АППАРАТЫ ХОЛОДИЛЬНЫХ УСТАНОВОК

3.1. КОНДЕНСАТОРЫ

Конденсатор – теплообменный аппарат, в котором тепло от ХА передается окружающей среде (воде или воздуху). В конденсатор перегретый пар ХА поступает из компрессора, здесь он охлаждается, конденсируется и переохлаждается (иногда переохлаждение протекает в специальных переохладителях или теплообменниках).

Основное требование к конденсаторам – высокая интенсивность теплопередачи. При эксплуатации поверхности их нужно регулярно очищать. Со стороны ХА, не растворяющего масло, поверхность аппарата загрязняется маслом ( ), которое попадает из компрессора (в случае до -12 загрязнения не наблюдается). Со стороны воды поверхность загрязняется отложениями водяного камня. При проектировании конденсаторов средняя разность температур между ХА и охлаждающей водой принимают 5…6 °С, а при воздушном охлаждении – 8…12 °С.

По способу отвода тепла различают конденсаторы:

а) с воздушным охлаждением (ребристо-змеевиковые и листотрубные, с принудительной и свободной циркуляцией воздуха);

б) с водяным охлаждением (кожухотрубные, противоточные из двойных труб, элементные, оросительные и испарительные). Конденсаторы с водяным охлаждением имеют более интенсивную теплопередачу и более компактны, однако в условиях эксплуатации часто воздушное охлаждение является более целесообразным.

Конденсаторы с воздушным охлаждением – их чаще всего применяют в мелких фреоновых агрегатах, где водяное охлаждение усложняет эксплуатацию (требуется подвод и отвод воды). Обычно конденсатор воздушного охлаждения представляет собой ряд плоских вертикальных змеевиков из медных или стальных труб, в которых протекает ХА. Для увеличения наружной поверхности, омываемой воздухом, её делают ребристой, а для увеличения скорости движения воздуха ставят вентилятор. Конденсатор закрепляется в кожухе с диффузором для равномерного направления воздуха при обдувании. Скорость воздуха составляет 3…5 м/с.

Рис. 29. Конденсатор с воздушным охлаждением:

1 – коллектор входа пара; 2 – калачи; 3 – выход жидкости; 4 – вентиль; 5 – ресивер; 6 – вход пара

Пары ХА поступают сверху через коллектор, объединяющий все секции (змеевики), а жидкий ХА отводится через нижний коллектор. Непосредственно за конденсатором устанавливается ресивер для сбора жидкости.

В домашних холодильниках применяются конденсаторы воздушного охлаждения с естественной циркуляцией воздуха. Часто конструкторами применяется листотрубный конденсатор. Он выполнен из двух листов, которые, после нанесения на них специальной краской рисунка каналов, подвергают в горячем состоянии прокатке и листы сваривают кроме закрашенных мест. После этого водой или воздухом под давлением листы раздувают для получения каналов. Такие конденсаторы относительно дешевы в изготовлении и обеспечивают достаточно интенсивную теплопередачу:

Рис. 30. Конденсаторы воздушного охлаждения с естественной циркуляцией водуха

Иногда применяют конденсаторы змеевиковые с ребрами из стальной проволки. Он просты в изготовлении и достаточно эффективны:

Рис. 31. Змеевиковый конденсатор в ребрами из проволоки

Конденсаторы с водяным охлаждением. Наиболее компактны и менее металлоемки кожухотрубные и кожухозмеевиковые аппараты. Они широко применяются:

а) горизонтальный кожухотрубный конденсатор состоит из стального цилиндрического кожуха, внутри которого расположены трубки небольшого диаметра. К кожуху с двух сторон приварены трубные решетки с развальцованными в них трубами. Конденсатор с двух сторон имеет чугунные крышки с перегородками внутри. Вода внутри труб делает несколько ходов (по концам перегородки). Пары ХА поступают сверху в межтрубное пространство, охлаждаются, конденсируются, и жидкость стекает вниз и отводится к ресиверу или непосредственно к РВ. В нижней части конденсатора приварен маслоотстойник, из которого периодически выпускают масло.

Рис. 32. Горизонтальный кожухотрубный конденсатор

Трубы стальные (NH₃) или иногда медные (фреон). В случае фреона маслоотстойник не нужен, так как фреоны в большинстве своём хорошо растворяют масло. В верхней части всегда устанавливается предохранительный клапан (выпуск в испаритель или в атмосферу). Коэффициент теплопередачи . Для его увеличения делают оребрение (накатанное из медных трубок; коэффициент оребрения, равный 3,5 увеличивает К до 3000…4000 ). В настоящее время выпускаются кожухотрубные конденсаторы с поверхностью от 2 до 300 м².

б) кожухозмеевиковые конденсаторы – выпускаются двух видов: с одной трубной решеткой и съёмной крышкой или с кожухом, заваренным с обеих сторон (без трубной решетки).

Рис. 33. Кожухозмеевиковый конденсатор с отъемной крышкой

Конденсатор с отъёмной крышкой КТР-3 (3 м² поверхность): к сферическому днищу приварено 8 V-образных медных труб Ø 12x1,5 мм. со стальными ребрами. Трубы развальцованы втрубной решетке (сталь). Крышка чугунная, с внутренними перегородками. Вода внутри труб делает 4 хода. Трубы размещают в верхней части, а нижняя часть кожуха используется в качестве ресивера для жидкого ХА. В качестве предохранительного клапана в стенку кожуха ввернута легкоплавкая пробка (ПР). При 70 °С она расплавляется, и кожух соединяется с атмосферой, этим исключается повышение давления.

Кожухозмеевиковый конденсатор с заварным кожухом применяется в водоохладительных машинах (ВОМ) торговых автоматов.

Рис. 34. Кожухозмеевиковый конденсатор с заварным кожухом

Он имеет 10 стальных труб с навитыми латунными ребрами, соединенных каналами. Наружную поверхность труб с ребрами лудят (гальваническим способом). Концы змеевика вварены в дно. Снаружи к ним приварены штуцеры для присоединения гибких водопроводных шлангов. На жидкостной трубе поставлены вентиль и фильтр. Недостаток кожухозмеевиковых конденсаторов – нельзя механически очистить трубы от осадков и загрязнений, применяются для небольших ХМ.

в) вертикальные кожухотрубные конденсаторы. Вода в них не заполняет всё сечение трубы, а протекает тонким слоем по внутренней поверхности. Трубы развальцованы в трубных решетках. В верхней части конденсатора находится водораспределительное устройство для равномерной подачи воды. Каждая труба имеет направляющую насадку для обеспечения винтообразного движения воды по внутренней поверхности трубы.

Рис. 35. Вертикальный кожухотрубный конденсатор

Достоинства – малый расход воды, компактность и относительная легкость очистки от водяного камня. Их обычно ставят на аммиачных ХМ средней производительности, устанавливаемых вне машинного зала. Недостаток – большая высота (до 5…6 метров). Коэффициент теплопередачи .

г) оросительные конденсаторы – плоские змеевики, орошаемые снаружи водой, часть её испаряется. Вода подаётся через желоба треугольного сечения с зубчатыми кромками и равномерно орошает змеевики и стекает в поддон, откуда подается в градирню, расположенную над конденсатором. Вода используется повторно.

Рис. 36. Оросительный конденсатор прямоточный

Расход свежей воды 10 % от общего циркулирующего объема. Для прямотока .

Применяется в крупных ХМ, но схема делается противоточной: пары ХА поступают снизу, конденсат отводится из 4, 8, 10, 12, 14-ой труб через вваренные трубки меньшего диаметра в стояк, откуда сливается в ресивер.

Рис. 37. Оросительный конденсатор противоточный

Для такой схемы .

Преимущество – относительно малый расход охлаждающей воды. Можно применять жесткую или загрязненную воду, достаточная надежность, достаточно большой К.

д) испарительные конденсаторы – змеевики с ХА расположены внутри плотного кожуха. Они орошаются водой, а в противотоке движется воздух (от вентилятора). Вода при обдувании воздухом интенсивно испаряется, благодаря чему температура её не повышается. Поэтому вода, стекающая в нижнюю часть, вновь направляется насосом для орошения конденсатора, при этом не требуется промежуточное охлаждение. Часть воды испаряется. А часть уносится в виде брызг с воздухом.

Рис. 38. Испарительный конденсатор:

1 – вентилятор; 2 – водоотделитель; 3 – форсунки; 4 – змеевик конденсатора; 5 – водяной бак; 6 – насос

Расход свежей воды ~ 10 % от расхода её в обычных конденсаторах. Их целесообразно использовать при недостатке воды. Устанавливать можно в закрытых помещениях. Недостаток – образование накипи при испарении и коррозия труб. Коэффициент теплопередачи .

е) двухтрубные конденсаторы – труба в трубе: пары ХА в межтрубном кольцевом пространстве, поступают сверху, в жидкость – вниз. Воды поступает снизу по внутренней трубе с скоростью 1…1,5 м/с. Коэффициент теплопередачи . Недостаток – трудность очистки, металлоёмкость. Применяются мало.

Рис. 39. Двухтрубный конденсатор

ж) элементный конденсатор – каждый элемент как бы небольшой кожухотрубный конденсатор. Уже не выпускаются промышленностью.

3.2. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ КОНДЕНСАТОРА

Поверхность конденсатора:

, где

- количество теплоты, отводимое от ХА

среднелогарифмическая разность температур;
- Коэф-т теплопередачи для плоской стенки;

Расход воды при проточной схеме .

Таблица 4

Коэффициенты теплопередачи для различных типов конденсаторов

3.3. ИСПАРИТЕЛИ

Испаритель – аппарат, в котором тепло отнимается от охлаждаемой среды за счет кипения ХА.

Классификация:

1. По виду охлаждаемой среды:

а) для охлаждения промежуточного жидкого теплоносителя (рассола или воды). Бывают кожухотрубные, змеевиковые и вертикально трубные.

Рис. 40. Схема для охлаждения промежуточного жидкого теплоносителя

Такая схема широко применяется: большая аккумулирующая способность системы; возможность регулирования температуры за счет изменения расхода рассола; возможность поддержания постоянной температуры.

б) для охлаждения путем непосредственного испарения ХА – охлаждение воздуха в помещении (испарители – батареи с естественной циркуляцией воздуха и воздухоохладители с принудительной циркуляцией воздуха).

2. По характеру заполнения хладагентом:

а) затопленные

б) незатопленные (сухие). Применяются только в малых фреоновых ХМ.

К испарителям предъявляются те же требования, что и к конденсаторам, главное из них – большое значение коэффициента теплопередачи. При проектировании испарителей среднюю разность температур между рассолом и ХА принимают ~ 5 °С, а при охлаждении воздуха ~ 10…15 °С. Скорость движения рассола 0,5…1,5 м/с.

3.4. ИСПАРИТЕЛИ ДЛЯ ОХЛАДЕНИЯ ЖИДКОСТНЫХ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ

По характеру заполнения теплоносителем различают испарители открытого и закрытого типов.

В испарителях открытого типа поверхность рассола соприкасается с воздухом. Рассол из испарителя забирается насосом и под давлением подается в охлаждающие батареи камер, откуда сливается обратно в испаритель. В испарителе закрытого типа рассол под напором насоса циркулирует в герметичной системе.

1. Кожухотрубные рассольные испарители – по конструкции аналогичны кожухотрубным конденсаторам.

Рис. 41. Кожухотрубный рассольный испаритель

Горизонтальный цилиндрический кожух, трубы развальцованы в трубных решетках. В межтрубном пространстве кипит ХА, в трубах циркулирует рассол. По движению рассола бывают одно- и многоходовые. Испаритель затопленного, закрытого типа, жидкий ХА (NH₃) заполняет высоту ~0.8 Ø кожуха. Пары отсасываются сверху через сухопарник. Снизу приварен маслосборник для выпуска масла и загрязнений. Коэффициент теплопередачи .

В больших фреоновых испарителях в сухопарнике размещают змеевик с жидким ХА, поступающим из конденсатора к регулирующему вентилю. Жидкость в змеевике переохлаждается, а пар, выходящий из испарителя, осушается и перегревается.

Недостаток кожухотрубных испарителей – опасность разрыва труб в случае замерзания в них рассола. Это может иметь место в случае недостаточного содержания соли в рассоле, а также при случайной остановке рассольного насоса.

Достоинства – простота, компактность, эффективность. Обычно крупные испарители маркируют так: 40ИКТ

40 – площадь, м²;

И – испаритель;

КТ – кожухотрубный

2. Кожухозмеевиковые испарители – применяются редко, работают на фреоне, с одной трубной решеткой.

Рис. 42. Кожухозмеевиковый испаритель

Фреон находится внутри труб, охлаждаемый теплоноситель – в межтрубном пространстве. Здесь исключается возможность разрыва трубок при замерзании теплоносителя. ИХ применяют для охлаждения воды до 2 - 3 °С. Снаружи испаритель теплоизолирован.

3. Змеевиковые испарители – применяются для охлаждения жидкостей (воды, соков, пива), используются в малых фреоновых ХМ торговых автоматов. Например, испаритель-водоохладитель торгового автомата АТ-26. Змеевик для воды из латунных труб Ø10х1 мм.; для фреона из медных труб Ø10х1 мм.

Рис. 43. Змеевиковый испаритель

Оба змеевика залиты сплавом алюминия с медью и образуют одно целое, что обеспечивает равномерную передачу тепла. Лучше – проще : змеевик в виде спиральной пружины плотно вворачивается в змеевик для воды (непосредственный контакт), затем – горячее цинкование их в сборе для улучшения контакта.

4. Вертикальнотрубные испарители – затопленные открытого типа (для NH₃), состоит из прямоугольного металлического бака, где устанавливаются трубчатые секции.

Каждая секция имеет 2 горизонтальных коллектора Ø121х4 мм., соединенных между собой изогнутыми трубами Ø76х4 мм., а также вертикальными стояками Ø76х4 мм. И высотой Н=800…1100 мм. Жидкий ХА поступает сверху в нижний коллектор и заполняет трубки почти до верхнего коллектора. В трубках происходит кипение, капли жидкости улавливаются. Охлажденный рассол забирается насосом из нижней части бака. Циркуляцию рассола обеспечивает винтовая мешалка. Скорость движения рассола 0,5…0,7 м/с. Бак теплоизолирован.

Рис. 44. Вертикальнотрубный испаритель

Коэффициент теплопередачи - хорошая теплоотдача за счет циркуляции ХА внутри труб. Недостаток – значительная коррозия метала из-за доступа воздуха к рассолу. Применяются в алюминиевых Хм большой производительности.

В последнее время секции вертикальнотрубных испарителей стали выполнять в виде штампованных стальных панелей с канавками (листотрубные), 2 листа скреплены контактной сваркой (точечной). Т.о. достигается малый расход металла.

3.5. ИСПАРИТЕЛИ ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ВОЗДУХА

Бывают с естественной и принудительной циркуляцией воздуха (последние называются воздухоохладителями).

1. Змеевиковые испарители – из змеевиковых труб с естественной циркуляцией. Наиболее широко применяются. Также испарители-батареи устанавливаются в охлаждаемом помещении (холодильная камера, витрина, прилавок и др.) и с их помощью отнимают тепло от воздуха. Делают одно- или двухрядные. Недостаток змеевиковых испарителей – плохое удаление паров ХА (пары из нижний рядов проходят всю батарею и снижают активную зону труб). Для ребристых фреоновых батарей при разности температур между воздухом и ХА в 12…15 °С.

В последнее время применяются алюминиевые листотрубные испарители (как конденсаторы) в домашних холодильниках, в торговом оборудовании. Для них при свободном движении воздуха с обеих сторон.

Иногда для не очень больших холодильных камер применяются испарители с вентилятором, принудительная циркуляцию воздуха интенсифицирует теплопередачу, повышая эффективность охлаждения

Змеевик может быть расположен у стены (пристенная батарея) или под потолком (потолочная батарея). В камерах для замораживания продуктов применяются также батареи-стеллажи: полки из трубчатых гладких змеевиков на металлических стойках.

2. Короткошланговая батарея – короткие вертикальные трубки, объединенные двумя горизонтальными коллекторами.

Рис. 45. Короткошланговая батарея

Для гладкотрубных с естественно циркуляцией . При оребрении становятся более компактными, расход труб уменьшается ~ в 4 раза, а металла ~ в 2 раза.

Недостаток таких батарей – для заполнения системы требуется большое количество ХА (NH₃ заполняют примерно до верхнего коллектора). Кроме того, из-за наличия столба жидкости в трубах повышается температура кипения в нижней части, особенно заметное при низких температурах (t_кип менее -40 °С). Применяют специальные батареи, в которых не образуется столь жидкости.

3. Пристенная малоёмкая аммиачная батарея «Каскад» конструкции Е.С. Щербакова.

Рис. 46. Пристенная малоемкая аммиачная батарея:

1 – диафрагма; 2 – струеотбойник; 3 – дренажный трубопровод

Жидкий NH₃ поступает сверху через диафрагму и тонкой струёй (5…12 % сечения) двигается в горизонтальных трубах; пары ХА отсасываются сверху компрессором. Батарея может быть оребрена.

3.6. ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ИСПАРИТЕЛЕЙ

Искомыми величинами являются: тепловая нагрузка; поверхность теплообмена; количество циркулирующего хладагента.

Тепловая нагрузка:

, где

- количество ХА;

Поверхность теплообмена:

, где

;

Количество циркулирующего рассола:

, где

- изобарная теплоёмкость рассола.

3.7. ВОЗДУХООХЛАДИТЕЛИ (ВО)

ВО – это теплообменный аппарат, в котором тепло от воздуха передается ХА или теплоносителю (воде или рассолу). ВО применяются при воздушном способе охлаждения камер. В этом случае воздух из холодильной камеры прогоняется вентилятором через ВО, где охлаждается и вновь возвращается в камеру.

ВО можно разделить на две группы: сухие или трубчатые, в которых теплообмен между воздухом и охладителем происходит через стенку трубы. Охлаждение воздуха может осуществлять ХА (сухие ВО непосредственного охлаждения) или теплоноситель (рассольные или водяные ВО)

В мокрых ВО (оросительных или форсуночных) теплообмен происходит при непосредственном контакте воздуха с холодным рассолом или водой.

1) Сухие ВО имеют плотный кожух, внутри которого расположены гладкие или ребристые змеевики. По змеевикам проходит холодная жидкость (ХА, рассол, вода). Воздух, прогоняемый вентилятором сквозь холодные змеевики, охлаждается и поступает в холодильную камеру. Размещают ВО внутри охлаждаемого помещения или вне его, но в таком случае кожух изолируют.

Рис. 47. Сухой воздухоохладитель

Недостатки: возможность обмерзания трубчатой системы в области низких температур, что приводит к ухудшению теплоотдачи. Для удаления льда со стенок требуется остановка и оттаивание его.

2) Мокрый оросительный ВО имеет металлический бак, изолированный снаружи.

Рис. 48. Мокрый оросительный воздухоохладитель

Внутри бака находятся две решетки 1. На нижнюю решетку насыпан рабочий слой керамических колец 2 толщиной 300…400 мм. Над рабочим слоем колец размещены оросительные желоба 3. На второй решетке насыпан отбойный слой колец 4 высотой около 150 мм.

Воздух, отепленный в камерах, подается вентилятором в ВО снизу и продувается через рабочий слой колец, орошаемый холодным рассолом. В этом слое колец происходит охлаждение и осушение воздуха (если температура рассола ниже температуры точки росы подаваемого воздуха). Охлажденный воздух, поднимаясь, проходит через отбойный слой колец, где за счет изменения направления движения отделяются капли рассола, после чего поступает в охлаждаемую камеру.

Рассол, отепленный на 1…2 °С, стекает на дно бака и через фильтр сливается в испаритель для охлаждения.

В мокрых оросительных ВО не происходит образования шубы, т.к. выделяемая влага поглощается рассолом, поэтому необходимо контролировать концентрацию рассола.

Если вместо рассола применяется вода, то разновидностью этих ВО будут форсуночные ВО.

С помощью насоса охлаждающая вода поступает в оросительные трубки, в которых образуется факел влаги. Воздух при соприкосновении с частицами воды охлаждается и нагнетается в камеру, в которой установлены фильтр и влагоотстойник для отделения частиц воды.

Рис. 49. Мокрый форсуночный воздухоохладитель

Недостатки: малый интервал охлаждения по температуре (только в области положительных температур).

Контрольные вопросы к разделу 3:

1. Какое основное требование предъявляется к конденсаторам?
2. Классификация конденсаторов по способу отвода тепла.
3. Какие типы конденсаторов с водяным охлаждением вы знаете?
4. Назовите основные этапы теплового расчета конденсатора.
5. Классификация испарителей.
6. Типы испарителей для охлаждения жидкостных теплоносителей.
7. Типы испарителей для охлаждения воздуха.
8. Назовите основные этапы расчета испарителей.
9. Для чего нужны воздухоохладители?
10. Назовите основные разновидности воздухоохладителей.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: