впускных и выпускных окон в цилиндре. Для четырехтактных двигателей самая распространенная система верхнеклапанная, о ней и пойдет речь ниже.


Устройство ГРМ
В верхней части блока цилиндров находится ГБЦ (головка блока цилиндров) с расположенными на ней распределительным валом, клапанами, толкателями или коромыслами. Шкив привода распредвала вынесен за пределы головки блока цилиндров. Для исключения протекания моторного масла из-под клапанной крышки, на шейку распредвала устанавливается сальник. Сама клапанная крышка устанавливается на масло- бензо- стойкую прокладку. Ремень ГРМ или цепь одевается на шкив распредвала и приводится в действие шестерней коленчатого вала. Для натяжения ремня используются натяжные ролики, для цепи натяжные «башмаки». Обычно ремнем ГРМ приводится в действие помпа водяной системы охлаждения, промежуточный вал для системы зажигания и привод насоса высокого давления ТНВД (для дизельных вариантов).
С противоположной стороны распределительного вала посредством прямой передачи или при помощи ремня, могут приводиться в действие вакуумный усилитель, гидроусилитель руля или автомобильный генератор.


Распредвал представляет собой ось с проточенными на ней кулачками. Кулачки расположены по валу так, что в процессе вращения, соприкасаясь с толкателями клапанов, нажимают на них точно в соответствии с рабочими тактами двигателя.
Существуют двигатели и с двумя распредвалами (DOHC) и большим числом клапанов. Как и в первом случае, шкивы приводятся в действие одним ремнем ГРМ и цепью. Каждый распредвал закрывает один тип клапанов впускных или выпускных.
Клапан нажимается коромыслом (ранние версии двигателей) или толкателем. Различают два вида толкателей. Первый – толкатели, где зазор регулируется калибровочными шайбами, второй – гидротолкатели. Гидротолкатель смягчает удар по клапану благодаря маслу, которое находится в нем. Регулировка зазора между кулачком и верхней частью толкателя не требуется.


Принцип работы ГРМ

Весь процесс газораспределения сводится к синхронному вращению коленчатого вала и распределительного вала. А так же открыванию впускных и выпускных клапанов в определенном месте положения поршней.
Для точного расположения распредвала относительно коленвала используются установочные метки. Перед одеванием ремня газораспределительного механизма совмещаются и фиксируются метки. Затем одевается ремень, «освобождаются» шкивы, после чего ремень натягивается натяжным(и) роликами.
При открывании клапана коромыслом происходит следующее: распредвал кулачком «наезжает» на коромысло, которое нажимает на клапан, после прохождения кулачка, клапан под действием пружины закрывается. Клапаны в этом случае располагаются v-образно.
Если в двигателе применены толкатели, то распредвал находится непосредственно над толкателями, при вращении, нажимая своими кулачками на них. Преимущество такого ГРМ малые шумы, небольшая цена, ремонтопригодность.
В цепном двигателе весь процесс газораспределения тот же, только при сборке механизма, цепь одевается на вал совместно со шкивом.

Кривошипно-шатунный механизм


Кривошипно-шатунный механизм (далее сокращенно – КШМ) – механизм двигателя. Основным назначением КШМ является преобразование возвратно-поступательных движений поршня цилиндрической формы во вращательные движения коленчатого вала в двигателе внутреннего сгорания и, наоборот.




Устройство КШМ
Поршень


Поршень имеет вид цилиндра, изготовленного из сплавов алюминия. Основная функция этой детали заключается в превращении в механическую работу изменение давления газа, или наоборот, – нагнетание давления за счет возвратно-поступательного движения.
Поршень представляет собой сложенные воедино днище, головку и юбку, которые выполняют совершенно разные функции. Днище поршня плоской, вогнутой или выпуклой формы содержит в себе камеру сгорания. Головка имеет нарезанные канавки, где размещаются поршневые кольца (компрессионные и маслосъемные). Компрессионные кольца исключают прорыв газов в картер двигателя, а поршневые маслосъемные кольца способствуют удалению излишков масла на внутренних стенках цилиндра. В юбке расположены две бобышки, обеспечивающие размещение соединяющего поршень с шатуном поршневого пальца.


Шатун


Изготовленный штамповкой или кованый стальной (реже – титановый) шатун имеет шарнирные соединения. Основная роль шатуна состоит в передаче поршневого усилия к коленчатому валу. Конструкция шатуна предполагает наличие верхней и нижней головки, а также стержня с двутавровым сечением. В верхней головке и бобышках находится вращающийся («плавающий») поршневой палец, а нижняя головка – разборная, позволяя, тем самым, обеспечить тесное соединение с шейкой вала. Современная технология контролируемого раскалывания нижней головки позволяет обеспечить высокую точность соединения ее частей.


Коленчатый вал


Изготовленный из стали или чугуна высокой прочности коленчатый вал состоит из шатунных и коренных шеек, соединенных щеками и вращающихся в подшипниках скольжения. Щеки создают противовес шатунным шейкам. Основная функция коленчатого вала состоит в получении усилия от шатуна для преобразования его в крутящий момент. Внутри щек и шеек вала предусмотрены отверстия для подачи под давлением масла системой смазки двигателя.


Маховик


Маховик устанавливается на конце коленчатого вала. На сегодняшний день находят широкое применение двухмассовые маховики, имеющие вид двух, упруго соединенных между собой, дисков. Зубчатый венец маховика принимает непосредственное участие в запуске двигателя через стартер.


Блок и головка цилиндров


Блок цилиндров и головка блока цилиндров отливаются из чугуна (реже – сплавов алюминия). В блоке цилиндров предусмотрены рубашки охлаждения, постели для подшипников коленчатого и распределительного валов, а также точки крепления приборов и узлов. Сам цилиндр выполняет функцию направляющей для поршней. Головка блока цилиндра располагает в себе камеру сгорания, впускные-выпускные каналы, специальные резьбовые отверстия для свечей системы зажигания, втулки и запрессованные седла. Герметичность соединения блока цилиндров с головкой обеспечены прокладкой. Кроме того, головка цилиндра закрыта штампованной крышкой, а между ними, как правило, устанавливается прокладка из маслостойкой резины.


В целом, поршень, гильза цилиндров и шатун формируют цилиндр или цилиндропоршневую группу кривошипно-шатунного механизма. Современные двигатели могут иметь до 16 и более цилиндров.
Источник: autoustroistvo.ru

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания, устройство ДВС

Двигатель внутреннего сгорания — один из ключевых элементов конструкции транспортного средства. Он представляет собой внушительный агрегат, принцип работы двигателя внутреннего сгорания основывается на изменении энергии для действия определенных частей агрегата.

Виды моторов

Существует три вида двигателей, встречаемых в транспортных средствах:

  • поршневой
  • роторно-поршневой
  • газотурбинный

Большой популярностью пользуется первый вариант моторов. На некоторые модели автомобилей устанавливают так поршневые двигатели с четырьмя тактами. Вызвана такая популярность тем, что подобные агрегаты стоят дешевле, имеют небольшой вес и подходят для использования практически во всех машинах вне зависимости от производства.

Если говорить простыми словами, то двигатель автомобиля — это особый механизм, способный изменить энергию тепла, превратив ее в механическую энергию, благодаря чему удается обеспечить работу множества элементов конструкции автомобиля, а также его систем.

Изучить принцип действия мотора не составит труда. Например, поршневые ДВС делятся на двух- и четырехтактные агрегаты. Четырехтактными двигатели называют потому, что в одном рабочем цикле элемента поршень двигается четыре раза (такта). Подробнее о том, что представляют собой такты, написано далее.

Устройство мотора

Прежде, чем разбираться с принципом работы, стоит сначала понять, как устроен силовой агрегат и что входит в его конструкцию. Так как поршневые считаются наиболее востребованными, рассматриваться будет именно такое устройство. К основным деталям следует отнести:

  1. Цилиндры, образующие отдельный блок
  2. Головку блока с ГРМ
  3. Кривошипно-шатунный механизм

Последний приводит в движение коленчатый вал, заставляя его вращаться. Механизм передает валу энергию, получаемую от двигающегося поршня, который в несколько тактов меняет свое положение. Движение поршня регулирует энергия тепла, возникающая в результате горения топлива.

Невозможно представить и организовать движение силового агрегата без установленных в нем механизмов. Так, например, ГРМ меняет положение клапанов, за счет чего удается обеспечить регулярную подачу топлива, впуская и выпуская определенные составы. Система поступления новых газов и выхода отработавших налажена.

Работа двигателя возможна только при одновременной работе всех включенных в конструкцию деталей, механизмов и других элементов. Также вместе с ними должны бесперебойно действовать следующие системы:

  • зажигания, основная роль которой заключается в воспламенении топлива,
  • содержащего также воздух;
  • впускная, регулирующая своевременную подачу воздуха внутрь цилиндра;
  • топливная, благодаря которой удается обеспечить подачу топлива для сгорания и дальнейшей работы транспорта;
  • система смазки, снижающая износ трущихся деталей конструкции во время их работы;
  • выхлопная, посредством действия которой удается удалить отработавшие газы, в результате чего снижается их токсичность.

Также работает система охлаждения, регулирующая температуру внутри агрегата и следящая за тем, чтобы она была оптимальной.

Рабочий цикл ДВС

Основной цикл мотора подразумевает выполнение четырех основных тактов. Именно о них и пойдет речь дальше по тексту.

Первый такт: впуск

Начальный — движение кулачков, которые являются частью конструкции распределительного вала. Они меняют воздействуют на клапан впуска, заставляя его открыться.

Далее, вслед за открывшимся клапаном, с места двигается поршень. Деталь постепенно перемещается из крайнего верхнего положения в крайнее нижнее. Воздух внутри цилиндра в связи с уменьшением пространства поршнем становится более разреженным, благодаря чему становится возможным поступление подготовленной рабочей смеси.

После этого поршень начинает действовать на коленвал через шатун, вследствие чего вал поворачивается на 180 градусов. Сам поршень уже достигает своего критического нижнего положения, и на этом моменте начинается второй такт.

Второй такт: сжатие

Он подразумевает дальнейшее сжатие смеси, находящейся внутри цилиндра. Клапан впуска закрывается, и поршень меняет свое направление, двигаясь вверх. Воздух в связи с уменьшением пространства начинает сжиматься, а рабочая смесь — нагреваться. Когда второй такт подходит к концу, в действие приходит система зажигания. Ее основное назначение — подача на свечу заряда электричества для образования искры. Именно эта искра поджигает сжатую смесь из топлива и воздуха, приводя к ее воспламенению.

Отдельно стоит рассмотреть, как зажигается топливо у дизельного ДВС. Как только завершается сжатие, начинает поступать мелкораспыленное дизельное топливо через форсунку внутрь камеры. Впоследствии горючее вещество перемешивается с воздухом внутри, благодаря чему происходит воспламенение.

Что касается карбюраторного двигателя со стандартным топливом, то на втором такте коленчатый вал успевает сделать полный оборот.

Третий такт: рабочий ход

Третий такт называется рабочим ходом. Газы, оставшиеся после сгорания смеси, начинают толкать поршень, перемещая его вниз. Полученная деталью энергия передается коленвалу, и тот снова поворачивается, но уже на половину оборота.

Четвертый такт: выпуск

Четвертый такт — выпуск оставшихся газов. Когда такт только начинается, кулачок меняет положение на этот раз выпускного клапана, открывая его. Это способствует началу движения поршня наверх, вследствие чего из цилиндра начинают выходить отработавшие газы.

Интересно, что на современных моделях транспортных средств ДВС оборудованы не одним цилиндром, а несколькими. Благодаря их слаженной работе обеспечивается более качественная работа мотора и систем машины. При этом в каждом цилиндре единовременно выполняются разные такты. Так, например, в одном цилиндре вовсю идет рабочий ход, а во втором — коленчатый вал еще только совершает оборот. Подобная конструкция также:

  • избавляет от ненужных вибраций;
  • уравновешивает силы, которые действуют на работу коленвала;
  • организует ровную работу мотора.

Ввиду компактности двигатели с несколькими цилиндрами изготавливают не рядными, а V-образными. Также существует форма оппозитных двигателей, которые часто можно встретить на автомобилях производства Subaru. Такое решение позволяет сэкономить много места под капотом.

Как работает двухтактный мотор

Выше было упомянуто, что поршневые двигатели делятся как на 4-тактные, так и на 2-тактные. Принцип работы вторых немного отличается от того, что был описан ранее. Да и само устройство такого агрегата значительно проще предыдущей конструкции. В двухтактном агрегате всего два окна в цилиндре — впускное и выпускное. Второе расположено чуть выше первого, и сейчас будет объяснено, для чего это.

Поршень при начале первого такта, до этого перекрывавший впускное окно, начинает двигаться наверх, в результате чего перекрывает собой окно впуска топлива. Поршень в это же время продолжает опускаться, что приводит к сжатию рабочей смеси. Как только деталь достигает нужного положения, на свече образуется первая искра, и созданная смесь тут же поджигается, воспламеняясь. Впускное окно к этому моменту уже открывается. Оно пропускает очередную порцию топлива и воздуха, продолжая работу механизма.

Начало второго такта характеризуется сменой направления движения поршня — он начинает перемещаться вниз. На него действуют газы, стремящиеся расширить имеющееся пространство. Поршень перемещается, открывая впускное окно, и оставшиеся после сгорания смеси газы уходят, пропуская внутрь новую порцию топлива.

Какая-то часть рабочей смеси также покидает цилиндр через открытый выпускной клапан. Поэтому становится понятным, почему двухтактные двигатели требуют такого количества топлива.

Преимущества и недостатки

Преимуществом двухтактных поршневых агрегатов является достижение большой мощности при небольшом рабочем объеме, если сравнивать их с четырехтактными. Однако владелец авто будет страдать от внушительных расходов топлива, из-за чего в скором времени в его голове возникнет идея поменять агрегат.

Также плюсами двухтактных ДВС можно назвать простую конструкцию, понятную и равномерную работу, маленький вес и компактный размер. К минусам следует отнести грязный выхлоп, нехватку различных систем, а также быстрый износ деталей конструкции. Довольно часто владельцы машин с таким двигателем жалуются на перегрев агрегата и его поломку.

Также читайте:

Какое моторное масло лучше заливать в двигатель Мерседес

Компрессор Мерседес: Виды компрессоров Плюсы и Минусы

ТОП 5 ЛУЧШИХ и ХУДШИХ МОТОРОВ MERCEDES

Что означает индикатор Check Engine и почему может гореть?

Что такое VIN CODE ? Как расшифровать вин код автомобиля Мерседес

Схемы устройства и принцип действия

Двигателем внутреннего сгорания называется тепловой двига­тель поршневого типа, в котором химическая энергия топлива пре­образуется в тепловую непосредственно внутри рабочего ци­линдра. В результате химической реакции топлива с кислородом воздуха образуются газообразные продукты сгорания с высокими давлением и температурой, которые являются рабочим телом дви­гателя. Продукты сгорания оказывают давление на поршень и вы­зывают его перемещение. Возвратно-поступательное движение поршня с помощью кривошипно-шатунного механизма превра­щается во вращательное движение коленчатого вала.

Двигатели внутреннего сгорания работают по одному из трех циклов: изохорному (цикл Отто), изобарному (цикл Дизеля) и смешанному (цикл Тринклера), различающихся характером про­текания процесса сообщения тепла рабочему телу. В смешанном цикле часть тепла сообщается при постоянном объеме, а осталь­ная часть при постоянном давлении. Отвод тепла во всех циклах совершается по изохоре.

Совокупность последовательных и периодически повторяю­щихся процессов, необходимых для движения поршня — наполне­ние цилиндра, сжатие, сгорание с последующим расширением газов и очистка цилиндра от продуктов сгорания — называется рабочим циклом двигателя. Часть цикла, проходящая за один ход поршня, называется тактом.

Двигатели внутреннего сгорания делятся на четырехтактные и двухтактные; в четырехтактных двигателях рабочий цикл совер­шается за четыре хода поршня, а в двухтактных — за два.

Судовые двигатели внутреннего сгорания в основном работают по смешанному циклу. Крайние предельные положения поршня в цилиндре называются соответственно верхней и нижней мерт­выми точками (в. м. т., н. м. т.). Расстояние по оси цилиндра, проходимое поршнем от одного до другого крайнего положения, называется ходом поршня S (рис. 125). Объем, описываемый поршнем при его движении между в. м. т. и н. м. т., называется рабочим объемом цилиндра Vs. Объем цилиндра над поршнем, когда последний находится в н. м. т., называется объемом камеры сжатия Vс. Объем цилиндра при положении поршня в н. м. т. на­зывается полным объемом цилиндра Vа : Va= Vс + Vs.

Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сжатия называется степенью сжатия ? = Va / Vc.

Величина степени сжатия зависит от типа двигателя. Для су­довых дизелей степень сжатия равна 12—18. Главными конструк­тивными характеристиками двига­теля являются диаметр цилиндра, ход поршня, число цилиндров и га­баритные размеры.

Четырехтактный двигатель.

На рис. 125 показана схема устройства четырехтактного дизеля. Фунда­ментная рама 15 дизеля покоится на судовом фундаменте 1. Блок ци­линдров 11 закрепляется на станине двигателя 14. Поршень 9 под дей­ствием газов совершает возвратно-поступательное движение по зерка­лу цилиндровой втулки 10 и с по­мощью шатуна 13 вращает коленча­тый вал 2. Верхняя головка шатуна с помощью поршневого пальца 3 соединена с поршнем, а нижняя ох­ватывает мотылевую шейку колен­чатого вала. В крышке 7 цилиндра размещены впускной клапан 4, вы­пускной клапан 8 и топливная фор­сунка 6. Впускной и выпускной клапаны приводятся в действие через систему штанг и рычагов 5 от кулачных шайб распредели­тельных валов 12. Последние получают вращение от коленчатого вала.

Рабочий цикл в четырехтактном двигателе происходит за два оборота коленчатого вала — за четыре хода (такта) поршня. Из четырех ходов (тактов) три хода (такта) являются подготови­тельными, а один рабочим. Каждый такт носит название основ­ного процесса, происходящего во время данного такта.

Первый такт — впуск. При движении поршня вниз (рис. 126) над поршнем в цилиндре создается разрежение, и через принуди­тельно открытый впускной клапан а атмосферный воздух запол­няет цилиндр. Для лучшего заполнения цилиндра свежим заря­дом воздуха впускной клапан а открывается несколько раньше, чем поршень достигнет в. м. т.—точка 1; имеет место предваре­ние впуска (15—30° по углу поворота коленчатого вала). Закан­чивается впуск воздуха в цилиндр в точке 2. Впускной клапан а закрывается с углом запаздывания 10—30° после н. м. т. возможность использовать инерцию входящего с большой ско­ростью воздуха, что приводит к более полной зарядке цилиндра. Продолжительность впуска соответствует углу поворота коленча­того вала на 220—250° и на рисунке показана заштрихованным углом 1—2, а па диаграмме р—? — линией впуска 1—2.

Второй такт — сжатие. С момента закрытия впускного кла­пана а (точка 2) при движении поршня вверх начинается сжатие. Объем уменьшается, температура и давление воздуха увеличи­ваются. Продолжительность сжатия составляет угол 140—160° по­ворота коленчатого вала и заканчивается в точке 3. Давление в конце сжатия достигает 3—4,5 Мн/м2, а температура 800—1100° К. Высокая температура заряда воздуха обеспечивает самовоспламенение топлива. В конце хода сжатия, когда поршень .немного не дошел до в. м. т. (точка 3), производится впрыск топ­лива через форсунку б. Опережение подачи топлива (угол пред­варения 10—30°) дает возможность к приходу поршня в в. м. т. подготовить рабочую смесь к самовоспламенению.

Третий такт — рабочий ход. Происходит горение топлива и рас­ширение продуктов сгорания. Продолжительность сгорания топ­лива составляет 40—60° поворота коленчатого вала (процесс 3—4 на рисунке). В конце горения внутренняя энергия газов увеличи­вается, давление газов достигает значительной величины 58 Мн/м2, а температура 1500—2000° К. Точка 4 — начало рас­ширения газов. Под давлением газов поршень движется вниз, со­вершая полезную механическую работу. В конце расширения (угол опережения 20—40° до н. м. т.) — точка 5 — открывается выпускной клапан в, давление в цилиндре резко падает и по дости­жении поршнем н. м. т. оказывается равным 0,1—0,11 Мн/м2, а температура 600—800° К. Предварение выпуска обеспечивает минимальное сопротивление движению поршня вверх в последую­щем такте. Рабочий ход совершается за 160—180° угла поворота коленчатого вала.

Четвертый такт — выпуск. Продолжается от точки 5 до точки 6. При выпуске поршень, двигаясь вверх от н. м. т., выталкивает от­работавшие продукты сгорания. Выпускной клапан закрывается с некоторым запозданием (на 10—30° угла поворота коленчатого вала после в. м. т.). Это улучшает удаление отработавших про­дуктов горения за счет отсасывающего действия газов, тем более что в это время впускной клапан уже открыт. Такое положение клапанов называется «перекрытием клапанов». Перекрытие кла­панов обеспечивает более совершенное удаление продуктов сгора­ния. Выпуск осуществляется в течение 225—250° угла поворота коленчатого вала.

Двухтактный двигатель.

На рис. 127 показана схема работы двухтактного дизеля. Газораспределение в двухтактных двигате­лях осуществляется через продувочные окна П и выпускные окна В. Продувочные окна соединены с продувочным ресиве­ром Р, в который продувочным насосом Н нагнетается чистый воз­дух под давлением 0,12—0,16 Мн/м2. Выпускные окна, несколько выше расположенные, чем продувочные, соединяются с выпускным коллектором. Топливо подается в цилиндр форсункой Ф. Рабочий цикл двухтактного двигателя осуществляется за два хода поршня, за один оборот коленчатого вала. Открытие и закрытие выпускных и продувочных окон производится поршнем.

Рассмотрим последовательность процессов в цилиндре.

Первый такт — горение, расширение, выпуск и продувка. Пор­шень движется вниз от в. м. т. к н. м. т. В начале такта происхо­дит бурное горение с повышением давления газов до 5—10 Мн/м2 и температуры до 1700—1900° К для тихоходных двигателей и 1800—2000° К для быстроходных. Горение заканчивается в точке 4 и затем происходит расширение продуктов сгорания (участок 4—5) до давления 0,25—0,6 Мн/м2 и температуры 900—1200° К. При положении мотыля в точке 5 (за 50—70° до н. м. т.) откры­ваются выпускные окна, давление в цилиндре резко падает и на­чинается выпуск отработавших газов выпускного коллектора в ат­мосферу. Высота продувочных окон подбирается таким образом, чтобы к моменту их открытия давление газов в цилиндре было бы близко к давлению продувочного воздуха в продувочном ресивере. После открытия продувочных окон (точка 6) продувочный воздух, поступая в цилиндр, вытесняет продукты сгорания через выпускные окна, при этом часть воздуха уходит с отработавшими газами. При открытых продувочных окнах происходит принудительная очистка цилиндра и заполнение его свежим зарядом; этот процесс называется продувкой.

Второй такт. Процесс продувки продолжается также при дви­жении поршня вверх от н. м. т. до закрытия продувочных окон (точка 1). После закрытия поршнем выпускных окон (точка 2) процесс выпуска заканчивается и начинается процесс сжатия све­жего заряда воздуха. В конце сжатия (в. м. т.) давление воздуха равно 3,5—5 Мн/м2, а температура составляет 750—800° К. Высо­кая температура воздуха в конце сжатия обеспечивает самовос­пламенение топлива. Затем цикл повторяется.

По тем же соображениям, что и для четырехтактных дизелей, топливо в цилиндр подается с опережением в 10—20° поворота ко­ленчатого вала до в. м. т. (точка 3).

В настоящее время на судах применяют как двухтактные, так и четырехтактные дизели. Для крупнотоннажных грузовых и пас­сажирских судов основным является двухтактный двигатель. Ти­хоходные двухтактные крейцкопфного типа дизеля долговечны, отличаются высокой экономичностью, но имеют большой вес и га­бариты. При одной и той же частоте вращения и одинаковых раз­мерах цилиндров мощность двухтактного двигателя теоретически вдвое больше мощности четырехтактного. Увеличение мощности двухтактного двигателя обусловлено сгоранием вдвое большего количества топлива, чем в четырехтактном, но так как объем ра­бочего цилиндра (из-за наличия выпускных и продувочных окон) используется неполностью, а часть мощности (4—10%) затрачи­вается на приведение в действие продувочного насоса, то факти­ческое превышение мощности в двухтактном двигателе над мощ­ностью четырехтактного составляет 70—80%.

Четырехтактный двигатель при одинаковых мощности и ча­стоте вращения с двухтактным имеет большие размеры и вес. Двухтактный двигатель при одинаковых частоте вращения и числе цилиндров с четырехтактным вследствие удвоенного числа рабо­чих циклов работает более равномерно. Минимальное число ци­линдров, обеспечивающее надежный пуск для двухтактного дви­гателя — четыре, а для четырехтактного — шесть.

Отсутствие клапанов и приводов к ним у двухтактного двига­теля со щелевой продувкой упрощает его конструкцию. Однако на изготовление деталей требуются более прочные материалы, так как двухтактные двигатели работают при более высоких темпера­турных условиях.

В двухтактных двигателях очистка, продувка и зарядка све­жим воздухом цилиндра осуществляется на протяжении части одного хода, поэтому качество этих процессов ниже, чем у четы­рехтактного двигателя.

Четырехтактные двигатели удобнее в отношении повышения их мощности путем наддува. Для них используют более простую схему наддува, теплонапряженность цилиндров меньше, чем у двухтактных дизелей. Для современных четырехтактных дизелей с газотурбинным наддувом удельный эффективный расход топ­лива составляет 0,188—0,190 кг/(квт ? ч), а для двухтактных тихо­ходных дизелей с наддувом 0,204—0,210 кг/(квт?ч).


устройство, принцип действия, достоинства и недостатки

Бензиновый двигатель – разновидность двигателей внутреннего сгорания, в которых в качестве топлива используется бензин. Воспламенение топливно-воздушной смеси осуществляется при помощи электрической искры. Области применения бензиновых двигателей: транспортные средства, строительная, коммунальная и садовая техника, генераторы электрического тока.

Общее устройство и принцип действия бензинового двигателя

В устройство бензомотора входят:

  • Блок цилиндров. Это самая массивная часть бензомотора. Выполняется из чугуна или более легкого сплава на основе алюминия. Снизу блок цилиндров закрыт блоком коренных крышек, а в его верхней части установлена головка блока цилиндров. По количеству цилиндров блоки могут быть одно- или многоцилиндровыми.
  • Поршни. В цилиндрах движутся поршни, получающие энергию, которая выделяется при сгорании топливно-воздушной смеси в специальной камере. Поршни движутся по цилиндрам с большой скоростью, поэтому при изготовлении этих деталей требуется высокая точность и их взаимная подгонка по размерам.
  • Коленвал. Поршень присоединен к шатуну, который крепится к коленвалу. Оба соединения являются скользящими, что позволяет этим деталям двигаться друг относительно друга. Поршни посредством шатунов приводят в движение коленвал.
  • Маховик. Жестко закреплен на валу. С его помощью осуществляется первичный запуск двигателя, при котором зубья стартера и зубья маховика взаимозацепляются, благодаря чему начинается вращение вала.
  • Дроссельная заслонка. Регулирует количество топливно-воздушной смеси, которая подается в камеру сгорания.

По способу осуществления рабочего цикла различают двухтактные и четырехтактные моторы:

  • Двухтактные. Их используют в случаях, когда на первом месте стоит не высокая мощность и эффективность, а небольшой размер двигателя. Двухтактные бензомоторы устанавливают на мотоциклах, небольших автомобилях, малогабаритной садовой и строительной технике.
  • Четырехтактные. Это наиболее распространенный тип бензодвигателей, используемый для установки в большинстве транспортных средств.

Карбюраторные и инжекторные бензиновые двигатели – основные характеристики

Традиционный вариант – приготовление топливно-воздушной смеси в карбюраторе, в котором бензин смешивается с воздушным потоком за счет искусственной конвекции. В инжекторных агрегатах топливо впрыскивают через форсунки в поток воздуха.

Инжекторный способ, осуществляемый в комплексе с бортовым компьютером, обеспечивает высокую точность дозирования бензина. Применение новой технологии позволило создать легкий и компактный двухтактный двигатель, аналогичный по экономичности четырехтактному карбюраторному мотору. Инжекторные бензиновые моторы соответствуют новым требованиям экологических стандартов к чистоте выхлопных газов.

Преимущества и недостатки универсальных бензиновых двигателей

Основные плюсы бензомотора, по сравнению с дизелем:

  • удобство эксплуатации, отсутствие необходимости в использовании сезонного топлива;
  • более низкий уровень шума;
  • более высокий экологический стандарт;
  • возможность достичь большей мощности при меньшем объеме двигателя.

Бензиновые моторы проигрывают дизельным агрегатам по нескольким характеристикам, среди которых:

  • меньший крутящий момент;
  • более высокое потребление топлива;
  • более высокая пожароопасность из-за легкого возгорания бензина.

Дизельные двигатели. Устройство и принцип работы

Все больше появляется автомобилей, у которых характерное постукивание из-под капота выдает тип установленного мотора. Разберем устройство, принцип работы и особенности дизельных двигателей.

Особенности дизельного двигателя, такие как экономичность, высокий крутящий момент и более дешевое топливо, делают его предпочтительным вариантом. Дизели последних поколений вплотную приблизились к бензиновым моторам по шумности, сохраняя при этом преимущества в экономичности и надежности.


КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

По конструкции дизельный двигатель не отличается от бензинового - те же цилиндры, поршни, шатуны. Правда, клапанные детали существенно усилены, чтобы воспринимать более высокие нагрузки - ведь степень сжатия намного выше (19-24 единиц против 9-11 у бензинового мотора). Именно этим объясняется большой вес и габариты дизельного двигателя в сравнении с бензиновым.

Принципиально отличие заключается в способах формирования топливно-воздушной смеси, ее воспламенения и сгорания. У бензинового мотора смесь образуется во впускной системе, а в цилиндре воспламеняется искрой свечи зажигания. В дизельном двигателе подача топлива и воздуха происходит раздельно. Вначале в цилиндры поступает чистый воздух. В конце сжатия, когда он нагревается до температуры 700-800оС, в камеру сгорания форсунками, под большим давлением впрыскивается топливо, которое почти мгновенно самовоспламеняется.

Самовоспламенение сопровождается резким нарастанием давления в цилиндре - отсюда повышенная шумность и жесткость работы дизеля. Такая организация рабочего процесса позволяет использовать более дешевое топливо и работать на очень бедных смесях, что определяет более высокую экономичность. Экологические характеристики тоже лучше - при работе на бедных смесях выбросы вредных веществ заметно меньше, чем у бензиновых моторов.

К недостаткам относят повышенную шумность и вибрацию, меньшую мощность и трудности холодного пуска. У современных дизелей эти проблемы не являются столь очевидными.


ТИПЫ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Существует несколько типов дизельных двигателей, различие между которыми заключено в конструкции камеры сгорания. В дизелях с неразделенной камерой сгорания - их называю дизелями с непосредственным впрыском - топливо впрыскивается в надпоршневое пространство, а камера сгорания выполнена в поршне. Непосредственный впрыск применялся в основном на низкооборотных двигателях большого рабочего объема. Это было связано с трудностями процесса сгорания, а также повышенным шумом и вибрацией.

Благодаря внедрению топливных насосов высокого давления (ТНВД) с электронным управлением, двухступенчатого впрыска топлива и оптимизации процесса сгорания удалось добиться устойчивой работы дизеля с неразделенной камерой сгорания на оборотах до 4500 об/мин, улучшить его экономичность, снизить шум и вибрацию. 

Наиболее распространенным является другой тип дизеля - с раздельной камерой сгорания. Впрыск топлива осуществляется не в цилиндр, а в дополнительную камеру. Обычно применяется вихревая камера, выполненная в головке блока цилиндров и соединенная с цилиндром специальным каналом так, чтобы при сжатии воздух, попадая в вихревую камеру, интенсивно закручивался, что улучшает процесс самовоспламенения и смесеобразования. Самовоспламенение начинается в вихревой камере, а затем продолжается в основной камере сгорания.

При раздельной камере сгорания снижается темп нарастания давления в цилиндре, что способствует снижению шумности и повышению максимальных оборотов. Вихрекамерные двигатели составляют большинство среди устанавливаемых на легковые автомобили и джипы (около 90 %).


УСТРОЙСТВО ТОПЛИВНОЙ СИСТЕМА ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Важнейшей системой дизеля является система топливоподачи. Ее функция - подача строго определенного количества топлива в заданный момент и с заданным давлением. Высокое давление топлива и требования к точности делают топливную систему сложной и дорогой.

Главными элементами топливной системы дизеля являются: топливный насос высокого давления (ТНВД), форсунки и топливный фильтр.


ТНВД - топливный насос высокого давления.

ТНВД предназначен для подачи топлива к форсункам по строго определенной программе, в зависимости от режима работы двигателя и управляющих действий водителя. По своей сути современный всережимный ТНВД совмещает в себе функции сложной системы автоматического управления двигателем и главного исполнительного механизма, отрабатывающего команды шофера. 

Нажимая педаль газа, водитель не увеличивает непосредственно подачу топлива, а лишь меняет программу работы регуляторов, которые уже сами изменяют подачу по строго определенным зависимостям от числа оборотов, давления наддува, положения рычага регулятора и т.п. На современных внедорожниках обычно применяются ТНВД распределительного типа.

ТНВД распределительного типа. Насосы этого типа получили широкое распространение на легковых дизелях. Они компактны, отличаются высокой равномерностью подачи топлива по цилиндрам и отличной работой на высоких оборотах благодаря быстродействию регуляторов. В то же время эти насосы предъявляют очень высокие требования к чистоте и качеству дизтоплива: ведь все их детали смазываются топливом, а зазоры в прецизионных элементах очень малы.


Форсунки дизеля.
Другим важным элементом топливной системы является форсунка. Она вместе с ТНВД обеспечивает подачу строго дозированного количества топлива в камеру сгорания. Регулировка давления открытия форсунки определяет рабочее давление в топливной системе, а тип распылителя определяет форму факела топлива, которая имеет важное значение для процесса самовоспламенения и сгорания. Применяются обычно форсунки двух типов: со шрифтовым или многодырчатым распределителем.

Форсунка на двигателе работает в очень тяжелых условиях: игла распылителя совершает возвратно-поступательные движения с частотой в половину меньшей, чем обороты двигателя, и при этом распылитель непосредственно контактирует с камерой сгорания. Поэтому распылитель форсунки изготавливается из жаропрочных материалов с особой точностью и является прецизионным элементом.


Топливные фильтры дизеля.

Топливный фильтр, несмотря на его простоту, является важнейшим элементом дизельного мотора. Его параметры, такие, как тонкость фильтрации, пропускная способность, должны строго соответствовать определенному типу двигателя. Одной из его функций является отделение и удаление воды, для чего обычно служит нижняя сливная пробка. На верхней части корпуса фильтра часто установлен насос ручной подкачки для удаления воздуха из топливной системы.

Иногда устанавливается система электроподогрева топливного фильтра, позволяющая несколько облегчить запуск двигателя, предотвращающая забивание фильтра парафинами, образующимися при кристаллизации дизтоплива в зимних условиях.


КАК ПРОИСХОДИТ ЗАПУСК ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ?

Холодный пуск дизеля обеспечивает система предпускового подогрева. Для этого в камеры сгорания вставлены электрические нагревательные элементы - свечи накаливания. При включении зажигания свечи за несколько секунд разогреваются до 800-900оС, обеспечивая тем самым подогрев воздуха в камере сгорания и облегчая самовоспламенение топлива. О работе системы водителю в кабине сигнализирует контрольная лампа. 

Погасание контрольной лампы свидетельствует о готовности к запуску. Электропитание со свечи снимается автоматически, но не сразу, а через 15-25 секунд после запуска, чтобы обеспечить устойчивую работу непрогретого двигателя. Современные системы предпускового подогрева обеспечивают легкий пуск исправного дизеля до температуры 25-30оС, разумеется, при условии соответствия сезону масла и дизтоплива.


ТУРБОНАДДУВ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Эффективным средством повышения мощности и гибкости работы дизеля является турбонаддув. Он позволяет подать в цилиндры дополнительное количество воздуха и соответственно увеличить подачу топлива на рабочем цикле, в результате увеличивается мощность двигателя. Давление выхлопных газов дизеля в 1,5-2 раза выше, чем у бензинового мотора, что позволяет турбокомпрессору обеспечить эффективный наддув с самых низких оборотов, избежав свойственного бензиновым турбомоторам провала - "турбоямы".

Турбодизель имеет и некоторые недостатки, связанные с надежностью работы турбокомпрессора. Так, ресурс турбокомпрессора существенно меньше ресурса двигателя и не превышает обычно 150 тыс. км. Турбокомпрессор предъявляет жесткие требования к качеству моторного масла. Подробнее в статье: что такое турбокомпрессор.


СИСТЕМА COMMON-RAIL ДЛЯ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Компьютерное управление подачей топлива позволило впрыскивать его в камеру сгорания цилиндра двумя точно дозированными порциями. Сначала поступает крохотная, всего около миллиграмма, доза, которая при сгорании повышает температуру в камере, а следом идет главный «заряд». Для дизеля — двигателя с воспламенением топлива от сжатия — это очень важно, так как при этом давление в камере сгорания нарастает более плавно, без «рывка». Вследствие этого мотор работает мягче и менее шумно.

В результате в дизелях с системой Common-Rail расход топлива сокращается на 20%, а крутящий момент на малых оборотах коленвала возрастает на 25%. Также уменьшается содержание в выхлопе сажи и снижается шумность работы мотора. 

Принцип работы льдогенератора

Льдогенератор работает следующим образом: 1, резервуар для хранения охлажденной воды с насосом продолжает циркулировать через пластину испарителя или точки решетки; 2, после прохождения через всасывание компрессора - Сжатие - Выхлоп - Конденсация (разжижение) - Фестивальный поток - снова в испарителе при низкой температуре от -10 до -18 градусов охлажденная вода в испарителе постоянно поглощает тепло испарения с температурой 0 градусов. при более низкой температуре поверхности испарителя конденсируется в лед, когда лед конденсируется до определенной толщины.Когда после того, как температура испарения хладагента достигнет заданной температуры термостата, т. Е. При размораживании, соленоидный клапан включен, тепловой насос часто используется для защиты от обледенения. реализовать еще раз следующий цикл.

Цикл производства льда:
За счет добавления водяных клапанов вода автоматически поступает в резервуар для хранения воды, а затем через клапан регулирования потока в воду через головку насоса в шунт, где вода равномерно распыляется на поверхность льда, так же, как и Завеса льдогенератора течет по поверхности стены, вода охлаждается до точки замерзания, замороженная вода без испарения течет через пористый резервуар для воды, цикл возобновляется.

Цикл разморозки льда:
Когда толщина льда достигает желаемой (толщина выбирается оператором / пользователем по своему усмотрению), горячий газ, выпускаемый из компрессора, перенаправляется обратно в льдогенератор в стенке папки, заменяемый низкотемпературным жидким хладагентом. . Когда эта стена между льдом и испарением воды, чтобы сформировать тонкий слой пленки, этот слой пленки воды будет свободно падать в щель под льдом под действием силы тяжести, играет роль смазки. Вода, образующаяся в цикле сбора льда, будет возвращаться в резервуар для воды через пористую канавку, что также предотвращает выход влажного льда из машины.

Конденсатор:
Есть конденсаторы с воздушным, водяным или испарительным охлаждением. Испарительный агрегат установлен над льдогенератором, конденсатор с водяным охлаждением был установлен под днищем льдогенератора или охлаждающая система льдогенератора, а конденсатор с воздушным охлаждением, установленный в льдогенераторе, может быть установлен в соответствии с реальной ситуацией с тазом. быть установлен на открытом воздухе. При необходимости конденсатор с водяным охлаждением можно использовать в лодке или на берегу, использование морской воды для охлаждения.Испарительное охлаждение можно использовать при высоких температурах окружающего воздуха, но с точки зрения эффективности и с экономической точки зрения оно неприемлемо в условиях охлаждения с водяным или воздушным охлаждением.

Как работают ледогенераторы | HowStuffWorks

Существует множество способов сконфигурировать большой отдельно стоящий ледогенератор - все, что вам нужно, это система охлаждения, водоснабжение и какой-либо способ сбора образующегося льда.

В одной из простейших профессиональных систем используется большой металлический поддон для кубиков льда, расположенный вертикально.Вы можете увидеть, как эта система работает, на схеме ниже.

В этой системе металлический лоток для льда подсоединен к набору спиральных теплообменных труб , подобных тем, которые находятся на задней панели холодильника. Если вы читали «Как работают холодильники», то знаете, как работают эти трубы. Компрессор приводит в движение поток хладагента в непрерывном цикле конденсации и расширения. По сути, компрессор пропускает хладагент через узкую трубку (называемую конденсатором ) для его конденсации, а затем выпускает его в более широкую трубку (называемую испарителем ), где он может расширяться.

Сжатие хладагента увеличивает его давление, что увеличивает его температуру. Когда хладагент проходит через узкие змеевики конденсатора, он отдает тепло более холодному воздуху снаружи, и конденсируется в жидкость. Когда сжатая жидкость проходит через расширительный клапан , она испаряется - она ​​расширяется и превращается в газ. Этот процесс испарения потребляет тепловую энергию из металлических труб и воздуха вокруг хладагента. Это охладит трубы и прикрепленный к ним металлический поддон для льда.

Ледогенератор имеет водяной насос, который забирает воду из сборного поддона и выливает ее на поддон для охлажденного льда. По мере того, как вода течет по лотку, она постепенно замерзает, образуя кубики льда в углублении лотка. Когда вы таким образом замораживаете воду слой за слоем, она образует чистый лед. Когда вы замораживаете все сразу, как в домашнем льдогенераторе, вы получаете мутный лед (дополнительную информацию см. В разделе «Как сделать прозрачные кубики льда?»).

По прошествии заданного времени ледогенератор запускает электромагнитный клапан , подключенный к теплообменным змеевикам.Переключение этого клапана изменяет путь хладагента. Компрессор перестает нагнетать нагретый газ из компрессора в узкий конденсатор; вместо этого он нагнетает газ в широкую перепускную трубку . Горячий газ возвращается в испаритель без конденсации. Когда вы проталкиваете горячий газ через трубы испарителя, трубы и лоток для льда быстро нагреваются, в результате чего кубики льда разрыхляются.

Как правило, отдельные полости для кубиков имеют наклон на и , поэтому разрыхленный лед может самостоятельно выскользнуть в сборный бункер, расположенный ниже.Некоторые системы имеют цилиндр , поршень , который слегка толкает лоток, сбивая кубики.

Такая система популярна в ресторанах и отелях, поскольку она позволяет производить кубики льда стандартной формы и размера. Другим предприятиям, таким как продуктовые магазины и научно-исследовательские фирмы, нужны более мелкие хлопья льда для упаковки скоропортящихся продуктов. Далее мы рассмотрим чешуйчатые льдогенераторы.

Введение в принцип работы льдогенератора

Введение в принцип работы льдогенератора

Принцип создания льда
Вода из испарителя воды на входе в пластину распределения воды, через спринклер, вода равномерно разбрызгивается на стенку испарителя, образование водяной пленки; водяная пленка и хладагент испарителя в теплообменнике, температура быстро Образование тонкого слоя льда в стенке испарителя, выдавливание ножа для льда, дробление на кусочки льда, попавшие в лед из ледяного рта.Часть воды не превращается в лед через поддон для воды обратно из обратной линии в резервуар для холодной воды через циркуляционный насос холодной воды.
Цикл производства льда
При пополнении водяного клапана вода автоматически поступает в резервуар для хранения воды, а затем вода перекачивается через клапан регулирования потока в отводную головку, где вода равномерно распыляется на поверхность льдогенератора. , протекая через льдогенератор, вода охлаждается до точки замерзания, и вода, которая не испарилась и не замерзла, потечет через пористый резервуар в резервуар для воды, и работа циркуляции возобновится.
Горный цикл
Когда лед для достижения необходимой толщины (при нормальных условиях, толщина льда 1,5-2,2 мм), компрессор нагнетает горячий газ обратно в ледяную стенку, вместо низкотемпературного жидкого хладагента. Это образует тонкую пленку воды между льдом и испаряющейся стенкой, которая действует как смазка, когда лед свободно падает в нижележащую канавку под действием силы тяжести. Вода, образующаяся во время цикла сбора льда, будет возвращаться через пористый резервуар в резервуар для хранения воды, что также предотвратит выгрузку влажного льда машиной.
Холодильный конденсатор
Имеются конденсаторы с воздушным, водяным или испарительным охлаждением. Испаритель устанавливается над льдогенератором, конденсатор с водяным охлаждением устанавливается в льдогенераторе ниже или под системой охлаждения, а конденсатор с воздушным охлаждением, установленный в соответствии с реальной ситуацией, может быть установлен с льдогенератором. Также может быть установлен на открытом воздухе. При необходимости конденсаторы с водяным охлаждением могут использоваться на борту или на берегу и охлаждаться морской водой. Испарительное охлаждение может использоваться при высокой температуре окружающего воздуха, но с точки зрения эффективности и экономики не подходит для условий охлаждения с водяным или воздушным охлаждением.

Принципы охлаждения и принцип работы холодильной системы

КОМПРЕССОРЫ

Современные парокомпрессионные системы для комфортного охлаждения и промышленного охлаждения используют один из нескольких типов компрессоров: поршневой, ротационный, винтовой (винтовой), центробежный и спиральный.

В некоторых системах компрессор приводится в действие внешним двигателем (называемым системой с открытым приводом или открытым приводом). Компрессорные системы с открытым приводом легче обслуживать, но использование уплотнения на приводном конце коленчатого вала компрессора может быть источником утечек.В открытых системах привода обычно используются клиновые ремни или гибкие муфты для передачи мощности от двигателя к компрессору.

Вторая основная категория - это герметичная система, в которой двигатель размещается внутри корпуса с компрессором. В герметичных системах двигатель охлаждается парами хладагента, а не наружным воздухом, картер служит впускным коллектором, и впускные клапаны не нужно напрямую подключать к линии всасывания. В герметичных системах меньше проблем с утечками, чем в открытых, поскольку в них нет уплотнения картера.Однако герметичные компрессоры труднее обслуживать, хотя некоторые компоненты, которые могут выйти из строя, обычно размещаются вне корпуса. Эти компоненты соединены с компрессором и двигателем с помощью герметичных устройств. Двигатели в герметичных системах не должны излучать электрическую дугу (поэтому они не могут использовать щетки), поскольку они могут загрязнить хладагент и вызвать перегорание двигателя.

Герметичные системы подразделяются на 1) полностью герметичные или 2) исправные герметичные (полугерметичные). Многие герметичные компрессоры имеют сварной корпус, который не подлежит обслуживанию.В случае выхода из строя мотора или компрессора необходимо заменить весь агрегат.

Полугерметичные системы обычно используются в больших поршневых, центробежных, винтовых и спиральных компрессорах. Корпус в полугерметичной системе скреплен болтами и прокладкой и может быть разобран для основных операций по обслуживанию.

КОМПРЕССОР ОХЛАЖДЕНИЯ

Компрессоры выделяют значительное количество тепла в процессе сжатия пара хладагента. Большая часть движется с паром под высоким давлением к конденсатору, но головка компрессора также должна избавляться от нежелательного тепла, чтобы оставаться в пределах безопасных рабочих температур.Обычно это достигается либо с помощью ласт, либо с помощью каналов для воды.

В герметичных и полугерметичных системах линия всасывания подает поток холодного хладагента к головкам цилиндров. Таким образом, температура и давление всасываемого газа имеют решающее значение для поддержания надлежащей температуры корпуса компрессора. Температура всасываемого газа, поступающего в компрессор, не должна превышать 65 град. F (18 ° C) для низкотемпературной установки или 90 ° C. F (32 ° C) в высокотемпературной системе. Более горячий газ менее плотен и будет поглощать меньше тепла в компрессоре, поскольку разница температур между двигателем компрессора и всасываемым газом меньше.Устройство отключения по низкому давлению должно защищать двигатель от недостаточного давления в линии всасывания.

Компрессоры с открытым приводом с воздушным охлаждением можно охлаждать, помещая их непосредственно в патрубок вентилятора конденсатора. Альтернативой является использование вентилятора для охлаждения компрессора. В компрессорах с водяным охлаждением могут использоваться головки с рубашкой, позволяющие воде циркулировать через головку.

ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ КОМПРЕССОР

В центробежных компрессорах

используются рабочие колеса, которые быстро вращаются и выбрасывают хладагент от центрального впускного отверстия, используя силу, называемую центробежной силой.Центробежная сила использует принцип, который, например, позволяет вам раскачивать заднюю часть головы, не проливая на нее воду. Поскольку каждое рабочее колесо добавляет относительно небольшое давление, несколько рабочих колес часто собираются вместе, чтобы создать необходимое давление на стороне высокого давления (давление нагнетания).

Центробежные компрессоры используются в больших системах, часто в полугерметичных или открытых конфигурациях. Компрессор может работать в системе с положительным давлением всасывания или в вакууме, в зависимости от используемого хладагента и желаемой рабочей температуры испарителя.Большие центробежные системы могут поставляться уже заправленными хладагентом и маслом.

Центробежный компрессор не имеет шатунов, поршней и клапанов; поэтому подшипники вала - единственные места, подверженные износу. Давление на выходе компрессора зависит от плотности газа, диаметра и конструкции рабочего колеса, а также скорости вращения рабочего колеса. Рабочие колеса центробежного компрессора вращаются очень быстро:

Низкая скорость 3600 об / мин

Средняя скорость 9000 об / мин

Высокая скорость выше 9000 об / мин

Питание осуществляется от электродвигателя или паровой турбины.Пар входит в центр рабочего колеса вокруг вала и направляется через лопасти рабочего колеса. Поскольку рабочее колесо ускоряет газ, кинетическая энергия рабочего колеса преобразуется в кинетическую энергию быстро движущегося газа. Когда газ входит в улитку, он сжимается, и кинетическая энергия преобразуется в потенциальную энергию сжатого газа. Скорость газа, покидающего крыльчатку, чрезвычайно высока.

Впускные лопатки, которые регулируют объем подачи и направление пара хладагента из испарителя, могут регулировать производительность.В больших компрессорах с более чем тремя ступенями впускные лопатки могут отсутствовать.

Обратный поток хладагента в центробежные компрессоры опасен из-за высокой скорости вращения крыльчаток. Во избежание обратного затопления заправка хладагента не должна быть чрезмерной, а перегрев должен быть адекватным. Многие центробежные компрессоры, особенно те, которые работают в вакууме, имеют встроенное устройство продувки, позволяющее удалять нежелательный воздух из системы. Блок продувки представляет собой блок конденсации с компрессором и конденсатором, который забирает пар из самой высокой точки конденсатора и компрессора системы и конденсирует его.Поскольку только хладагент будет конденсироваться под давлением, создаваемым устройством продувки, воздух и другие неконденсирующиеся вещества, которые собираются сверху, можно удалить вручную или автоматически через клапан в атмосферу. Очищенный жидкий хладагент через поплавковый клапан в конденсаторе продувочного агрегата возвращается в основную систему. Если фильтр-осушитель установлен в центробежной системе, его можно разместить в байпасе вокруг поплавкового клапана. Размещение фильтра-осушителя на главном выходе ухудшит работу компрессора.Несмотря на то, что байпас забирает только часть потока жидкости, в конечном итоге он удаляет достаточно влаги из хладагента для регулирования кислотности системы.

КОМПОНЕНТЫ ХОЛОДИЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ХОЛОДИЛЬНИКА

Рисунок 6-1: Двухступенчатый центробежный компрессор. 1-Вторая ступень регулируемая входная направляющая лопатка. 2-Крыльчатка первой ступени. 3-я крыльчатка второй ступени. 4-двигатель с водяным охлаждением. 5-Основание, масляный бак и насос для смазочного масла. 6-Направляющие лопатки первой ступени и регулировка производительности.7-Лабиринтное уплотнение. 8-перекрестное соединение. Привод с 9 направляющими лопатками. Корпус с 10 спиралями. 11-Подшипник скольжения со смазкой под давлением. Обратите внимание, что выпускное отверстие не показано.

Рисунок 6-2: Герметичный центробежный охладитель жидкости, одноступенчатый компрессор. Использование ГХФУ-22 от 300 до 600 условных тонн; с использованием HFC-134a, от 200 до 530 номинальных тонн. В системе может использоваться R-22 или R-134a, что позволяет при необходимости преобразовывать R-22 в R-134a. Устройство имеет микропроцессор для управления системой. Вид в разрезе, показывающий цикл охлаждения.

ВИНТОВЫЕ КОМПРЕССОРЫ

Винтовые компрессоры обычно и эффективно используются в системах с холодопроизводительностью более 20 тонн. В этих компрессорах используется пара винтовых винтов или роторов, которые вместе вращаются внутри камеры и вытесняют хладагент из всасываемой нижней стороны камеры к концу верхней стороны

.

Рисунок 6-3: Поперечное сечение винтового компрессора.Ротор A-Male. B-Женский ротор. C-цилиндр. Испаренный хладагент входит с одного конца и выходит с другого конца.

Когда газ продвигается вперед, он сжимается в сужающиеся зазоры между лопастями винта, создавая сжимающее действие. Никаких клапанов не требуется, кроме обслуживания на впускном и выпускном отверстиях. Поскольку роторы вращаются непрерывно, вибрация меньше, чем у поршневых компрессоров с камерой охлаждения и кондиционирования воздуха. Винтовые (винтовые) компрессоры изготавливаются в открытом приводе или в герметичном исполнении.

Роторы называются «охватываемыми» для приводного ротора и «охватывающими» для ведомого ротора. Мужской ротор с большим количеством лопастей вращается быстрее, чем женский ротор. Регулирование производительности осуществляется с помощью золотникового клапана, который открывается в камере компрессора и позволяет пару выходить без сжатия. Некоторые агрегаты могут эффективно работать только при 10% номинальной производительности.

Рисунок 6-4: Основные операции винтового компрессора. Вращающийся ротор сжимает пар.Заполняются межлопастные пространства A-компрессора. B-Начало сжатия. C-Полное сжатие захваченного пара. D-Начало сброса сжатого пара. E-Сжатый пар полностью отводится из межлопастных пространств.

РЕЦЕПТУРНЫЕ КОМПРЕССОРЫ

Поршневой компрессор использует поршень, скользящий внутри цилиндра для сжатия паров хладагента. На Рис. 4-29 показан принцип работы поршневого компрессора. На рисунке 4-29A поршень переместился вниз в цилиндре A.Он переместил пары хладагента из линии всасывания через впускной клапан. Оттуда пар хладагента переместился в пространство цилиндра. На рисунке 4-29B поршень переместился вверх. Он сжал испарившийся хладагент в гораздо меньшее пространство (зазор). Сжатый пар выталкивается через выпускной клапан в конденсатор.

Рисунок 6-5: Базовая конструкция поршневого компрессора.

В верхней части хода поршень должен приближаться к головке блока цилиндров.Чем меньше зазор, тем большее давление будет создавать ход поршня. Этот зазор может составлять от 0,010 до 0,020 дюйма (от 0,254 до 0,508 мм).

В малых системах может использоваться двухпоршневой компрессор, в то время как в больших промышленных системах используются многоцилиндровые многопоршневые компрессоры. Картер компрессора должен быть спроектирован так, чтобы отводить тепло сжатия. Картеры компрессоров обычно изготавливаются из чугуна и имеют ребра для отвода тепла в воздух или, в некоторых случаях, водяные рубашки для отвода тепла сжатия в воду.В полугерметичных и герметичных компрессорах охлаждение обеспечивается хладагентом из линии всасывания. Поршни в больших поршневых компрессорах имеют отдельные масляные и компрессионные кольца. Масляные кольца, расположенные ниже на поршне, используются для уменьшения количества масла, поступающего в цилиндр из картера. В небольших системах маслосъемные кольца можно не устанавливать, а вместо них использовать масляные канавки для регулирования потока масла. Компрессионные кольца используются для плотного прилегания к стенкам цилиндра, гарантируя, что каждый ход перекачивает как можно больше хладагента.

КАРТЕР И ШАТУНКИ

Рисунок 6-6: Небольшой двухцилиндровый поршневой компрессор с внешним приводом в разрезе. Корпус отлит из легкого сплава. Чугунные гильзы цилиндров постоянно залиты в корпус картера.

В поршневых компрессорах вал картера преобразует вращательное движение двигателя в возвратно-поступательное движение поршней. Коленчатый вал вращается внутри коренного подшипника, который должен прочно поддерживать коленчатый вал и выдерживать концевые нагрузки, прикладываемые к валу двигателем и шатунами.Точная величина осевого люфта должна быть указана в документации производителя.

Для соединения шатуна с коленчатым валом можно использовать несколько типов рычагов:

  1. Обычный шатун, наиболее распространенный рычажный механизм в коммерческих системах, зажимается до конца.
  2. эксцентриковый коленчатый вал имеет центральную круглую бобышку на коленчатом валу для создания движения вверх и вниз. Эта система устраняет необходимость в крышках или болтах на шатуне. Вместо этого цельный конец штока устанавливается на коленчатый вал перед окончательной сборкой.
  3. Скотч-вилка не имеет шатуна. Вместо этого в нижней части поршня имеется канавка, которая принимает ход коленчатого вала. Канавка позволяет коленчатому валу перемещаться в боковом направлении и перемещать поршень только вверх и вниз. И скотч, и эксцентрик используются в основном в бытовых и автомобильных системах.

УПЛОТНЕНИЕ КАРТЕРА

В системах с открытым приводом уплотнение между коленчатым валом и картером является частым источником проблем.Уплотнение подвергается значительным колебаниям давления и должно работать, должно работать и уплотнять независимо от того, вращается ли коленчатый вал или неподвижен. Зазор между вращающейся и неподвижной поверхностями должен быть точным (до 0,000001 дюйма или 0,0000254 мм), и смазка заполняет этот крошечный зазор. Уплотнение обычно изготавливается из закаленной стали, бронзы, керамики или углерода. Отсутствие сальника коленчатого вала - главное преимущество герметичной конструкции.

Роторное уплотнение - это простое обычное уплотнение, которое вращается на валу во время работы.Пружина в сочетании с внутренним давлением прижимает поверхность уплотнения к неподвижной поверхности уплотнения.

Основным источником проблем с уплотнениями картера является утечка из-за несоосности. При выравнивании вала двигателя относительно вала компрессора необходимо соблюдать осторожность, чтобы уплотнение не подвергалось нагрузкам во время работы. Точные допуски, указанные при изготовлении компрессора, должны соблюдаться как в горизонтальном, так и в угловом направлениях. В большинстве случаев уплотнение смазывается масляным насосом компрессора.Убедитесь, что компрессор включается время от времени во время длительных простоев, чтобы уплотнение оставалось смазанным. Небольшая утечка после запуска, во время которой сухое уплотнение смазывается маслом, может быть нормальным явлением.

Протекающее уплотнение можно обнаружить с помощью детектора утечки хладагента. Чтобы проверить негерметичное уплотнение:

  1. Откачайте систему в сторону высокого давления (ресивер или конденсатор).
  2. Снимите муфту на конце вала компрессора.
  3. Снимите крышку уплотнения и все кольца, удерживающие вращающееся уплотнение на месте.
  4. Очистите поверхности колец очень мягкой тканью.
  5. Осмотрите уплотнительные поверхности и замените все уплотнение, если видны царапины, царапины или канавки.
  6. Соберите систему.
  7. Проверьте центровку валов компрессора и двигателя в горизонтальном и угловом направлениях, она должна находиться в пределах допусков, указанных производителем, или лучше.
  8. Выпустите воздух из компрессора и откройте необходимые клапаны, чтобы вернуть систему в рабочее состояние.
  9. Перед запуском производства проверьте, нет ли повторяющейся утечки через уплотнение.

ГОЛОВКИ РЕЦИРКУЛЯЦИОННЫХ КОМПРЕССОРОВ И ПЛИТЫ КЛАПАНОВ

Головки цилиндров компрессора обычно изготавливаются из чугуна и предназначены для удержания прокладок на месте для обеспечения надежного уплотнения между пластиной клапана, блоком цилиндров и головкой. Головки цилиндров должны иметь проходы для впуска всасываемого газа в цилиндр. Головка обычно крепится к блоку винтами с головкой под ключ.

Впускные клапаны предназначены для впуска хладагента во время такта впуска и закрытия во время такта сжатия.Выпускные клапаны закрыты во время такта впуска и открываются в конце такта сжатия. Пластина клапана представляет собой узел, плотно удерживающий оба клапана на месте.

Клапаны

обычно изготавливаются из пружинной стали и предназначены для обеспечения герметичного уплотнения до тех пор, пока насосное действие поршня не откроет их. Сопрягаемые поверхности клапанов должны быть идеально ровными, а дефекты размером всего 0,001 дюйма (0,0254 мм) могут вызвать недопустимые утечки. В процессе эксплуатации клапан должен открываться примерно на 0,010 дюйма (0,254 мм). Большие отверстия вызовут шум клапана, а отверстия меньшего размера будут препятствовать попаданию и выходу достаточного количества хладагента из цилиндра.

Рабочая температура сильно влияет на срок службы клапанов. Впускные клапаны работают в относительно прохладной среде и имеют постоянную смазку из паров масла. Нагнетательные клапаны - это самый горячий компонент холодильной системы, работающий до 50 градусов. F до 100 град. F горячее, чем нагнетательная линия, поэтому они чаще являются источником проблем, чем впускные клапаны. Нагнетательные клапаны необходимо устанавливать с особой осторожностью. На них обычно скапливаются тяжелые молекулы масла, вызывая накопление углерода и нарушая работу клапана.Нагнетательные клапаны и масло будут повреждены температурой выше 325 град. F до 350 град. F (от 163 до 177 ° C). Как правило, температура нагнетательного трубопровода должна поддерживаться на уровне 225 град. F до 250 град. F. (от 107 до 121 ° C).

Рисунок 6-7: Узел пластины клапана поршневого компрессора.

Нагнетательные клапаны могут иметь разгрузочные пружины, позволяющие им открываться слишком широко, если пробка жидкого хладагента или масла попадает в поршень компрессора из линии всасывания или картера компрессора.

Рисунок 6-8: Промышленный герметичный поршневой компрессор. Он имеет четыре ряда по два цилиндра в каждом (по четыре шатуна на каждой кривошипно-шатунной передаче) и крепится болтами для облегчения обслуживания.

РОТАЦИОННЫЙ КОМПРЕССОР

В ротационных компрессорах

используется одна или несколько лопастей для создания сжимающего действия внутри цилиндра. В отличие от поршневого компрессора, поршень не используется. Есть два основных типа роторных компрессоров:

  1. Вращающиеся лопасти (лопасть).
  2. Отвал стационарный (делительный блок).

В обоих типах лезвие должно иметь возможность проскальзывать в своем корпусе, чтобы приспособиться к движению ротора, который вращается вне центра цилиндра. Впускные (всасывающие) порты намного больше, чем напорные. Нет необходимости во впускных (всасывающих) или выпускных клапанах; однако желательны обратные клапаны на линии всасывания, чтобы предотвратить попадание масла и паров высокого давления в испаритель, когда компрессор не работает.

ВРАЩАЮЩАЯСЯ ЛЕЗВИЯ (ЛОПАТОЧНЫЙ) КОМПРЕССОР

В конструкции с вращающейся лопастью ротор (вал) вращается внутри цилиндра, но центральные оси цилиндра и вала не идентичны. Вращающийся ротор (вал) имеет несколько прецизионных канавок, в которые вставляются скользящие лопатки. При вращении вала эти лопатки прижимаются к цилиндру под действием центробежной силы. Когда газ поступает в компрессор из линии всасывания, лопатки сметают его. Поскольку ротор не отцентрован в цилиндре, пространство, содержащее газ, уменьшается, поскольку лопасти нагнетают газ вокруг цилиндра.Результат - сжатие газа. Когда газ достигает минимального объема и максимального сжатия, он вытесняется из выпускного отверстия. Объем зазора этой системы очень мал, а эффективность сжатия очень высока.

Ротационные пластинчатые компрессоры обычно используются для первой ступени каскадной системы. Пластинчато-роторные компрессоры могут иметь от двух до восьми лопастей; в больших системах больше лезвий. Край лезвия там, где он соприкасается со стенкой цилиндра, должен быть тщательно отшлифован и гладкий, иначе возникнет утечка, что приведет к чрезмерному износу.Лезвие также должно точно входить в паз ротора.

Рисунок 6-9: Роторно-лопастной компрессор. Черные стрелки указывают направление вращения ротора. Красные стрелки указывают поток паров хладагента.

СТАЦИОНАРНЫЙ ЛОПАТНЫЙ (РАЗДЕЛИТЕЛЬНЫЙ БЛОК) РОТАЦИОННЫЙ КОМПРЕССОР

В системе со стационарными лопастями скользящая лопасть в корпусе цилиндра отделяет пар низкого давления от пара высокого давления. Эксцентриковый вал вращает рабочее колесо в цилиндре.Эта крыльчатка постоянно трется о внешнюю стенку цилиндра. Во время вращения крыльчатки лопасть улавливает некоторое количество пара. Пар сжимается в все меньшее и меньшее пространство. Давление и температура повышаются. Наконец, пар проходит через выпускное отверстие.

Рисунок 6-10: Роторный компрессор. Неподвижная лопасть или разделительный блок контактирует с крыльчаткой.

Рисунок 6-11: Герметичный одинарный роторный компрессор с неподвижными лопастями.

СПИРАЛЬНЫЙ КОМПРЕССОР

В спиральном компрессоре сжатие выполняется двумя спиральными элементами, вращающейся спиралью и фиксированной спиралью. Один свиток «фиксированный свиток» остается неподвижным. Другая «вращающаяся» прокрутка вращается по смещенной круговой траектории вокруг центра фиксированной прокрутки. Это движение создает компрессионные карманы между двумя элементами прокрутки. Всасываемый газ низкого давления задерживается в каждом периферийном кармане по мере его образования; продолжающееся движение вращающейся спирали закрывает карман, объем которого уменьшается по мере того, как карман перемещается к центру прокрутки.Максимальное сжатие достигается, когда выемка достигает центра, где находится выпускное отверстие, и выпускается газ. Во время этого процесса сжатия одновременно формируется несколько карманов.

Рисунок 6-12: Сжатие в спирали вызвано взаимодействием вращающейся спирали, сопряженной с неподвижной спиралью. 1-Газ втягивается во внешнее отверстие, когда одна из спиралей движется по орбите. 2-По мере продолжения орбитального движения открытый проход закрывается, и газ направляется к центру спирали.3 - Объем кармана постепенно уменьшается. Это создает все более высокое давление газа. 4-Давление нагнетания достигается в центре кармана. Газ выходит из порта стационарного спирального элемента. 5-В реальной эксплуатации шесть газовых каналов все время находятся на различных стадиях сжатия. Это создает почти непрерывное всасывание и нагнетание.

Рисунок 6-13: Поперечное сечение поршневого компрессора с наклонной шайбой. При вращении приводного вала и наклонной шайбы двусторонний поршень перемещается в цилиндре вперед и назад.

Процесс всасывания из внешней части спирали и выпуск из внутренней части непрерывны. Этот непрерывный процесс обеспечивает очень плавную работу компрессора.

Компрессия - это непрерывный процесс без обычных всасывающих и нагнетательных клапанов. Чтобы компрессор не работал в обратном направлении после отключения питания, обратный клапан расположен непосредственно над нагнетательным патрубком с неподвижной спиралью.

A: Схема спирального компрессора в разрезе.

B: Базовое представление сжатия спирального компрессора. Орбитальная спираль вращается вокруг неподвижной спирали, создавая плавное, постоянное сжатие внутрь к выпускному отверстию в центре.

МАСЛЯНЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ КОМПРЕССОРОВ

В поршневых компрессорах

обычно используются два типа смазочных систем:

  1. Система разбрызгивания использует коленчатый вал для разбрызгивания масла; масло попадает в коренной подшипник по каналам подшипника.Подшипник может быть шумным, потому что эта система создает небольшую масляную подушку.
  2. В системе давления масла используется масляный насос, приводимый в действие шестернями в картере; масло нагнетается в каналы в шатунах, коренных подшипниках и поршневых пальцах. Система масляного насоса лучше обеспечивает смазку и бесшумную работу. Насос должен иметь предохранительный клапан для предотвращения возникновения опасного давления в контуре смазки компрессора. Защитный выключатель обычно используется для контроля давления масла и отключения компрессора, если давление масла падает ниже безопасного уровня.

Ротационные компрессоры

Требуется масляная пленка на цилиндре, лопастях и роликах. Некоторые машины продвигают масло за счет скольжения; другие используют масляный насос.

Центробежные компрессоры

Работает на высокой скорости и может иметь сложные системы контроля масла, включая насос, маслоотделитель, резервуары для смазки подшипников во время разливки, масляный фильтр, предохранительный клапан и маслоохладитель.

Винтовые компрессоры

Требуется масло для охлаждения, уплотнения и бесшумности роторов; они обычно имеют систему принудительной смазки.Насос прямого вытеснения может работать независимо от компрессора, обеспечивая полную смазку при запуске компрессора. Масло отделяется и подается в масляный поддон (резервуар). Охлаждается и доставляется к подшипникам и портам для впрыска в камеру сжатия. Масляный поддон (резервуар) имеет нагреватель для предотвращения разбавления масла хладагентом во время выключения.

Спиральные компрессоры

Требуется охлаждение масла и уплотнение между вращающейся и неподвижной спиралью.Масло подается в спирали центробежным действием через отверстие в валу двигателя и вращающуюся спираль.

В промышленных холодильных установках обычно используются три устройства для контроля масла в системе: маслоотделитель, регулятор уровня масла и масляный резервуар. Другие элементы, такие как масляные фильтры, соленоидные и запорные клапаны, могут потребоваться для завершения системы. Необходимо проводить регулярную проверку масла в системе, чтобы выявить опасную кислотность в масле холодильного компрессора.

Содействие возврату нефти

Масло в системах с прямым расширением или в системах с сухим испарителем должно возвращаться в компрессор потоком хладагента.Скорость в трубках испарителя должна быть достаточной для возврата масла.

Требуется скорость около 700 футов (214 м) в минуту по горизонтальным линиям и около 1500 футов (457 м) в минуту по вертикальным линиям.

Несколько дополнительных мер помогут обеспечить надлежащий возврат масла в компрессор. Наклоните трубопроводы охлаждения к компрессору. Обеспечьте адекватную скорость хладагента во всасывающей линии, сделав ее подходящей по размеру, а не завышенной. Масло с высокой вязкостью (измеренное в условиях испарителя) более устойчиво к возврату потоком хладагента.Масло, которое легко растворяет хладагент, остается более текучим, чем масло без хладагента. Количество хладагента, растворенного в масле, зависит от давления и температуры в различных частях испарителя, а также от природы двух жидкостей.

Возврат масла затруднен в низкотемпературных испарителях, потому что масло становится более вязким при понижении температуры и давления хладагента. Высокая степень сжатия также снижает возврат масла, поскольку всасываемый газ менее плотный.Таким образом, адекватная скорость всасывающего трубопровода особенно важна для низкотемпературных испарителей.

Масло не будет возвращаться в компрессор в затопленном испарителе, поэтому требуется возвратный маслопровод. В некоторых системах к испарителю подключена специальная камера, позволяющая кипятить хладагент из масла перед возвратом масла в компрессор.

ВЫПУСКНАЯ ЛИНИЯ

Напорный трубопровод на стороне высокого давления системы, соединяет компрессор с конденсатором.Линия обычно представляет собой медные трубки, соединенные пайкой. Выделение может содержать; Гаситель вибрации, глушитель, маслоотделитель, клапаны регулирования давления, а также перепускные или сервисные клапаны.

Амортизатор

Как всасывающий, так и нагнетательный трубопроводы передают вибрацию от компрессора к другим компонентам системы охлаждения. Эта вибрация может вызвать нежелательный шум и повреждение трубок хладагента, что приведет к утечкам хладагента.

В небольшой системе с мягкими медными трубками малого диаметра поглотитель вибрации может состоять из мотка трубок.Гибкий металлический шланг с внутренним диаметром, по крайней мере, таким же большим, как и подсоединенная трубка, предпочтительнее для более крупных систем. Эта секция трубки может быть оканчивалась гнездом с наружным диаметром, наружной резьбой или фланцами. Хладагент, движущийся с высокой скоростью по извилистому внутреннему диаметру поглотителя, может вызывать свистящий звук. Гасители вибрации не предназначены для сжатия или растяжения, поэтому их следует ориентировать параллельно коленчатому валу компрессора, а не под прямым углом к ​​нему.

Глушитель

Глушитель используется для уменьшения передачи пульсаций и шума нагнетания поршневого компрессора в систему трубопроводов и конденсатор.Глушитель представляет собой цилиндр с перегородками внутри. В целом глушители, которые создают большой перепад давления, более эффективны, чем глушители с меньшим ограничением. Как объем, так и плотность потока газа через глушитель влияют на характеристики глушителя.

Маслоотделитель

Маслоотделитель - это контейнер с рядом перегородок и сеток, размещенных в линии нагнетания. Выходящий пар с масляным туманом, попадающий в маслоотделитель, вынужден поворачиваться и сталкиваться с перегородками и экранами, позволяя каплям масла объединяться в большие капли, которые стекают в поддон внизу.Отстойник позволяет осадку и загрязнителям оседать и может иметь магнит, притягивающий частицы железа. Когда в поддоне накопится достаточно масла, он поднимает поплавок и стекает обратно в картер компрессора, движимый давлением масла в маслоотделителе.

Маслоотделители чаще всего используются в больших и низкотемпературных системах. Они обязательны в аммиачных системах.

КОНДЕНСАТОР

Конденсатор - это компонент со стороны высокого давления холодильного контура, который позволяет горячему газообразному хладагенту под высоким давлением отдавать скрытую теплоту конденсации в окружающую среду.Эта потеря тепла вызывает конденсацию газа в жидкость под высоким давлением, которая может быть подана по трубопроводу к измерительному устройству. Тепло, отводимое конденсатором, поступает в систему через испаритель и компрессор. Из-за неэффективности и других источников тепла конденсатор в открытой системе должен утилизировать примерно в 1,25 раза больше тепла, чем в испарителе. Конденсаторы в герметичных системах также должны отводить тепло от обмоток двигателя.

В зависимости от функции и способов отвода тепла используется много различных типов конденсаторов.Две основные категории «с водяным охлаждением» и «с воздушным охлаждением» подразделяются на среду, используемую для отвода тепла. Основная цель конструкции конденсатора состоит в том, чтобы отводить максимум тепла с наименьшими затратами и занимаемым пространством.

Вода и воздух обычно являются обильными и экономичными конденсирующими средами. Вода может быстро и эффективно отводить большое количество тепла, что позволяет сделать конденсатор относительно небольшим и делает конденсатор с водяным охлаждением более экономичным, когда он доступен. Однако воды может быть мало или она химически непригодна для охлаждения конденсатора.Кроме того, конденсаторы с водяным охлаждением подвержены образованию накипи, загрязнения, замерзания и коррозии.

Конденсаторы с воздушным охлаждением должны быть больше, чем агрегаты с водяным охлаждением, но не должны иметь проблем с замерзанием или водой. Воздушное охлаждение используется, когда вода недоступна, дорога или химически непригодна.

Ребра, проволока или пластины могут быть прикреплены к трубке конденсатора для увеличения площади поверхности и способности отводить тепло конденсации. Вентиляторы или насосы обычно используются для увеличения потока конденсирующейся среды.Такие усовершенствования увеличивают переохлаждение хладагента, увеличивают скорость теплопередачи и уменьшают овальный размер конденсатора.

КОНДЕНСАТОР ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ

Реле конденсаторов с воздушным охлаждением на вентиляторах для перемещения воздуха по трубкам и ребрам для отвода тепла от хладагента. Кожухи используются для повышения эффективности вентилятора за счет направления всего воздушного потока через трубы конденсатора. Для увеличения площади поверхности конденсатора можно использовать ребра различного типа.Правильная теплопередача в конденсаторах с воздушным охлаждением может быть достигнута только при чистой поверхности конденсатора.

Конденсатор с воздушным охлаждением должен быть спроектирован для работы в самых жарких условиях окружающей среды, когда теплопередача будет самой медленной, а охлаждающая нагрузка, вероятно, будет максимальной.

Наружный конденсатор с воздушным охлаждением, работающий в холодную погоду, представляет собой особую проблему при проектировании системы. Необходимы особые меры предосторожности для защиты наружного конденсатора с воздушным охлаждением от низких температур окружающей среды.Основная проблема заключается в том, что хладагент не будет протекать через дозирующее устройство, если давление напора не будет достаточным, а низкие температуры окружающей среды уменьшат напор.

Для работы конденсатора с воздушным охлаждением при низких температурах окружающей среды системе может потребоваться любое из следующих устройств или их комбинация:

  1. Всепогодный кожух конденсатора
  2. Способ предотвращения короткого цикла компрессора
  3. Способ регулирования напора в зимний период и при отрицательных температурах окружающей среды
  4. Способ предотвращения разбавления компрессорного масла жидким хладагентом

Заявление об ограничении ответственности - В то время как Berg Chilling Systems Inc.(«Берг») прилагает разумные усилия для предоставления точной информации, мы не делаем никаких заявлений и не даем никаких гарантий относительно точности любого содержания в ней. Мы не несем ответственности за какие-либо типографские ошибки, ошибки или упущения в содержании, а также другие ошибки или упущения. Мы оставляем за собой право изменять содержание этой документации без предварительного уведомления.

, Олдрих Бочек (1939-2003)
Эксперт по управлению температурным режимом
Berg Chilling Systems Inc.

принципов работы льдогенератора

В настоящее время льдогенератор используется все шире и шире. Например, этот тип льдогенератора широко используется в отелях, ресторанах, кафе, ресторанах быстрого питания и т. Д.Но действительно ли у вас есть сознательное представление о том, что такое льдогенератор, и знаете ли вы принципы работы льдогенератора?

Льдогенератор - это разновидность оборудования для охлаждения льда. Воду сначала нужно залить в испаритель машины, затем после испарения образующийся пар будет поступать в систему охлаждения и охлаждаться в лед с помощью хладагента.

Вначале давайте рассмотрим первый вопрос. Лед можно разделить на разные типы в соответствии с разными методами сортировки.В зависимости от формы льда, льдогенераторы можно разделить на трубчатые льдогенераторы, льдогенераторы, чешуйчатые льдогенераторы, пластинчатые льдогенераторы и кубические льдогенераторы. В то время как в соответствии с функциями льда, льдогенераторы могут быть сгруппированы в ледогенераторы для съедобного использования и машины для промышленного использования. Вообще говоря, лед, изготовленный с помощью машины для производства льда из труб и частиц, обычно используется в пищу, в то время как лед, сделанный на других машинах, предназначен для промышленного использования.

Многие люди действительно хотят знать принципы работы льдогенераторов, они всегда задаются вопросом, как они могут так легко превратить воду в лед? А теперь давайте вместе откроем секрет.

Прежде всего, с помощью водяного насоса охлажденная вода в накопительном баке непрерывно циркулирует в пластинах и ящиках льдогенератора.

Затем, после последовательной последовательности, вдох - сжатие - выхлоп - конденсация - дроссель - низкотемпературное испарение (вода всегда испаряется при низкой температуре: -10 ℃ -18 ℃), охлажденная вода, которая находится в воде с температурой 0 ℃, продолжает конденсироваться постепенно превращаться в лед на поверхности испарителя с более низкой температурой. Когда лед конденсируется до определенного уровня толщины, или вы можете сказать, когда температура хладагента достигает заданной температуры, снова начинается другая циркуляция.Из приведенных выше статей вы теперь можете в общих чертах понять принцип работы льдогенератора.



ПРИМЕНЕНИЕ ЛЬДА

Int J Refrig. Авторская рукопись; доступно в PMC 1 декабря 2011 г.

Опубликован в окончательной редакции как:

PMCID: PMC3081589

NIHMSID: NIHMS226571

M. Kauffeld

a Karlsruhe University of Applied Sciences. 30, 76133 Карлсруэ, Германия, факс: +49 721 925 1915, изд[email protected]

MJ WANG

b Sunwell Technologies Inc., 180 Caster Avenue, Woodbridge, L4L 5Y, Canada, факс: + 1-905-85601935, [email protected]

V. Goldstein

b Sunwell Technologies Inc., 180 Caster Avenue, Woodbridge, L4L 5Y, Канада, факс: + 1-905-85601935, [email protected]

KE Kasza

c Аргоннская национальная лаборатория, 9700 South Cass Avenue, Аргонн, Иллинойс, 60439, США, [email protected]

a Университет прикладных наук Карлсруэ, Moltkestr.30, 76133 Карлсруэ, Германия, факс: +49 721 925 1915, [email protected] b Sunwell Technologies Inc., 180 Caster Avenue, Woodbridge, L4L 5Y, Canada, факс: + 1-905-85601935, [email protected] c Аргоннская национальная лаборатория, 9700 Саут-Касс-авеню, Аргонн, Иллинойс, 60439, США, [email protected] См. другие статьи в PMC, в которых цитируется опубликованная статья.

Abstract

Ожидается, что роль вторичных хладагентов будет расти по мере увеличения внимания к сокращению выбросов парниковых газов.Эффективность вторичных хладагентов можно повысить, если вместо однофазной среды ввести среду с изменяющейся фазой. Работая при температурах ниже точки замерзания воды, ледяная суспензия способствует ряду улучшений эффективности, таких как снижение потребления энергии насосом, а также снижение требуемой разницы температур в теплообменниках за счет полезных теплофизических свойств ледяной суспензии. Исследования показали, что ледяная суспензия может быть спроектирована так, чтобы иметь идеальные характеристики частиц льда, чтобы ее можно было легко хранить в резервуарах без агломерации, а затем извлекать для перекачивания с очень высокой фракцией льда без закупоривания.Кроме того, ледяная суспензия может использоваться во многих системах прямого контакта с пищевыми продуктами и в системах медицинского охлаждения. В этой статье представлен обзор последних разработок в технологии приготовления ледяной суспензии.

Ключевые слова: Ледяная суспензия, холодильные камеры, пищевая промышленность, хирургия, защитная гипотермия

1. ВВЕДЕНИЕ

Использование льда для продления срока хранения пищевых продуктов восходит к тысячелетиям. Вплоть до середины века весь лед, используемый для охлаждения, был получен из природных источников, таких как зимний снег / лед или импортный арктический лед.Иногда природный снег смешивали с солью, чтобы снизить температуру. Первое мороженое было произведено по этой «технологии» около двух тысяч лет назад в Древнем Риме.

С появлением механического охлаждения лед можно было производить в различных формах, таких как блок, куб, труба или чешуйчатый лед. Большинство этих форм льда требуют определенной степени ручного управления для транспортировки из одного места в другое и имеют довольно острые края, которые могут повредить поверхность продукта при использовании для прямого контактного охлаждения.Кроме того, они обычно довольно крупные и имеют плохую теплопередачу при выделении скрытой теплоты плавления.

Ледяная суспензия - это однородная смесь мелких частиц льда и жидкости-носителя. Жидкость может быть чистой пресной водой или бинарным раствором, состоящим из воды и депрессанта точки замерзания. Хлорид натрия, этанол, этиленгликоль и пропиленгликоль - четыре наиболее часто используемых в промышленности депрессантов точки замерзания. За последние два десятилетия интерес к использованию охлаждающих жидкостей на основе ледяной суспензии с фазовым переходом значительно вырос (Kauffeld, et al., 2005).

Ледяная суспензия имеет высокую плотность хранения энергии из-за скрытой теплоты плавления кристаллов льда. Он также имеет высокую скорость охлаждения из-за большой площади поверхности теплопередачи, создаваемой его многочисленными частицами. Суспензия поддерживает постоянный низкий уровень температуры во время процесса охлаждения и обеспечивает более высокий коэффициент теплопередачи, чем вода или другие однофазные жидкости. Эти особенности ледяной суспензии делают ее полезной для многих приложений. Например, система аккумулирования тепла на основе ледяной суспензии производит и хранит холод в виде плотной ледяной суспензии в ночное время, когда электричество дешево, а затем холодная энергия может быть быстро высвобождена путем плавления ледяной суспензии для кондиционирования воздуха в зданиях. в дневное время, когда электричество может быть в несколько раз дороже.

В некоторых применениях ледяная суспензия может быть приготовлена ​​в периоды отсутствия спроса и сохранена для дальнейшего использования. Как высокая плотность накопления энергии, так и перекачиваемая подача ледяной суспензии к охлаждающим нагрузкам позволяет добиться значительного уменьшения размеров резервуаров, насосов, трубопроводов и охладителей. Надежная перекачка суспензии с высоким содержанием льда, также называемая высокой «сплоченностью льда», из резервуара и через распределительную систему без забивания стала возможной только недавно.Исследования показали, что ледяная суспензия должна иметь правильные характеристики частиц льда (размер, шаровидную форму и гладкость), чтобы полностью реализовать свой потенциал в качестве охлаждающей жидкости (Kasza and Hayashi, 2001a; Kauffeld et al., 2005). Использование ледяной суспензии может значительно повысить эффективность районных энергетических систем и обеспечить защитное охлаждение пациентов, испытывающих неотложные состояния, такие как остановка сердца или во время плановых операций. Ледяная суспензия также может использоваться в качестве охлаждающей среды на различных судах без встроенных систем охлаждения, таких как охлаждаемые тележки для ледяной суспензии, грузовики или рыбацкие лодки.

«Справочник по ледяным шламам - основы и разработка», опубликованный Международным институтом холода, содержит всесторонний обзор различных применений ледяных шламов до 2005 г. (Kauffeld, et al. , 2005). Он включает множество примеров косвенного контактного охлаждения: от комфортного охлаждения зданий и золотых рудников до технологического охлаждения пивоварен, молочных заводов и других продуктов. Однако он имеет лишь ограниченный охват приложений охлаждения с прямым контактом.Витрины для рыбопереработки и супермаркетов - единственные два примера, кратко описанные в книге. За последние пять лет в более чем 40 странах было построено большое количество установок для прямого контактного охлаждения различных пищевых продуктов. В этой статье обсуждаются последние разработки в области ледяной суспензии в качестве вторичного хладагента и технологии прямого контактного охлаждения, используемой в пекарне, упаковке продукции, рыболовстве, а также ее новое появляющееся применение для защитного охлаждения органов во время неотложной медицинской помощи и хирургических вмешательств.Также обсуждаются требования и проблемы рынка для каждой отрасли, а также дается подробное описание используемых современных решений.

2. ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛЕДЯНЫХ ЧАСТИЦ В ЛЕДЯНОЙ ЖИДКОСТИ

Среди прочего, Kasza и Hayashi показали, что ледяная суспензия должна создаваться в микромасштабе, чтобы иметь правильные характеристики ледяных частиц (2001a). В общем, частицы льда, полученные и взвешенные в чистой воде, образуют ледяную суспензию с плохой текучестью, что обычно наблюдается у тех, кто пытается насладиться напитком из ледяной кашицы, всасывая через соломинку; лед остается в чашке.Система микроскопа использовалась для изучения формы частиц льда и шероховатости поверхности ледяной суспензии с хорошими и плохими характеристиками обработки. показывает пример плохой ледяной суспензии, приготовленной в блендере с чистой водой. Как показано на рисунке, ледяная суспензия, переливаемая через воронку, закупоривает воронку, и в стакан поступает только вода. На двух вставках изображения микроскопа показаны два типа частиц льда, которые образуют плохую ледяную суспензию: дендритные частицы, которые очень грубые и удлиненные и образуют большие запутанные кластеры, вызывающие закупорку, и шаровидные частицы с шероховатой поверхностью, которые запутываются в меньшей степени, но все же далеки от оптимальный.Как показано при использовании способов, которые включают добавление химиката, понижающего температуру замерзания, к жидкости-носителю (в данном случае соли) для сглаживания шероховатости поверхности частиц льда, а также использование дополнительного сглаживания термического плавления во время производства приводит к значительному улучшению текучести ледяной суспензии; ледяная суспензия легко течет через воронку в стакан, не забиваясь. Удаление шероховатости поверхности отдельных частиц льда на микромасштабном уровне позволяет частицам льда с высокой нагрузкой скользить друг мимо друга, не запутываясь и не агломерируя, что исключает закупорку воронки.Самая лучшая ледяная суспензия состоит из частиц льда, которые начинают иметь шаровидную форму; ледяная суспензия, приготовленная из дендритных частиц льда, может быть улучшена с помощью химического и термического сглаживания, но не так резко, как для глобулярных частиц. Большое соотношение сторон дендритных частиц льда, даже несмотря на то, что частицы маленькие, способствует их кластеризации и запутыванию.

Химическое и термическое сглаживание шаровидных и дендритных частиц льда приводит к значительным улучшениям в поведении ледяной суспензии: (а) отсутствие сглаживания; плохая ледяная жижа; б) со сглаживанием; хорошая ледяная суспензия (Kasza and Hayashi, 2001).

Два метода разглаживания частиц льда (химический и термический) могут использоваться по отдельности или в комбинации в процессе производства ледяной суспензии в зависимости от метода производства льда и требуемого качества ледяной суспензии. Химическое разглаживание вызывается использованием депрессантов точки замерзания, таких как этиленгликоль, пропиленгликоль, этанол или различных солей, таких как хлорид натрия. Термическое сглаживание является результатом добавления отмеренных количеств более теплой охлаждающей жидкости к смеси ледяной суспензии во время производства.Тщательное использование этих методов сглаживания частиц значительно улучшает технические характеристики ледяной суспензии. Необходимое использование депрессанта точки замерзания, такого как гликоль, связано с расходами и сложностью. Изучаются другие химические вещества и методы создания частиц льда. Использование ледяной суспензии может значительно повысить эффективность систем охлаждения с распределенной нагрузкой, а также разрабатывается для медицинских приложений.

Сильное влияние химического выравнивания шероховатости поверхности отдельных частиц льда на технические характеристики перемешивания ледяной суспензии продемонстрировано с помощью простого лабораторного прибора.Аппарат состоит из 4-литрового стакана, установленного на платформе смесителя с регулируемым магнитным приводом. Тестирование включало наполнение химического стакана каждый раз 3 литрами ледяной суспензии с различной загрузкой льда от 5 до 35% по весу, приготовленной с использованием жидкости-носителя на водной основе, содержащей низкий процент этиленгликоля (от 0 до 3%), и постепенного увеличения скорости вращения смесителя с от нуля до точки, в которой хранящаяся ледяная суспензия полностью участвует в перемешивании снизу вверх.

Как показано в (Kasza and Hayashi, 1999), воздействие химического разглаживания на характеристики перемешивания ледяной суспензии является огромным.Без гликоля ледяная суспензия с содержанием льда более 13% не может быть эффективно перемешана снизу вверх. При увеличении количества гликоля суспензию можно смешивать при гораздо более высоких нагрузках льда. Например, с 3% гликоля суспензия льда, загруженная на 35%, может быть смешана при скорости вращения смесителя 500 об / мин. Депрессант точки замерзания уменьшает запутывание частиц за счет сглаживания шероховатости поверхности отдельных частиц льда и позволяет частицам при более высоких нагрузках скользить друг относительно друга, что значительно снижает рассеяние энергии перемешивания.Кроме того, сглаживание также позволяет намного легче выкачивать ледяную суспензию из контейнера и протекать через подающие трубопроводы при гораздо более высоких нагрузках без закупоривания.

3. ПРОИЗВОДСТВО ЛЕДЯНОЙ ЖИДКОСТИ

Самая важная проблема, связанная с внедрением технологии охлаждения ледяной суспензии, по-прежнему связана с тем, какой метод производства льда и превращения его в ледяную суспензию является наилучшим для конкретного применения. Существует несколько способов производства льда, которые проявляются как коммерческие устройства для производства льда; Устройство, выбранное для данной системы охлаждения ледяной суспензии, следует выбирать тщательно из-за различий в типах частиц льда, которые они производят.Некоторые типы доступных устройств производят дендритный лед, как показано ниже:

* Образует дендритные частицы льда, которые даже после химического и термического сглаживания имеют большое соотношение длины к диаметру и более склонны к спутыванию.

В большинстве установок для производства ледяной пульпы используются генераторы льда со скребковой поверхностью. Во многих установках первоначальные инвестиционные затраты выше из-за этого типа льдогенератора. Часто эксплуатационные расходы аналогичны эксплуатационным расходам других холодильных систем.Но обычно энергопотребление распределительных насосов снижается примерно на 40% по сравнению с средами без изменения фазы. Иногда можно также сэкономить на затратах на электроэнергию (хранение ледяной пульпы в Японии, где тарифы на электроэнергию могут быть в 3-5 раз ниже в ночное время, чем в дневное время), можно получить более высокую ценность охлажденного продукта (например, рыба, консервированная во льду. навозной жижи) или повышение производительности за счет сокращения трудозатрат, расхода льда и / или отходов.

В последнее время дальнейшие улучшения в производстве и доставке ледяной суспензии стали результатом необходимости разработки суспензий для медицинских защитных охлаждающих систем.Для этого применения, описанного в разделе 6, ледяная суспензия изготавливается с использованием разглаживания ледяных частиц, в результате чего получается ледяная суспензия, которую можно перекачивать с более чем 50% -ной загрузкой льда через трубы диаметром менее 1 мм.

Некоторые из новых применений ледяной суспензии будут описаны в следующих параграфах.

4. ПРИМЕНЕНИЕ ЛЕДЯНОЙ ЖИДКОСТИ, ВКЛЮЧАЯ ТЕПЛООБМЕННИКИ

Способность хранить ледяную суспензию без агломерации или запутывания частиц во время хранения, а затем откачивать ее из резервуара в виде однородной смеси, очень важна для реализации технологии охлаждения ледяной суспензии и достижения весь его потенциал.В некоторых приложениях выгодно делать ледяную суспензию в периоды непиковой нагрузки (ночное время) и хранить ее для дальнейшего использования (дневные периоды). В большинстве прошлых систем хранения тепла для льда лед не откачивали из резервуара, а только охлажденную воду подавали к точкам нагрузки. Ледяная суспензия или куски льда растапливались в резервуаре для хранения. Как централизованное хранение, так и перекачивание ледяной суспензии к нагрузкам имеет преимущество, позволяющее значительно уменьшить размер трубопроводов, насосов и резервуаров по сравнению с тем, что потребовалось бы для охлажденной воды.Как показано в (Kasza and Chen, 1987), в зависимости от плотности загрузки льда резервуар для хранения ледяной суспензии может составлять всего 1/10 размера резервуара, используемого для хранения эквивалентной охлаждающей способности охлажденной воды и подаваемого хладагента. скорость потока также может быть значительно снижена по сравнению с охлажденной водой. Кроме того, новая система трубопроводов, предназначенная для распределения ледяной суспензии, может иметь диаметр почти 1/3 диаметра, необходимого для подачи охлажденной воды с той же охлаждающей способностью. В случае модернизации использование жидкого навоза может увеличить охлаждающую способность системы без увеличения размеров трубопроводов и резервуаров для хранения.

Сравнение расхода охлаждающей жидкости и объема резервуара для хранения ледяной суспензии и обычной охлажденной воды (Kasza and Chen, 1987).

Пропускная способность трубопровода ледяной суспензии Q, в кДж -1 или кВт охлаждения при полном растапливании, является важным параметром при проектировании системы с прямым применением ледяной суспензии к удаленным теплообменникам. иллюстрирует влияние скорости потока, сплоченности льда и диаметра трубы на способность транспортировки ледяной суспензии (Kauffeld et al, 2005).

Пропускная способность ледяной суспензии (кВт охлаждения при полном растапливании) в трубах (D rør : внутренний диаметр трубы) (Kauffeld et al, 2005).

Хранение ледяной суспензии в резервуарах осложняется тем фактом, что при определенных условиях частицы льда со временем будут постепенно срастаться или агломерироваться, что затрудняет откачку ледяной суспензии из резервуара с большими нагрузками (Kasza and Hayashi, 2001b и Hansen et al., 2003). Однако на практике всегда желательно хранить ледяную суспензию с максимально возможной загрузкой льда, чтобы максимально эффективно уменьшить размер резервуара.При выгрузке из резервуара для хранения ледяная суспензия может иногда нуждаться в разбавлении до более низкой фракции льда, которая совместима с насосом и системой трубопроводов в сети доставки. Компания Grozdek предлагает оптимальную концентрацию льда в отношении мощности нагнетания и транспортной способности для быть около 20%, как показано в (Grozdek, 2009).

Отношение способности транспортировки ледяной суспензии и требуемой мощности откачки к массовой доле льда для трубы диаметром 15 мм (Grozdek, 2009).

Размер частиц льда, их форма / гладкость и фракция льда в жидкости-носителе могут существенно повлиять на способность перекачивать ледяную суспензию по трубопроводу без запутывания частиц, забивания труб и возникновения большого перепада давления в трубопроводе подачи ледяной суспензии и арматура.Как показано в и (Liu et al., 1988; Choi et al., 1988), при правильном приготовлении ледяная суспензия может перекачиваться без проблем, как и вода, в широком диапазоне условий. Также очевидно, что падение давления, связанное с потоком ледяной суспензии в трубе по сравнению с потоком воды, сильно зависит от размера частиц и фракции льда даже для высококачественной ледяной суспензии, состоящей из глобулярных гладких частиц. Хорошо известно, что коэффициенты теплопередачи значительно увеличиваются, когда фракция льда составляет 15 и более процентов (Kauffeld and Christensen, 1997).Улучшение теплопередачи наиболее заметно при низких скоростях потока. Также на теплопередачу влияет размер частиц льда и, следовательно, возраст ледяной суспензии.

Падение давления в трубе длиной 7 метров и внутренним диаметром 50 мм: ледяная суспензия (18% льда; сплошной символ) и вода (1 ° C; незакрашенный символ); (Лю и др., 1988; Чой и др., 1988).

4.1 Применение ледяной пульпы для охлаждения зданий

По сравнению с другими странами, Япония, вероятно, имеет наибольшее количество установленных систем ледяной пульпы (Wang and Kusumoto, 2001).По приблизительной оценке, количество установок в Японии составляет более 400 систем, в то время как в Европе имеется только около 150 систем ледяной суспензии (Rivet, 2009). Чаще всего ледяная суспензия используется только в качестве накопителя энергии в системах кондиционирования воздуха в зданиях и не перекачивается непосредственно потребителям. Применение ледяной суспензии в системах кондиционирования воздуха может быть выгодным с энергетической точки зрения в сочетании с низкотемпературными системами распределения воздуха (t воздух 2 ° C).Низкотемпературный воздух позволил бы сэкономить энергию вентилятора, размер воздуховода и, следовательно, высоту здания, но, конечно, необходимо обеспечить тепловой комфорт и качество воздуха, воспринимаемое работающими в здании. Перекачивание ледяной пульпы по всему зданию в настоящее время осуществляется по крайней мере в одном офисном здании в Японии. Но здесь температура приточного воздуха составляет ° C. Причина использования ледяной суспензии в этом здании заключалась не в экономии энергии, а в экономии эксплуатационных расходов, поскольку ледяная суспензия производится в течение ночи и хранится в больших резервуарах для хранения.

В США HVAC является крупнейшим потребителем энергии в коммерческих зданиях, на долю которого приходится более 33% общего потребления энергии. Из них 13% используется для охлаждения и 20% для других зданий коммерческого сектора. Охлаждение зданий становится все более сложной задачей из-за растущих затрат на электроэнергию и потребности в сокращении выбросов парниковых газов. Комбинированные системы отопления, охлаждения и электроснабжения находят все более широкое применение, но имеют экономические проблемы из-за высоких затрат на природный газ и электроэнергию, а также больших первоначальных затрат на капитальное оборудование.Операторы больших систем охлаждения с несколькими зданиями часто сталкиваются с ограничениями из-за нехватки подземных распределительных трубопроводов и резервуаров для хранения охлаждающей жидкости, а также из-за высокой стоимости разрушения улиц для установки новых трубопроводов. Операторы предприятий часто сталкиваются с проблемами в их собственных операциях, из-за которых дополнительное охлаждение обходится дорого. Наконец, крупномасштабные системы охлажденной воды являются капиталоемкими и используют большое количество зачастую дефицитной воды; особенно в высокоразвитых районах Юго-Западного У.С., Ближний Восток и Азия.

Использование охлаждающих жидкостей на основе ледяной суспензии в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха может обеспечить более эффективное охлаждение при значительно меньших эксплуатационных расходах и затратах на оборудование. Ледяная суспензия была признана за ее значительный потенциал для улучшения охлаждающей способности по сравнению с системами с охлажденной водой из-за очень большой теплоты плавления льда (334 кДж / кг). Однако возможность производить ледяную суспензию с фракциями льда, приближающимися к 50% по весу, хранить ее, а затем извлекать ее для распределения в трубопроводной сети без закупоривания труб, доставляющих ледяную суспензию к нескольким нагрузкам, была труднодостижимой и препятствовала применению этой технологии.

показывает схему испытательной установки, используемой в Аргоннской национальной лаборатории для изучения методов производства ледяной суспензии, включающих химическое и термическое сглаживание ледяной суспензии во время производства, хранения, экстракции и распределения по трубопроводам. Показанные резервуары составляют ~ 4000 литров каждый, а диаметр трубопровода достигает 70 мм.

Схема установки по производству аргоннской ледяной пульпы.

4.2 Крупномасштабная демонстрация централизованного охлаждения с помощью ледяной суспензии

Технология охлаждения ледяной суспензии применяется в таких странах, как Япония и Корея, для замены систем охлаждения с использованием охлажденной воды и внутренних хранилищ льда (лед, производимый в резервуаре, который никогда не покидает резервуар) .Этим странам пришлось решать проблемы высоких энергозатрат и приспосабливаться к ним, а также стремиться к повышению эффективности использования энергии. Пришло время в более широком масштабе использовать технологию охлаждения ледяной суспензии для улучшения охлаждения и использования энергии.

Разрабатывается 5-летняя демонстрационная программа, которая будет включать поставку системы охлаждения ледяной суспензии, произведенной на центральном заводе, в несколько зданий в кампусе Аргонн. показывает схему, изображающую охлаждающую жидкость из ледяной суспензии, производимую на центральном предприятии и доставляемую по трубам к множеству распределенных охлаждающих нагрузок на объекте.На схеме показаны два способа, которыми охлаждение ледяной суспензии может быть связано со зданием: для здания слева, которое представляет собой типичное использование ледяной суспензии при модернизации, ледяная суспензия никогда не попадает в здание, а охлаждается через теплообменник, соединенный с существующим. система охлаждения здания; здание справа, которое представляет собой новое здание, спроектированное для использования ледяной суспензии, показывает вспомогательный резервуар для хранения ледяной суспензии, из которого здание получает охлаждение за счет циркуляции ледяной суспензии через систему обработки воздуха здания.

Схема системы охлаждения здания ледяной пульпы с распределенной нагрузкой.

После успешного завершения группа по демонстрации охлаждения ледяной пульпы и развитая инфраструктура, среди прочего, достигли следующих целей:

  • ▪ Разработать концепцию охлаждения, которая будет более энергоэффективной и приведет к снижению эксплуатационных расходов и затрат на оборудование по сравнению с существующими крупными индивидуальными системами
  • ▪ Разработайте принципы управления и эксплуатации в отношении охлаждения помещений, централизованного охлаждения и возможности переключения нагрузки
  • ▪ Возможность оптимизировать конструкцию ледогенератора и оптимизировать кондиционирование частиц ледяной пульпы для получения хорошо загруженной ледяной суспензии, которую можно хранить и перекачивать.

4.3 Применение ледяной суспензии на пивоваренных заводах

Пивоваренный завод Zipf полагается на аммиачную установку с ледяной суспензией в качестве охлаждающей жидкости для своих нужд в охлаждении. Модернизация системы охлаждения с прямым расширением аммиака была осуществлена ​​в 2004 году. Новая система была разработана для снижения высокого энергопотребления, связанного со старой насосной и холодильной системой. Модернизация проводилась без перерыва в работе. Существующая система охлаждения была сохранена, но контур хладагента, а также часть насосной системы аммиака были заменены ледяной суспензией.Сохранились большинство существующих трубопроводов, теплообменники на пивных резервуарах и в холодильных камерах. Новые установки включали два орбитальных стержневых ледогенератора холодопроизводительностью 230 кВт и воздухоохладители, специально разработанные для ледяной суспензии. Силос 3 площадью 110 м с холодопроизводительностью 5000 кВтч был добавлен в качестве аккумулятора тепла. Три массовых расходомера кориолисового типа определяют сплоченность льда на разной высоте. Установленная холодопроизводительность была снижена с 1350 кВт до 670 кВт в результате снижения нагрузки за счет использования теплоаккумулятора ледяной суспензии.Заряд аммиака уменьшен с 3000 кг до 500 кг. Известно, что несколько подобных систем было установлено на пивоваренных заводах в Японии.

4.4 Применение ледяной суспензии на больших кухнях

На больших европейских кухнях учреждений во Франции (Compingt et al., 2009), Германии и Лихтенштейне установлено несколько систем охлаждения ледяной суспензии. Больничная кухня «Klinikum Stuttgart» в Германии принадлежит к одной из крупнейших установок по производству ледяной суспензии в отрасли. Кухня была построена в 2007 году и позволяет готовить до 6000 блюд в день.Здесь ледяная суспензия используется исключительно для охлаждения всей технологической цепочки варки и охлаждения, включая последующую систему распределения, впервые (). Это касается всего: от переохлажденных емкостей и холодильных камер до станций порционирования и примерно 130 охлаждаемых тележек для транспортировки лотков из нержавеющей стали. Вместе с индукционными док-станциями и индукционными тележками обеспечивается надежное охлаждение транспортировки и бережная регенерация продуктов. Завод рассчитан максимум на 9000 приемов пищи в день.Суспензию льда на основе этанола и воды производят в 16 генераторах суспензии со скребком для льда с общей холодопроизводительностью 185 кВт. Ледяная пульпа хранится в 3-х цилиндрических емкостях-накопителях объемом 22 м 3 каждая. Пища хранится в холодильных камерах, охлаждаемых воздухоохладителями для ледяной суспензии перед приготовлением. В зависимости от приготовления пищи, пища охлаждается в конвейерных шоковых охладителях с охлаждением ледяной пульпы или непосредственно в больших варочных котлах / котлах. Такое быстрое охлаждение внутри котла происходит в три раза быстрее, чем при обычном шоковом охлаждении, и, следовательно, обеспечивает более длительный срок хранения продукта.Кроме того, быстрое охлаждение сокращает количество ручных операций, мытья посуды и пищевых отходов. Охлажденные продукты снова хранятся в холодильных камерах до тех пор, пока они не будут разделены на пластиковые лотки, перемещающиеся по ленточным конвейерам. Еда, которую нужно подавать холодной, кладется на обычные фарфоровые тарелки; еда, которую необходимо разогреть перед подачей на стол, подается на фарфоровых тарелках с металлическим покрытием на дне и пластиковой крышкой с внутренним вкладышем из нержавеющей стали. Подносы помещаются в изолированные тележки из нержавеющей стали с двойными стенками, вмещающие две стойки по 10 противней в каждой.Контейнеры с двойными стенками автоматически загружаются менее чем за 4 минуты на станции для заправки ледяной суспензии. Тележки для транспортировки подносов равномерно сохраняют продукты в холоде до 12 часов и соответствуют требованиям HACCP. Тележка для транспортировки подносов устойчива к ударам и ее можно мыть в туннелях для чистки, кабели не мешают при перемещении устройства, и при хранении продуктов в холодном состоянии не излучается отходящее тепло или беспокоящий шум. Оказавшись на месте использования, индукционные нагревательные катушки перемещаются между лотками и нагревают пищу, помещенную на фарфор с металлическим покрытием под пластиковыми столешницами, покрытыми нержавеющей сталью, которые также нагреваются за счет индукции, эффективно предотвращая образование конденсата влаги.Еда, размещенная на обычной посуде или на пластиковом подносе, остается холодной.

Схематическое изображение системы ледяной суспензии, аналогичной Klinikum Stuttgart.

В результате системы образуется полная охлаждающая цепочка с ледяной суспензией - от холодильной камеры до холодильной системы, холодильников и резервуаров обратного охлаждения до конвейерных лент для предприятий общественного питания, диспенсеров тарелок и транспортных тележек охлаждающих поддонов. Поскольку контур ледяной суспензии является автономным, он не производит отходов, вредных для окружающей среды.Нет необходимости в дополнительных устройствах безопасности. Высокоэффективная система охлаждения ледяной суспензии обеспечивает равномерно низкую температуру, что является убедительным аргументом в отношении борьбы с бактериями. В результате система ледяной суспензии полностью соответствует всем требованиям HACCP.

4.5 Применение ледяной суспензии для охлаждения грузовиков и железных дорог

Аналогичная система заправляет грузовики ледяной суспензией перед отправкой грузовиков с охлажденными или даже замороженными продуктами. Такие системы можно найти в эксплуатации в Японии (Kato and Kando, 2008) и в качестве прототипа в Словении.Ледяная суспензия производится на центральном заводе и загружается в специальные теплообменники в изотермических боксах грузовика. Система охлаждения ледяной суспензии работает с большей эффективностью, чем стандартная бортовая система охлаждения грузовика. Таким образом, выбросы углекислого газа, связанные с холодильной системой, могут быть сокращены на 20–30% (Kato and Kando, 2008). Кроме того, двигатель грузовиков с охлаждением ледяной жидкой жидкостью может полностью отключаться в пунктах приема и доставки товаров, что снижает шум и выброс выхлопных газов - функция, которая особенно ценится в крупных городах с проблемами качества воздуха.

Китай использует ледяную суспензию для охлаждения железнодорожных вагонов, где ледяная суспензия заполняется в пустотах, окружающих грузовой отсек (Wang and Goldstein, 1996). Подобно 100-летней технологии использования блочного льда, но ледяная суспензия наносится намного проще.

5. ПРИМЕНЕНИЕ ПРЯМОГО КОНТАКТНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

За последние пять лет в более чем 40 странах было завершено большое количество установок для прямого контактного охлаждения различных пищевых продуктов. В нижеследующем тексте описываются последние разработки технологии ледяной суспензии с прямым контактным охлаждением, используемой в хлебопекарном производстве, упаковке продуктов и в рыболовстве.

5.1 Применение ледяной суспензии в пекарнях

Контроль температуры во время замеса теста имеет важное значение в любой хлебопекарной работе. Тепло, выделяемое во время приготовления теста, может варьироваться в зависимости от условий эксплуатации различных продуктов. Он имеет три источника: увлажнение, так как мука и другие сухие материалы впитывают воду; трение мотора смесителя; и удельная теплоемкость отдельных ингредиентов. Во многих случаях вода для ингредиентов, даже подаваемая при низкой температуре, не обладает достаточной охлаждающей способностью для поглощения избыточного тепла.Хлопьевидный лед часто взвешивают вручную и наносят непосредственно как часть ингредиента, чтобы поддерживать температуру теста на оптимальном уровне от 25 до 28 ° C. Иногда для охлаждения теста также используется CO 2 «сухой лед», а не чешуйчатый лед, но этот метод сталкивается с рядом проблем из-за высоких эксплуатационных расходов и экологических проблем. В последние годы пекарня движется к полной автоматизации, и ручная обработка льда становится все более и более узким местом для многих переработчиков хлебобулочных изделий.

Технология приготовления ледяной суспензии предлагает эффективное решение для охлаждения теста. показывает принципиальную схему системы ледяной суспензии. Используя водно-солевой раствор в качестве среды для производства льда, внутри льдогенератора образуются кристаллы, которые затем перекачиваются в статический резервуар для хранения льда, где они остаются взвешенными в воде. Через механизм сбора льда наверху резервуара частицы льда на основе пресной воды выгружаются по запросу и смешиваются с охлажденной водой в резервуаре для смешивания с образованием суспензии.Затем они по замкнутому контуру поступают прямо в тестомесильные машины. Дозирующие насосы в каждом месте подачи могут точно контролировать количество ледяной суспензии из контура в смесители.

Принципиальная схема системы ледяной суспензии для хлебобулочных изделий.

В Северной, Центральной и Южной Америке есть несколько установок для приготовления ледяной суспензии для приготовления различных изделий из теста, от белого хлеба, сладкого хлеба до багетов. В зависимости от требований к сплоченности льда, установка повторного перемешивания и подачи льда может незначительно отличаться от приведенной выше диаграммы.В одной установке в тестомеситель загружаются только частицы сухого льда.

Установки подтвердили, что частицы льда в суспензии или в сухой форме легко смешиваются и распределяются в ингредиентах теста, равномерно контролируют температуру теста и устраняют необходимость чрезмерного замешивания теста. В результате получается более однородная текстура и качество теста. Один из переработчиков белого хлеба заметил, что при использовании колотого льда или чешуйчатого льда тесто часто становилось липким, что влияло на качество клейковины и приводило к плохому внешнему виду крошек.При использовании ледяной суспензии в получаемых ломтиках хлеба наблюдается однородный и регулярный размер альвеол. Эти выводы по-прежнему носят качественный характер, и необходимы дальнейшие научные исследования.

5.2 Применение ледяной суспензии при упаковке продуктов

Для многих свежих овощей сохранение качества продукта зависит от быстрого и тщательного охлаждения сразу после сбора урожая и поддержания низкой температуры окружающей среды во время хранения или обработки. Ледяная суспензия является эффективной охлаждающей средой после сбора урожая для различных продуктов, включая спаржу, цветную капусту, брокколи, зеленый лук, дыни, листовую зелень, морковь и сладкую кукурузу.Возьмем, к примеру, брокколи. Быстрое обледенение заполненных воском картонных коробок брокколи ледяной жидкостью после сбора урожая предотвращает увядание, подавляет ферментативную деградацию и дыхательную активность; замедляет или подавляет рост вызывающих гниение микроорганизмов и снижает выработку этилена. Это гарантирует, что головки брокколи сохраняются в свежем и привлекательном состоянии на протяжении всей холодовой цепи прямо для потребителя.

Есть несколько способов заправки льда в картонную коробку с различными продуктами.Самый простой способ обледенения - вручную добавить отмеренное количество льда на верхнюю часть каждой коробки. Этот метод трудоемок и лишь в минимальной степени приемлем для небольших предприятий. В этом случае довольно часто бывает неравномерное охлаждение продуктов, потому что лед обычно остается на месте, пока не растает.

Использование ледяной суспензии для охлаждения и консервирования продуктов является предпочтительным методом для современных операций по упаковке продуктов. Он особенно эффективен для плотных упаковок и пакетов на поддонах.Широко используемый подход заключается в том, чтобы вводить ледяную суспензию в ящики для продуктов на поддонах вручную через отверстия для рук. Это простой, но малоэффективный метод, так как двум преданным работникам требуется 5 минут, чтобы заморозить поддон с 30 ящиками (Boyette and Estes, 2000). Использование автоматической камеры обледенения поддонов может значительно повысить эффективность обледенения. Конструкция включает корпус из нержавеющей стали, способный обрабатывать поддон с 48 ящиками (9 кг брокколи на ящик) во время каждой операции обледенения. Для перемещения поддона в камеру требуется только один оператор.При включении локально установленного выключателя обледенения две передние двери закрываются автоматически. Циркуляционный насос начинает перемещать ледяную суспензию в смесительном резервуаре, расположенном прямо под камерой, в верхнюю часть корпуса, где она распределяется по четырем вертикальным прорезям на боковых стенках. Затем ледяная суспензия вынуждается течь через ручные отверстия и заполнять пустоты во всех ящиках в течение 90 секунд. По мере стекания воды частицы льда плотно упаковываются вместе с продуктом. Затем поддон перемещается из камеры.

Для того, чтобы позволить производственным упаковщикам оптимально регулировать количество обледенения в ящиках для продуктов в зависимости от места их отгрузки, был разработан механизм обледенения погружного типа, который был внедрен в упаковщик для крупных продуктов в Калифорнии для упаковки брокколи. Новый механизм включает в себя держатель поддонов с 48 ящиками, подъемник с гидравлическим приводом и погружной бак 3 на 17,5 м, в котором ледяная суспензия поддерживается однородно с помощью двух мешалок мощностью 7,5 кВт. Изменяя время погружения каждого поддона в погружной резервуар от 45 до 120 секунд, количество льда, загружаемого в каждый ящик для брокколи, можно регулировать от 5 кг до 13 кг.

5.3 Применение ледяной суспензии в рыболовстве

5.3.1 Текущее состояние

Рыба, будучи скоропортящимся кормом, быстро портится, как только умирает. Без надлежащего хранения продукта бактериальные, ферментативные и химические процессы быстро сокращают срок хранения, вызывают потерю капель и, в конечном итоге, приводят к браку продукта из-за порчи. Процесс порчи ускоряется повышенными температурами; повреждениями, такими как синяки, порезы и царапины; и загрязнением.Ключом к сохранению рыбы является немедленное охлаждение после вылова или вылова до температуры немного выше точки замерзания и поддержание этой температуры на протяжении всей холодовой цепи.

Ледяная суспензия как новая технология для максимального увеличения скорости охлаждения рыбы привлекла большое внимание за последние 25 лет. Департамент рыболовства и океанов Новой Шотландии, Канада, был первой организацией, проводившей систематическое исследование с 1984 по 1988 год. Оно опубликовало серию отчетов об обрабатываемости, физических характеристиках и охлаждающем воздействии ледяной суспензии на рыбу.Впоследствии рыбопромысловые учреждения по всему миру, такие как Управление морской рыбной промышленности Великобритании, Норвежский научно-исследовательский институт сельдевого масла и муки, Исландские рыболовные лаборатории, а недавно и Институт морских исследований Испании, провели углубленный анализ и испытания ледяной суспензии для различных видов рыб. разновидность. После почти 30 лет непрерывных усилий производителей и исследовательских организаций ледяная суспензия теперь широко признана не только как несравненная технология охлаждения, но и как отличная консервационная среда.Он включен во многие недавно опубликованные руководства и правила обращения с рыбой. Например, последняя серия руководств по качеству морепродуктов, выпущенная Ирландским советом по морскому рыболовству (2007 г.), описывает передовые методы обледенения сига следующим образом:

  • Обледенение слякоти важно для некоторых видов, например тунец, ориентированный на премиальные рынки;

  • Слякотный лед обеспечивает быстрое и равномерное охлаждение рыбы, поскольку он обеспечивает лучший контакт с поверхностью рыбы по сравнению с традиционной глазурью;

  • Слякотный лед также сводит к минимуму образование синяков или повреждений от давления, поскольку он является жидкой средой.

Сегодня в рыболовстве установлено более 700 систем, что делает рыбную промышленность одним из крупнейших рынков для технологии ледяной суспензии. Исландия, Япония и Норвегия входят в тройку лидеров списка. Ледяная суспензия все чаще используется для охлаждения, хранения и транспортировки рыбы на рыболовных судах и баржах, на фермах и внутри перерабатывающих предприятий. Сообщается об успехе почти всех основных видов рыб, таких как тунец, желтохвост, лосось, треска, пикша, хек, сельдь, скумбрия, сардина, креветки, мидии и омары (Wang and Goldstein, 2003; Piñeiro et al., 2004). В нынешних негативных глобальных финансовых условиях ледяная жижа будет нужна переработчикам рыбы и рыбакам больше, чем когда-либо, для повышения операционной эффективности и качества продукции.

5.3.2 Проблемы и решения
Качество и выход

Одним из наиболее сложных требований, с которыми сталкивается рыбная промышленность, является улучшение качества и выхода рыбной продукции. Недавние публикации, основанные на микробиологических, биохимических и сенсорных анализах, показывают, что ледяная жижа является многообещающей технологией для достижения этой цели для широкого круга видов рыб (Piñeiro et al., 2004). Например, Родригес и др. (2005) показали, что хранение ставриды в ледяной суспензии на основе рассола привело к значительному увеличению срока хранения с 5 дней с чешуйчатым льдом до 15 дней. Он также включал значительно более медленное образование общего летучего основного азота (TVB-N) и азота триметиламина (TVM-N) после 8 дней хранения. Подобный ингибирующий эффект на механизмы потери качества был также зарегистрирован для сардины с увеличенным сроком хранения на 15 дней в ледяной суспензии по сравнению с 8 днями в чешуйчатом льду (Carmen et al., 2005). Было также установлено, что ледяная суспензия способствует увеличению выхода рыбы и рыбного филе. Исследования Норвежского института рыбного хозяйства и аквакультуры показали, что треска, помещенная в ледяной раствор на три дня (максимально допустимое время для такого хранения), становится в среднем на 4% тяжелее без каких-либо изменений в качестве (Joensen et al. , 2001). В отличие от трески, хранившейся только на льду, веса не наблюдалось. Согласно Piñeiro et al. (2004), присутствие хлорида натрия в ледяной суспензии в концентрациях, аналогичных тем, которые обнаруживаются в морской воде, оказывает двойное действие, а именно, более высокий эффект сохранения и стабилизацию фракции миофибриллярного белка, что подразумевает более высокие выходы при хранении, филетировании или замораживании. .

В то время как скорость порчи рыбы в ледяной каше значительно снижается, у некоторых видов рыб, таких как морской окунь, как сообщается, в ледяной каше на основе рассола видны мутные глаза, что отрицательно влияет на внешний вид и качество рыбы (Piñeiro et al. ). , 2004). Вероятно, это связано с осаждением глазного компонента при отрицательном уровне температуры, при котором работает большинство существующих систем ледяной суспензии. Ледяная суспензия, полученная из морской воды, также может создавать проблему поглощения соли при длительном хранении некоторых видов рыб, таких как пелагические рыбы.Задача состоит в том, чтобы определить оптимальные условия охлаждения и хранения для каждого рыбного продукта, а затем разработать систему, которая может точно контролировать температуру и соленость ледяной суспензии до определенного уровня, подходящего для каждого применения.

Система ледяной суспензии с переменным состоянием предлагает привлекательные функции для решения вышеперечисленных проблем в рыболовстве. Гетерогенная конструкция хранилища льда позволяет отделить частицы льда от рассола внутри бункера для хранения льда, как показано на рис. Частицы льда, скопившиеся в верхней части резервуара, затем могут быть выгружены по запросу, смешаны с контролируемым количеством охлажденной воды и / или рассола для образования перекачиваемой ледяной суспензии с любой требуемой концентрацией льда и соленостью.

Система ледяной суспензии низкой солености, используемая на борту японского кошелькового сейнера.

Мобильность

По мере роста осведомленности об использовании ледяной пульпы для сохранения улова при любом масштабе рыболовства растет спрос на мобильные системы ледяной пульпы, которые могут поставляться как полностью автономные устройства, в некоторых случаях даже включая дизельные двигатели. генераторы. Мобильность особенно важна для удаленных районов с небольшой инфраструктурой или ее отсутствием, а также в сезонных переработках больших объемов рыбы.

Чтобы удовлетворить потребности рынка, были разработаны контейнерные системы подачи ледяной суспензии как для наземных, так и для бортовых операций по переработке рыбы. Генераторы ледяной суспензии, оснащенные собственной системой охлаждения, насосной и контрольной станцией, а иногда также резервуаром для смешивания / хранения льда, предварительно устанавливаются в стандартный 20-футовый контейнер ISO для океанских перевозок и проходят заводские испытания перед отгрузкой. Место в контейнере ограничено, и компактный дизайн иногда становится проблемой. Однако преимущества контейнерной системы для заказчика огромны.Помимо мобильности, он также позволяет легко подключаться к городскому электроснабжению и водоснабжению, устраняет необходимость в выделенном машинном отделении и значительно сокращает время и стоимость установки. В то время как небольшие системы мощностью до 100 кВт по производству ледяной суспензии часто размещаются в одном 20-футовом контейнере, более крупные системы могут быть построены в одном 40-футовом контейнере или нескольких контейнерах.

Автоматизация

Одной из самых привлекательных характеристик ледяной суспензии является ее прокачиваемость.Это устраняет необходимость в дорогостоящих средствах механической или трудоемкой транспортировки льда и существенно снижает эксплуатационные расходы и затраты на обслуживание, поскольку система распределения является полностью автоматической. Потребность в более высокой производственной эффективности и улучшенном управлении холодовой цепью вызвала необходимость внедрения новых инноваций в области автоматизации. Одна из последних разработок - компьютерные системы контроля и управления. Эти меры улучшают стабильность и надежность системы. Более того, его можно легко интегрировать в систему контроля качества клиента для управления холодовой цепью на протяжении всей работы.

5.3.3 Пример установки

Качество морепродуктов начинается с улова. В последнее время наблюдается тенденция к увеличению количества ледовых и холодильных установок на борту рыболовных судов. Это приводит к увеличению количества установок для производства ледяной пульпы для бортового сектора. Около 70–75% всех установок для ледяной пульпы на промысле предназначены для рыболовных судов различных размеров и типов. Одним из последних достижений в области применения на борту судов является внедрение системы ледяной суспензии с низкой соленостью. Система была доставлена ​​в Hokubu Makiami Gyogyo Inc.Японии в 2006 году, и был установлен на его 300-тонный кошелек сейнер «Hokusho Maru», который ловит тунца или скипджека с апреля по октябрь, а скумбрию и сардины с ноября по февраль.

показывает принципиальную схему системы ледяной суспензии. Он имеет мощность производства льда 90 кВт и включает в себя компактный силос для хранения льда. В течение 25 или более часов от порта до места лова льдогенератор охлаждает морскую воду до точки замерзания, а затем производит частицы льда в виде суспензии.Затем он доставляется в силос, где происходит отделение льда и воды. Затем частицы льда выгружаются и смешиваются с морской водой в шнековом резервуаре с образованием суспензии с концентрацией льда 50%, которая доставляется в несколько рыбных трюмов по 25 м 3 . После улова теплый тунец сразу загружается в рыбные трюмы. По мере охлаждения лед тает, и морская вода удаляется из трюмов, а свежая ледяная суспензия дополнительно добавляется в трюмы для рыбы. Эта же процедура повторяется до тех пор, пока температура рыбы не достигнет 0 ° C.

Возможность регулировки сплоченности льда до 60% и содержания соли в диапазоне от 2 до 3% в ледяной суспензии обеспечивает максимальные результаты консервации без повреждения нежной рыбы и предотвращает чрезмерное поглощение соли рыбой. По словам руководителя подразделения компании, пойманную рыбу можно быстро охладить на борту, поэтому ее свежесть лучше сохраняется по сравнению с рыбой, охлажденной с колотым льдом. Кроме того, это не повреждает поверхность рыбы, а также экономит труд.

6. МЕДИЦИНСКОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ ЛЕДЯНОЙ ЖИДКОСТИ

В 2000 году аргонские инженеры и врачи / исследователи Медицинской школы Чикагского университета (UC) начали разработку медицинского охлаждения ледяной суспензии для индукции защитной гипотермии в критических органах (Becker and Kasza, 2000). Недавно Калифорнийский университет и Аргонн создали Институт биоинженерии для передовой хирургии и эндоскопии, который расширяет возможности охлаждения ледяной суспензии для создания целенаправленного защитного охлаждения для широкого спектра хирургических применений.

Хирургические процедуры расширяют границы технической эксцизии и становятся менее инвазивными за счет разработки и использования лапароскопических процедур с помощью хирургов / машинных манипуляций с роботами. Существует неудовлетворенная потребность в защите важнейших органов и различных тканевых масс в ходе хирургических манипуляций.

6.1 Почему медицинское охлаждение ледяной суспензии?

Защитное охлаждение лечебной ледяной суспензии основано на предпосылке, что способность органов, тканей и неврологии пережить ишемию, реперфузионное повреждение и хирургические повреждения улучшается путем быстрого охлаждения за 5–15 минут при 4–15 К, (в зависимости от орган), ниже нормальной температуры 37 ° C.Охлаждение замедляет химические процессы в клетках; а именно метаболизм и снижает потребность в кислороде, что замедляет гибель клеток, предоставляя больше времени для лечения. В настоящее время кардиохирурги и сердечно-сосудистые хирурги часто используют байпасные теплообменники, чтобы вызвать защитное охлаждение, которое реализуется медленно и довольно инвазивно (иногда вызывая «шунтирование мозга»). Внешнее охлаждение с помощью пакетов со льдом, одеял, шапок и курток также иногда используется для индукции защитной гипотермии. Однако внешнее охлаждение происходит очень медленно (<0.03 Kmin −1 ) и аналогично шунтирующим методам охлаждает все тело, часто вызывая побочные побочные эффекты, такие как неконтролируемая дрожь или аритмии. Глобальное охлаждение также часто не может защитить конкретный орган от ишемии из-за неспособности достичь температуры, которая считается наиболее защитной для этого органа.

Охлажденный однофазный физиологический раствор начинает использоваться для стимулирования медицинского охлаждения. Однако он не способен вызвать быстрое целевое охлаждение, которое возможно с ледяной суспензией.Ледяная суспензия обладает дополнительным преимуществом, заключающимся в том, что она поглощает в четыре раза больше тепла, чем охлажденный физиологический раствор, из-за таяния частиц льда (изменение фазы). Таким образом, требуется гораздо меньшее количество ледяной суспензии для охлаждения до той же температуры, что и однофазный хладагент, который зависит только от ощутимого поглощения тепла. Эта характеристика ледяной суспензии значительно снижает вероятность нарушения химического состава биосистемы в результате перегрузки охлаждающей жидкости. Наконец, ледяная суспензия охлаждает ткань-мишень быстрее, чем физиологический раствор, поскольку ледяная суспензия остается при ~ 0 ° C до тех пор, пока весь лед не растает, тогда как физиологический раствор сразу после его попадания в катетер доставки начинает повышаться в температуре.Таким образом, у мишени температурный градиент между тканью и охлаждающей жидкостью для ледяной суспензии намного больше, чем для физиологического раствора, и ткань охлаждается намного быстрее. Кроме того, очень маленькие частицы льда, протекающие по ткани-мишени, увеличивают коэффициент конвективной теплопередачи между хладагентом и тканью до более высоких уровней, чем при использовании однофазного охлажденного физиологического раствора.

Для медицинских применений ледяная суспензия в своей наиболее элементарной форме состоит из специально разработанных частиц льда размером менее 0,1 мм, взвешенных в биологически совместимой жидкости-носителе, содержащей химические вещества для разглаживания частиц льда и полезных для здоровья клеток.Ледяная суспензия производится с использованием тщательно контролируемого производственного процесса, разработанного Argonne для достижения максимальной загрузки льда и бесперебойной работы. Когда частицы льда в основном медицинском солевом растворе тают из-за поглощения тепла телом, оставшаяся жидкая фаза имеет соленость стандартного солевого раствора для капельного мешка, совместимого с химией тела. Различные химические вещества или газы, в зависимости от применения, также могут быть добавлены в ледяную суспензию в качестве «усилителей здоровья клеток». Недавно оборудование Argonne было использовано для приготовления ледяной суспензии из коммерчески доступного кровезаменителя под названием Hextend.Ледяная суспензия, приготовленная из коммерческих кровезаменителей, позволяет одновременно вводить защитное охлаждение и питание клеток.

6.2 Разрабатываются приложения для медицинского охлаждения ледяной суспензии

В настоящее время разрабатываются пять приложений для медицинского охлаждения ледяной суспензии, описанных ниже.

6.2.1 Защита от остановки сердца

Остановка сердца (внезапная остановка сердечной деятельности) поражает около 1000 человек в день в Соединенных Штатах. Текущая выживаемость при внезапной остановке сердца, произошедшей за пределами больницы, составляет менее 5%.Примерно через 15 минут без насыщенного кислородом кровотока клетки мозга и других жизненно важных органов, таких как сердце, начинают быстро умирать. Если парамедикам не удается быстро перезапустить сердце с помощью дефибрилляции, потеря мозга становится значительной. Однако считается, что охлаждение пациентов с остановкой сердца на 4 К ниже нормальной температуры тела 37 ° С после неудачной дефибрилляции дает значительный эффект.

Первое медицинское защитное охлаждение, исследованное Аргонном и Калифорнийским университетом, предназначалось для внебольничных чрезвычайных ситуаций, вызванных остановкой сердца.В этом случае ледяная суспензия доставляется в легкие, не контактируя с кровью, и охлаждает кровь, циркулирующую в мозгу и сердце. Охлажденная кровь, протекающая через мозг и сердце, снижает разрушающее воздействие кислородного дефицита, вызывая охлаждение (терапевтическая гипотермия). После таяния ледяной суспензии остаточный солевой раствор в легких удаляется через всасывающую трубку. В будущем лечение остановки сердца с помощью ледяной кашицы будет включать следующие три этапа, выполняемые фельдшерами:

  • Шаг 1 После неудачной дефибрилляции медработники доставляют от одного до двух литров ледяной суспензии через эндотрахиальную (ЭТ) трубку, введенную в легкие.
  • Шаг 2 Немедленно начинают компрессию грудной клетки, чтобы холодная кровь циркулировала в мозгу / сердце; быстрое охлаждение на 4–5 К ниже нормы и защита до одного часа.
  • Шаг 3 Медики доставят пациента в отделение неотложной помощи, где, надеюсь, можно будет перезапустить сердце.

Эксперименты, проведенные в Калифорнийском университете с использованием модели остановки сердца у крупной свиньи (50 кг), как показано, доказали, что охлаждающая жидкость в виде ледяной суспензии может эффективно снизить температуру мозга и сердца на 4 К за 10 минут, что является защитным действием.

Шламовое охлаждение мозга и сердца при остановке сердца.

6.2.2 Минимально инвазивная лапароскопическая хирургия почек Защитное охлаждение

Обычная операция на почках с открытой полостью включает длинный разрез в брюшной полости. Чтобы свести к минимуму потерю крови во время операции, почечную артерию и вену пережимают перед разрезанием органа. Без охлаждения произойдет ишемическое повреждение почек, если пережатие будет длиться более 30 минут. Чтобы уменьшить ишемическое повреждение в традиционной хирургии, хирург использует стерилизованную перчатку, чтобы накачать кусочки льда вокруг органа.Охлаждение льдом позволяет хирургу вызвать защитную гипотермию, тем самым уменьшая ишемическое повреждение и значительно увеличивая время операции, превышающее тридцать минут. В последние годы быстро развиваются малоинвазивные лапароскопические процедуры, которые заменят операции на открытых полостях. Несмотря на то, что лапароскопическая операция на почках сокращает время пугания и послеоперационного восстановления, процедура в настоящее время затруднена из-за невозможности охлаждения органа из-за отсутствия доступа для ручной упаковки со льдом. В настоящее время ведутся исследования по адаптации технологии охлаждения ледяной суспензии для использования в лапароскопических операциях (Laven and Kasza, 2006, Kasza et al., 2006).

Лапароскопическая хирургия заменяет длинный разрез брюшной полости в хирургии открытой полости тремя-четырьмя небольшими разрезами, через которые вводятся небольшие порты доступа. Эти порты позволяют вставлять инструменты: один из них - оптоволоконный эндоскоп / источник света для просмотра органов пациента и хирургических манипуляций на видеомониторе. Другие порты используются для доступа хирургических инструментов для зажима, разрезания, наложения швов, а теперь и для подачи перекачиваемой ледяной суспензии для охлаждения.Как показано на фиг.4, охлаждение ледяной суспензии включает использование специальной трубки для доставки, вставленной в лапароскопический порт для доставки и покрытия внешней поверхности почки.

a, b: эндоскопический вид почки a) до покрытия ледяной жидкостью и b) после покрытия внешней поверхности ледяной жидкостью: защищает почку в течение> 90 мин.

После пережатия почечной артерии и вены почка затем охлаждают до температуры ниже 15 ° C, и операция начинается. Данные по животным показывают, что почка быстро охлаждается в течение более 90 минут; что значительно увеличивает доступное время операции.После завершения операции почка быстро нагревается после снятия зажима, а растаявшая или оставшаяся ледяная суспензия удаляется через всасывающую трубку.

Температура почек, охлажденная ледяной суспензией для защиты во время 90-минутной операции.

6.2.3 Защитное охлаждение во время кардиохирургии

Недавние исследования показали, что охлаждение сердца может быть защитным (Otake et al., 2007). Инженеры Аргонна и кардиохирурги Калифорнийского университета разрабатывают усовершенствованные процедуры охлаждения с использованием ледяной суспензии и связанного с ней оборудования для производства / доставки ледяной суспензии для создания защитного охлаждения сердечной мышцы.Одно из разрабатываемых приложений для охлаждения сердца включает защиту сердца от реперфузионного повреждения в результате баллонной ангиопластики, открывающей заблокированную артерию. Испытания на модели на животных включают хирургическое вмешательство без защитного охлаждения ледяной суспензии, а затем с защитным охлаждением ледяной суспензии, индуцированным несколькими способами. показан сердечный катетер длиной 100 см и внутренним диаметром 1 мм, доставляющий ледяную суспензию для защитного охлаждения сердца.

Доставка ледяной суспензии через сердечный катетер длиной 100 см.

Первоначальная оценка показывает, что скорость подачи ледяной суспензии, необходимая для поддержания всего сердца при защитной температуре 32 ° C с ледяной суспензией, подаваемой из левой и правой коронарных артерий, составляет 16 мл / мин -1 при 50% -ной загрузке льда. Во избежание возможных аритмий, связанных с индуцированием гипотермии миокарда, в настоящее время предполагается, что температура миокарда не должна снижаться ниже 32 ° C. Предварительные расчеты также показали, что для охлаждения и поддержания сердечного миокарда на защитной температуре с помощью ледяной суспензии требуется только 1/3 объема охлажденного физиологического раствора.Это дает охлаждению ледяной суспензии значительное преимущество, поскольку меньший объем может использоваться для поддержания желаемой защитной температуры, что снижает вероятность перегрузки биосистемы.

6.2.4 Сведение к минимуму неврологических повреждений спинного и головного мозга

Аргоннские инженеры, врачи нейрокритической помощи Калифорнийского университета и сосудистые хирурги изучают, как ледяную суспензию можно использовать для защитного охлаждения спинного и головного мозга от ишемии, реперфузионного повреждения и неврологических заболеваний. обесценение. Оценка современной литературы показывает, что защитному охлаждению в этой области медицины уделяется большое внимание во всем мире.Литература предполагает, что существует потребность в разработке более эффективных и простых в использовании методов охлаждения, чтобы реализовать преимущества целевого охлаждения. Охлаждающие жидкости на основе ледяной суспензии могут удовлетворить эту потребность. Было установлено, что катетеры могут использоваться для доставки ледяной суспензии в мозг по путям артериальной или спинномозговой жидкости (CSF) и к позвоночнику. Некоторые из этих катетеров меньше тех, что используются в кардиохирургии.

6.2.5 Улучшение восстановления органов - трансплантация

Целью этого исследования является изучение потенциала использования охлаждения ледяной суспензии для защиты и улучшения результатов восстановления жизнеспособности органов.Охлаждение ледяной суспензии может улучшить жизнеспособность органов за счет защиты от теплой ишемии. Это вмешательство, если оно будет доказано, позволит восстановить более жизнеспособные донорские органы без сердечных сокращений (снижение ишемического повреждения) и станет значительным достижением в обеспечении доступности большего количества органов для трансплантации.

Современные технологии, включающие вливание холодных жидкостей в бедренную артерию, приводят к более медленной скорости охлаждения органа по сравнению с прямым перфузионным охлаждением изолированного органа, обычно применяемым для извлечения органов у сердечнососудистого донора.Медленное охлаждение приводит к нарушению функции органов и, как следствие, ограничению клинического интереса. В настоящее время предпринимаются усилия по разработке протоколов использования охлаждающих жидкостей на основе ледяной суспензии, чтобы преодолеть существующие ограничения холодных однофазных охлаждающих жидкостей и улучшить количество доступных органов и их жизнеспособность. Один из исследуемых подходов включает подачу охлаждения ледяной суспензии через порты, аналогичные тем, которые успешно используются при лапароскопической хирургии почек (Laven and Kasza, 2006). Второй изучаемый сценарий включает использование разрабатываемой процедуры охлаждения сердца во время остановки сердца путем заполнения легких ледяной суспензией в сочетании с процедурой, используемой для защиты почек во время лапароскопической операции на почках.Этот сценарий защиты потенциально может защитить все донорские органы, расположенные в туловище тела.

7. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В мире существует еще много приложений для производства ледяной суспензии. В этой статье приводятся некоторые примеры использования ледяной суспензии и дается представление о масштабах этой технологии.

По сравнению с многовековыми традиционными технологиями парокомпрессионного охлаждения, коммерческое использование охлаждения ледяной суспензии началось примерно 25 лет назад.Ледяная суспензия имеет большой потенциал в будущем. Ледяная суспензия позволяет использовать системы непрямого охлаждения с небольшой заправкой первичного хладагента. Кроме того, резервуары для хранения льда позволяют снизить нагрузку и снизить эксплуатационные расходы. Кроме того, использование ледяной суспензии дает возможность для непосредственного контактного охлаждения или замораживания пищевых продуктов и для спасения человеческих жизней за счет защитного охлаждения органов.

С улучшенным пониманием того, как микромасштабные характеристики частиц льда, которые составляют ледяную суспензию, влияют на инженерное макромасштабное поведение ледяной суспензии и как контролировать эти мелкие элементы во время производства суспензии, можно использовать охлаждение ледяной суспензии. в более широком смысле в промышленном секторе, а также для новых приложений, таких как создание целевого медицинского защитного охлаждения.Однако во всех сферах применения необходимо проявлять изобретательность и строгое внимание к деталям конструкции, чтобы обеспечить бесперебойную работу системы, избегая при этом агломерации ледяной пульпы, забивания системы распределения и минимизации требований к мощности перекачки. Кроме того, необходимо уделить особое внимание выбору правильного метода получения ледяной суспензии, чтобы полученная ледяная суспензия подходила для конкретного применения.

На сегодняшнем непростом рынке заказчики обращают внимание только на те технологии, которые приносят существенную измеримую ценность их операциям за счет экономии затрат, повышения производительности и качества, сокращения отходов или выбросов, а в случае медицинского охлаждения улучшают способность спасать жизни.Установки в различных охлаждающих устройствах, описанных выше, подтверждают, что ледяная суспензия является адаптируемым охлаждающим средством, а иногда также и консервирующей средой, и ее преимущества могут быть максимизированы за счет инновационных конструкций систем для производства, хранения и транспортировки льда для каждого конкретного применения. Будущее технологии ледяной суспензии зависит от того, насколько успешно будут решены следующие вопросы:

  • Разработка продукта. Генератор ледяной суспензии должен оставаться в центре внимания любой новой разработки.Чтобы конкурировать с традиционными технологиями, требуются машины с меньшим объемом обслуживания, более высоким КПД и более низкими затратами.

  • Для медицинских приложений новые соображения / параметры, связанные с постоянно расширяющимся использованием ледяной суспензии, должны быть учтены в конструкции оборудования оптимальным образом, при этом медицинские профессии должны руководить всеми разработками.

  • Необходимы соответствующие стратегии контроля, подходящие для систем ледяной суспензии; Ключевой технологией является точное измерение добавки, а также концентрации льда.

  • Резервуары для хранения льда нуждаются в дальнейших исследованиях, чтобы свести к минимуму энергию, используемую для поддержания однородного перемешивания резервуара и / или для предотвращения агломерации льда, особенно в верхней части неоднородных резервуаров для хранения.

  • Прикладное исследование. Сообщается лишь об ограниченных исследованиях охлаждения и консервирования некоторых видов рыб и брокколи с помощью ледяной суспензии. Требуются дополнительные исследования, чтобы охватить более широкий спектр применений для охлаждения при прямом контакте, например, использование ледяной суспензии для охлаждения и сохранения ценных видов рыб, таких как тунец, для охлаждения предварительно приготовленных супов и колбас.

  • Маркетинг. Хотя ледяная суспензия хорошо известна на рынке в таких отраслях, как рыболовство и кондиционирование воздуха в зданиях, она малоизвестна для охлаждения других пищевых продуктов. Потребуются постоянные усилия по продвижению преимуществ технологии по различным каналам.

Предполагается, что благодаря тесному сотрудничеству производителей, исследовательских организаций и конечных пользователей, в ближайшем будущем технология ледяной суспензии получит гораздо более широкое применение.

Сноски

Заявление издателя: Это PDF-файл неотредактированной рукописи, принятой к публикации. В качестве услуги для наших клиентов мы предоставляем эту раннюю версию рукописи. Рукопись будет подвергнута копированию, верстке и рассмотрению полученного доказательства, прежде чем она будет опубликована в окончательной форме для цитирования. Обратите внимание, что во время производственного процесса могут быть обнаружены ошибки, которые могут повлиять на содержание, и все юридические оговорки, относящиеся к журналу, имеют отношение.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Асаока Т., Сайто А., Окава С., Ито Т., Идзуми Н. Производство ледяной суспензии с вакуумным замораживанием с использованием раствора этанола 1-й отчет: Измерение данных парожидкостного равновесия раствора этанола при 208C и при замораживании температура. Int. J. of Refr. 2009. 32: 387–393. 394–401. [Google Scholar] 2. Беккер Л., Каса К. и др. Американская Ассоциация Сердца. Новый Орлеан, Луизиана: 2000. Быстрая индукция гипотермии с использованием ледяной суспензии с фазовым переходом: целевое охлаждение сердца и мозга во время остановки сердца.[Google Scholar] 3. Бедекарра Дж. П., Дэвид Т., Кастен-Ласвиньотт Дж. Производство ледяной суспензии с использованием явления переохлаждения. Int. J. of Refr. 2010. 33: 196–204. [Google Scholar] 4. Бойетт, Э.А., Эстес. Послеуборочная технология серии AG-414-5. Служба поддержки сотрудничества Каролины; 2000. Охлаждение дробленым и жидким льдом. [Google Scholar] 5. Кармен А. и др. Влияние хранения в озонированной ледяной суспензии на сенсорное и микробиологическое качество сардины. Int. J. пищевой микробиологии. 2005. 103: 121–130. [PubMed] [Google Scholar] 6.Чой У, Лю К., Каса К. Падение давления и теплопередача в турбулентном неньютоновском потоке в трубах современных жидкостей для передачи энергии, Proc. Четвертый международный Конф. по передовой науке и технологиям; Иллинойсский технологический институт, Чикаго; Чикаго, Иллинойс. 1988. 19 марта, стр. 327–335. [Google Scholar] 7. Compingt A, Blanc P, Quidort A. Шлам для холодильного промышленного применения на кухне; Компакт-диск с 8-й конференцией -й МИХ по материалам и суспензиям с фазовым переходом для охлаждения и кондиционирования воздуха; Карлсруэ.2009. [Google Scholar] 8. Филд Б.С., Кауффельд М., Мадсен К. Использование ледяной суспензии в витрине супермаркета; CD-ROM 21 st IIR Международного конгресса по холодильному оборудованию; Вашингтон, округ Колумбия, США. 2003. август, [Google Scholar] 9. Гроздек М. Докторская диссертация, Королевский технологический институт. Стокгольм, Швеция: ISBN; 2009. Переключение нагрузки и накопление охлаждающей энергии через ледяной вал или системы ледяной суспензии - моделирование и экспериментальное исследование. 978-91-7415-434-4. [Google Scholar] 10. Хансен Т.М., Радошевич М., Кауффельд М.Исследование роста кристаллов льда и геометрических характеристик ледяной суспензии. В. J. из HVAC & R Research. 2003; 9: 19–33. 1. [Google Scholar] 11. Совет по морскому рыболовству Ирландии. Руководство по обращению с сигом - Передовая практика. Дублин: BIM; 2007. с. 11. [Google Scholar] 12. Joensen S, Sørensen NK, Akse L. Cod: хранение в ледяной воде увеличивает вес. Fiskeriforskning Info. 2001 февраль; 1 [Google Scholar] 13. Kasza K, Chang F-C, Oras J, Fisher B., Shalhav A, Oriveto M, Mills R. Моделирование охлаждения почек с использованием ледяной суспензии во время лапароскопической хирургии; Конференция по биоинженерии; Остров Амелия, Флорида.2006. [Google Scholar] 14. Каса К., Чен М. Оценка воздействия современных жидкостей для передачи энергии на системы централизованного теплоснабжения и охлаждения (этап I) Отчет Аргоннской национальной лаборатории. 1987 АНЛ-87-21. [Google Scholar] 15. Каса К., Чой У., Камински Дж. Снижение высоких затрат на централизованное отопление и охлаждение. Технические характеристики. Англ. Октябрь 1986 г., 56 (4): 39–42. [Google Scholar] 16. Kasza K, Choi U, Kaminsky J. Современные жидкости для передачи энергии для систем отопления и охлаждения. ASHRAE Trans. 1988; 93 (Pt 2) [Google Scholar] 17.Каса К., Чой У. Передовые жидкости для передачи энергии для централизованного теплоснабжения и охлаждения; Proc. 78-я Ann. Конф. IDHCA; Балтимор, Мэриленд. 1987. 21–25 июня, стр. 202–211. [Google Scholar] 18. Kasza K, Choi U, Kaminsky J. Оптимальные жидкости для передачи энергии для систем централизованного теплоснабжения и охлаждения; Годовая Mtg. ASHRAE Conf; Нэшвилл, Теннесси. 1987. [Google Scholar] 19. Каса К., Хаяси К. Исследование охлаждения ледяной суспензии: агломерация и извлечение льда из резервуаров для хранения. ASHRAE Trans. 1999. 105 (Pt2): 260–266. [Google Scholar] 20.Каса К., Хаяси К. Исследование охлаждения ледяной суспензии: влияние характеристик микрочастиц льда и добавок, снижающих температуру замерзания, на текучесть ледяной суспензии. ASHRAE Trans. 2001a; 107 (Pt1): 346–351. [Google Scholar] 21. Каса К., Хаяси К. Метод измерения агломерации ледяной суспензии в резервуарах для хранения. ASHRAE Trans. 2001b; 106 (Pt1): 117–123. [Google Scholar] 22. Каса К. Технология охлаждения ледяной суспензии; Конференция по решениям Energy 2000; Гонолулу, Гавайи. 2000. Сентябрь, [Google Scholar] 23. Като Ю., Кандо М.Семинар по Приложению 18 МЭА во Фрайбурге. Германия: 2008 г. Разработка технологий аккумулирования тепловой энергии для использования в транспортных средствах. [Google Scholar] 24. Kauffeld M, Kawaji M, Egolf PW, редакторы. Справочник по ледяным шламам - основы и разработка. Париж: IIF / IIR; 2005. [Google Scholar] 25. Kauffeld M, Christensen KG. Измерения теплопередачи с ледяной суспензией; Конференция МИХ: Проблемы теплопередачи в «природных» хладагентах; Вашингтон, округ Колумбия, 1997. С. 127–141. [Google Scholar] 26. Ким Б.С., Шин Х.Т., Ли Ю.П., Джурнг Дж.Исследование производства ледяной суспензии путем распыления воды. Int. J. of Refr. 2001; том 24 (выпуск 2): 176–184. [Google Scholar] 27. Лавен Б., Каса К., Рапп Д., Орвието М., Лион М., Орас Дж., Байзер Д., Ванден Хук Т., Сон Х., Шалхав А. Экспериментальное исследование применения ледяной суспензии для индукции лапароскопической почечной гипотермии. Международный британский журнал урологии. 2006 июль [PubMed] [Google Scholar] 28. Лю К., Чой У, Каса К. Характеристики падения давления и теплопередачи почти нейтрально плавучей суспензии твердых частиц для передовых жидкостей для передачи энергии.Proc. 3-й международный Symp. по потокам жидкость-твердое тело ASME; КОРМИЛИ; Нью-Йорк. 1988. С. 107–113. [Google Scholar] 29. Otake H, Shite J, Paredes OL, Shinke T, Yoshikawa R, Tanino Y, Watanabe S, Ozawa T., Tsumoto D, Ogasawara D, Yokoyama M. Транскоронарная гипотермия миокарда на основе катетера снижает аритмию и некроз миокарда у свиней с острым инфарктом миокарда . J Am Coll Cardiol. 2007 16 января; 49 (2): 261–262. [PubMed] [Google Scholar] 30. Пиньейро К., Баррос-Веласкес Дж., Обуг С.П. Влияние новых систем навоза льда на качество пищевых продуктов из водной среды.Тенденции в пищевой науке и технологиях. 2004. 15: 575–582. [Google Scholar] 31. Заклепка П. Обзор приложений PCM во всем мире - Региональный обзор Европа; 8 -я конференция IIR по материалам и суспензиям с фазовым переходом для охлаждения и кондиционирования воздуха; Карлсруэ. 2009. 3–5 июня, [Google Scholar] 32. Родригес О. и др. Сенсорные, микробные и химические эффекты системы жидкого льда на ставриду. J. of Sci. Продовольственное сельское хозяйство. 2005. 85: 235–242. [Google Scholar] 33. Стаматиу Э., Мьюисс Дж. В., Кавадзи М.Образование ледяной суспензии с участием движущихся частей. Int. J. of Refr. 2005 г. Том 28 (Выпуск 1): 60–72. [Google Scholar] 34. Ван М.Дж., Кусумото Н. Хранение тепла на основе ледяной пульпы в многофункциональных зданиях. Тепломассообмен. 2001; 37: 597–604. [Google Scholar] 35. Ван М.Дж., Гольдштейн В. Новая система производства ледяной суспензии и ее применения. Proc. IIR Conf. Применение природных хладагентов; IIF / IIR; Орхус, Дания. 1996. С. 543–551. [Google Scholar] 36. Ван М.Дж., Гольдштейн В. Ледяная суспензия: передовая технология охлаждения и консервирования рыбы; Симпозиум Американского рыболовного общества; 2003 г.С. 379–386. [Google Scholar] 37. Виджейсундера, NE, Hawlader MNA, Чан Ви Бун А., Камаль Хоссейн М. Производство ледяной суспензии с использованием прямой контактной теплопередачи. Int. J. of Refr. 2004 г. Том 27 (Выпуск 5): 511–519. [Google Scholar]

Принцип работы создателей мороженого: наука и великолепие в основе

Хотя процесс изготовления мороженого кажется простым без каких-либо технических деталей, процесс, скрытый за кулисами, может быть одноразовым (за исключением людей с техническим образованием ). Как правило, принцип мороженого заключается в непрерывном подслащивании сливок или молока в низкотемпературной атмосфере.

В процессе объединения и смешивания воздух проходит через компонент, что предотвращает образование кристаллов льда. В конечном итоге это придает конечному продукту гладкую текстуру.

Режим работы лучшего мороженого может иметь смысл только тогда, когда вы детально исследуете каждый компонент продукта.

Как работает машина для мороженого

Электродвигатель является неотъемлемой частью устройства для производства мороженого. Роль мотора - разделять чашу для образования смеси.Ниже описаны четыре основных типа льдогенераторов с различными принципами работы:

Настольные льдогенераторы

Это устройство имеет чашу с двойными стенками, между стенками которой находится жидкость (мочевина и дистиллированная вода). Используя эту необыкновенную жидкость, можно заморозить машину до температуры ниже стандартной точки замерзания примерно за сутки.

Пока чаша с двойными стенками замерзает, ее вставляют в устройство и добавляют смесь мороженого. Машина выключится, облегчая вращение лопасти и перемешивание смеси.Смесь замерзает при контакте с замерзшей стенкой чаши.

Морозильник для льда

Хотя эта машина очень похожа на модель со столешницей, у нее нет двойных стенок. Его положат в морозилку и подключат к внешнему источнику питания. Когда он включен, ингредиент мороженого будет перемешиваться лопаткой до получения подходящей консистенции.

Однако эта модель выделяется тем, что позволяет пользователям производить серии партий, не дожидаясь повторного замораживания дежи.С другой стороны, пользователям приходится мириться с недостатком, заключающимся в том, что дверца морозильной камеры должна быть закрыта через шнур, который будет подключен к внешнему источнику питания.

Встроенная машина для мороженого

Если вам нужна большая и эффективная машина для мороженого, это хороший выбор. Можно просто включить машину и дать ей поработать несколько минут. После этого налейте его для гребли. Вы также будете готовить лед за 20 минут. Встроенные охлаждающие жидкости избавляют от необходимости ждать в перерывах между сезонами.

Основным недостатком этого устройства является то, что его нельзя перемещать за 12 часов до использования, так как это нарушит баланс системы замораживания.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *