进口超低温箱混合工质替代特性的计算及实验分析

    1 前 言

    近年来,随着高科技的不断发展,低温、超低温的实验与冻藏对许多行业和部门来说已成不可少的方法和手段。因此,许多行业和部门先后从国外进口了不少的超低 温箱。这些低温箱均采用复叠式制冷循环,高温级采用共沸制冷剂R 500,低温级采用共沸制冷剂R 503,全封闭式活塞压缩机,功率为250~600 W,容积为100~300 L。主要用于化工、医疗、电子、军工、科研试验等单位。因国内市场上没有或很少销售这些混合制冷剂,目前普遍出现进口低温箱不能正常使用和维修等现状,因 而这些低温箱始终存在制冷剂的替代问题。本文是应许多用户的强烈要求,通过对制冷剂特性的计算及实验分析,结合国内目前的制冷剂供给情况,成功地为某些单 位进行了进口超低温箱混合工质的替代工作,得到了好评,就此加以介绍。同时可提供技术咨询和改造工作。

    2 替代工质后高低温系统强度的变化比较

    由于超低温箱均采用复叠式全封闭活塞压缩机,在改用替代工质时首先应考虑压缩机的强度及压缩机运动部件的受力情况。对于活塞式压缩机当蒸发及冷凝温度一定时,工质应符合下述条件。

    1.冷凝压力Pk应小于设计的最大冷凝压;

    2.压力差(Pk-P0)应小于设计的最大压力差。

    由以上条件我们可查得相应条件下的特性数据,见表1、2。

    由特性表1、2可知,对于高温制冷剂用R 12替代R 500时强度及压力差条件都满足要求,而用R 22替代时压差偏大813%,需对系统做一定的调整。所以,我们选用的替代工质是R 12。对于低温制冷剂用R 13替代R 503时强度及压力差都能满足要求。故我们采用R 13替代R 503。

    3 替代工质后计算分析高低温压缩机的最大功率

    在改用工质后还得进一步验算压缩机的最大功率变化,以确定全封闭式压缩机的电动机是否需要另行选配,是非常重要的,否则会出现功率不配或烧坏电机的危险。在改用工质后活塞式压缩机的轴功率可按照下式换算。

    其中,Nex和Ney表示替代工质和被替代工质的轴功率;ηsx、ηsy和λx、λy分别表示压缩机的绝热效率(68%)及输气系数;wv是单位容积压 缩功。对现有制冷压缩机,其压缩机的理论输汽量是不变的,同时ηs和K的变化不大可忽略不计,于是对两种替代工质与被替代工质的功率换算式可简化为:

    利用上式分别对高低温部分按最大功率工况计算,当tk=50℃,t0=5℃,t1=15℃时,本实验中的三洋Wtralow-85型低温箱的轴功率均为300W,代入上式(2)计算出替代R12和R13后的轴功率数据分别为表3所示。