Маринюк Б.Т. Аппараты холодильных машин

Подождите немного. Документ загружается.

вертикальными стояками образуют прямоугольную раму с вварен-

ными панелями. Общая теплопередающая поверхность аппарата

состоит

из нескольких таких рам-секций, установленных параллель-

но друг другу в ванне.

испарителе типа

АКХИ

расстояние между панелями в соседних

секциях

составляет 81 мм, а в холодоаккумуляторах типа ЛКХ

межпанельный просвет увеличен до

162

мм.

Панельные испарители* и холодоаккумуляторы в варианте испа-

рителя выпускаются с теплопередающимм поверхностями 45, 60,

90,

120, 160, 180, 240 и 320 м

, в варианте холодоаккумулятора с

поверхностями 45, 60, 90, 120, 160 м

, причем десятиметровые

сек-

ции используются в аппаратах с теплопередающей поверхностью

120

и выше.

Панельные аппараты позволяют охлаждать воду до околонуле-

вых

температур и работать в режиме накапливания льда на охлаж-

даемой поверхности. Следует отметить также минимальное исполь-

зование в них дефицитных стальных бесшовных труб.

Для расчета аппарата слелует иметь исходные данные, включаю-

щие зависимость холодопроизводительности компрессора от темпе-

ратуры

кипения

f(t

начальную температуру воды в водяной

нач „

ванне ,

массу

воды, заливаемой в бак, G

, теплопроницаемость

стенки водяной ванны

orp

площадь теплопередающей поверх-

ности аппарата F

, толщину стенки и теплопроводность материала

панелей.

Расчет

производится в предположении равенства температур стенки

и кипящего хладагента.

Искомыми параметрами являются температуры воды t

, кипящего

холодильного агента t

и толщина льда на момент времени т с

начала процесса аккумуляции льда. Располагая зависимостями

температур стенки, толщины льда и воды от времени, можно- с

дос-

таточной для инженерных расчетов точностью рассчитать количество

производимого на установке льда.

Процедура расчета сводится к составлению системы из трех

уравнений, первое из которых устанавливает тепловой баланс

между

окружающей средой Q

, водяной ванной Q

, теплотой

фазового перехода воды в лед Q.

и испарительными панелями

naii

Исследованием и внедрением в промышленность панельных аппаратов занимались

сотрудники

ВНИКТИхолодпрома

завода

"Компрессор"

- В.В.

Лаврова,

Р.Ь. Иванова,

А.Ь.

Харченко,

А.И.

Шувалов,

Н.Г. Креймер.

второе уравнение связывает характеристику компрессора и тепло-

съем

с панелей, т.е.

Ошш

Со('о)>

третье уравнение устанавливает соотношение между температурой

кипения

холодильного агента и толщиной слоя намораживаемого

льда:

О, I

'о

= '

При

решении

системы следует учитывать рос/ термического сопро-

тивления льда со временем, которое входит в выражение Q

Фактор меняющегося со временем термического сопротивления

делает задачу нестационарной, поэтому целесообразно разбить

временной интервал на ряд отдельных отрезков

т.

Количество теплоты, отведенной от воды, Q

находится по обычной

зависимости с учетом периода времени от начала процесса намора-

живания льда Дт, т.е.

Дт

Теплота

фазового перехода воды в лед определяется из выраже-

Пробные расчеты по

данной

методике дали хорошую сходимость

результатами испытания панельного холодоаккумулятора.

4.5.

КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ

РАСЧЕТ

ПОВЕРХНОСТНЫХ СУХИХ ВОЗДУХООХЛАДИТЕЛЕЙ

КОНСТРУКТИВНЫЕ

ОСОБЕННОСТИ

ПОВЕРХНОСТНЫХ

СУХИХ

ВОЗДУХООХЛАДИТЕЛЕЙ

Искусственно охлажденный воздух широко применяется в раз-

личных отраслях народного хозяйства, в том числе в пищевой про-

мышленности, нефтехимии, производстве минеральных удобрений,

медицине и сельском хозяйстве.

дазНу

too х ла

дитела.

Контактные

Форсуночн

ь/е

пенным

режимом

орошаемой

насадной

Поверхностные

Непосредственного

охлаждены,

Гпаднотруб-

ные

Рассольного

охлаждения

Оребренные

псебдоожижен-

ным слоем

Потолочные

Постаментные

Смешанные

Орошение

триб

сберху

ала

сбоку

Орошение

труб

пеной

снизу

Рис 4.5.

Классификация

воздухоохладителей

По

принципу

действий - способу охлаждения воздуха - воздухо-

охладители делятся на поверхностные

(сухие),

контактные (мокрые) и

смешанные. Классификация воздухоохладителей с учетом конструк-

тивных

особенностей представлена на рис.

4.5.

наиболее распространенных поверхностных воздухоохладителях

воздух отдает теплоту хладагенту или хладоносителю, протекающе-

му в каналах

(трубах)

развитой теплопередающей поверхности. В

трубах

воздухоохладителя непосоедственного охлаждения, который

является

испарителем в схеме холодильной машины, кипит хладагент,

трубах воздухоохладителей рассольного охлаждения протекает

рассол.

контактных воздухоохладителях воздух непосредственно

соприкасается

с хладоносителем. Конструктивно такие аппараты

выполняются форсуночными или с орошаемой насадкой. Существуют

и конструкции аппаратов такого типа, работающие в

пенном

режиме.

воздухоохладителях смешанного типа теплообменная поверх-

ность

орошается жидкостями с

низкой

температурой замерзания.

Поверхностные воздухоохладители могут конструктивно выпол-

няться гладкотрубными или ребристыми.

большинстве случаев поверхностные воздухоохладители имеют

развитую теплопередающую поверхность со стороны потока воздуха.

Это

объясняется тем, что

коэффициент

теплоотдачи от воздуха к

поверхности охлаждения

примерно

на порядок ниже, чем от жид-

кости,

и на несколько порядков ниже, чем со стороны хладагента при

его

кипении

в тесных каналах.

Развитие теплопередающей поверхности путем

оребрения

гладких

труб позволяет выравнивать температурные напоры с обеих сторон

теплообменивающихся сред и увеличивать теплосъем.

Поверхностный воздухоохладитель обычно состоит из ребристой

батареи, кожуха,

диффузора

и элек-рровентилятора. Ватарея

сосАв-

ляется из нескольких секций оребренных труб, соединенных между

собой

коллекторами.

Секции в

свою

очередь представляют собой трубчатый змеевик,

составленный из ряда

образных труб, соединенных между собой

калачами. Прямые участки труб имеют насадные штампованные

ребра с фиксированным шагом относительно друг друга.

зависимости от типа холодильной машины применяются сталь-

ные или медные трубы 0

12x1,

14x1, 16x1 мм. Для стальных труб

используются

стальные ребра толщиной

0,5-0,8

мм. Насадка ребер

на стальные трубы осуществляется с шагом 5-7 мм и более методом

горячей ипнковки. Медные трубы обычно снабжены алюминиевыми

ребрами

о воротничками, обеспечивающими требуемый шаг между

ребрами

лучший

контакт с несущей поверхностью трубы при ее

раздаче гидравлическим методом или при протягивании дорна.

крупных но-ду

•

оохладителях, работающих в

составе

холодиль-

ных

установок большой холодильной мощности с насосно-циркуля-

ционной

испарительной системой, раздача парожидкостной смеси

и сбор паров выполняется с помощью коллекторов, которые объеди-

няют входные у. ныходные участки трубопроводов змеевиковых

секций.

Оттаивание

инеч

в таких аппаратах осуществляется горячими

парами

холодильного агента, которые подаются со стороны нагнета-

ния компрессора.

установках меньшей производительности с безнасосной схемой

циркуляции

холодильного агента для раздачи парожидкостной смеси

используются

распределители различных конструкций. Поэтому

оттаивание

инея

производится большей частью с помощью встроен-

ных

электронагревательных элементов, которые включаются после

остановки компрессора и прекращения подачи холодильного агента

змеевики секций.

Воздухоохладители

обычно комплектуются многолопастными

малошумными вентиляторами, изготовленными из листовой стали

или пластмассы. Для более равномерного распределения скорости

воздуха

по сечению батарею располагают на стороне всасывания

вентилятора.

Совершенствование конструкций воздухоохладителей идет

по пути

интенсификации

теплообмена на наружной поверхности

оребрения. Для этого все чаще применяются пластины, отштампо-

ванные с зигзагами или волнами, расположенными перпендику-

лярно потокувоздуха.

Основные формулы и зависимости, используемые

для расчета поверхностных сухих воздухоохладителей

Коэффициент

наружной теплоотдачи от воздуха к поверхности

труб, имеющих коридорное расположение и оребренных прямыми

гладкими ребрами, определяется по

графику

на рис. 4.6.

Эквивалентный диаметр суженного проходного сечения опреде-

ляется соотношением

= 2 (5, - d

) (S -

b)/[(S

- d

) + (S - 6 )],

(4.48)

где

5, - поперечный шаг труб, м; d

- наружный диаметр труб, м;

- межреберный шаг, м; б

- толщина ребер.

Коэффициент

оребрения в аппарате пластинчатыми ребрами

0,785d

+ nd

(1 -

6p/5

)

(4.49)

где

5, - продольный шаг труб, м.

Рис.

4.6. Зависимость коэффициента

теплоотдачи

от воздуха а

к поверхности

оребренных труб от массовой скорости

Wp,

длины пластик по ходу воздуха L*

и эквивалентного диаметра проходного

сечения для воздуха d

<х

,Ьт/(„

-к)

30\

ВО

га

—

го

л:

'iii

—

!)0

Площадь поверхности ребер

/ь„н \ 1

/=2

0,785с/

(4.50)

'о

\ "г "I 5

где

Я - высота пластины ребра, м; Ъ

ширина

ребра, м; п

- число

труб, охватываемых одной пластиной.

Площадь поверхности межреберных участков

/мр^.^нО-

вр/Sp)-

(

)

Площадь живого сечения батареи

где

/ф

- фронтальное сечение аппарата.

Плотность теплового потока со стороны кипящего хладагента

определяется из соотношения

Q=K

('„"'о).

(4.53)

где

К -

коэффициент,

учитывающий теплофизические свойства

хладагента; М - массовый расход хладагента в трубах батареи,

кг/(м

.с);

ст

, г

- температура стенки трубы и кипения холодиль-

ного агента соответственно, °С.

Толщина слоя инея на плоской поверхности стенки определяется

по формуле

6,34.10-'а

«1

пов)

2та

пов-W

...

(4.54)

РI

(<*в

'Сов)

2с

(

Сов)!

ин

где

, DNOB ~ влагосодержание воздуха вдали от поверхности слоя

инея и на его поверхности, кг/кг; L - теплота конденсации и замер-

зания паров воды, L =

2831

• 10

Дж/кг; t

, г

пов

- температура воздуха

вдали от поверхности слоя инея и на его поверхности,

"С;

ст

- тем-

пература стенки, "С; с

- удельная теплоемкость воздуха при опре-

деляющей температуре, Дж/(кг

•

°С);

т - время, с.

Термическое сопротивление слоя инея толщиной 6

ин

(4.55)

Коэффициент

инеевыпадения

на

оребренной теплопередающей

поверхности

+ .

(4.56)

ин

Эффективность ребра, покрытого инеем,

Р/

= —

; ,

(4.57)

'в

'осн

Г 2aj

где

hp -

высота ребра,

м; 6

толщина ребра,

м; Л

коэффициент

теплопроводности материала ребра, Вт/(м

•

°С);

средняя темпе-

ратура поверхности ребра,

°С;

0CH

температура основания ребра,

•с.

Эквивалентный

коэффициент

наружного теплообмена,

Вт/(м

•

°С)

Аэродинамическое сопротивление батареи воздухоохладителя,

выполненной

на

основе прямых гладких ребер, определяется

по

формуле А.А. Гоголина

ДР

0,0113

р-^-Кир)

(4.58)

Пример расчета поверхностного сухого воздухоохладителя

Выполнить

тепловой конструктивный расчет поверхностного

сухого

воздухоохладителя, работающего

составе

холодильной

машины, обслуживающей камеру

для

хранения продукции

заморо-

женном состоянии. Предусматривается,

что

продукция хранится

закрытой таре (упаковке)

подвод влаги

камеру осуществляется

главным образом

за

счет эксплуатации холодильной камеры

частично

от

продуктов.

холодильной камере может находиться несколько

воздухо-

охладителей

одинаковыми температурными режимами.

ipr<)3%

Рис.

4.7. Изображение процесса охлаждения

воздуха

в i, d-диаграмме

0 d,t<r/i<

Холодильная машина эксплуатируется на

фреоне

R-22 при

температуре воздуха на входе в батарею воздухоохладителя

= -2ГС, тепловая нагрузка аппарата Q= 10,5 кВт, относительная

влажность воздуха на входе if

= 93%, относительная влажность

воздуха

на входе <р

= 98,5%.

Особые

условия - длительность работы воздухоохладителя

без

оттаивания - не менее 30 ч.

Необходимые параметры воздуха на входе и выходе воздухо-

охладителя могут быть определены

графически

по i, d-диаграмме

(рис.

4.7) или рассчитаны по таблицам свойств влажного воздуха.

Энтальпия влажного воздуха

где /

- энтальпия насыщенного водяного пара, кДж/кг; i'

- энталь-

пия сухого водуха, кДж/кг;

<р

- относительная влажность, %.

Влагосодержание влажного воздуха

где d" - влагосодержание воздуха, насыщенного водяным паром,

кг/кг.

Состояние воздуха на входе в воздухоохладитель

'с

Ф'

;

d= yd",

»',

= i

Ф,1

21,13

+ 0,93 • 1,432 =

-19,798

кДж/кг;

= ф0,93

-5,81

• Ю"

5,403

10"

кг/кг.

Удельный объем влажного воздуха

RT 286

•

252

0,981

. 105

0,734

/кг,

где Я

- удельная газовая постоянная сухого воздуха, R

286

ДжДкг

•

К); Р- давление потока воздуха, Н/м

Параметры воздуха на выходе из аппарата

'а

«с

ф1'

985

175

482

Дж/кг;

0,985

•

4,55 .

10"

4,483-10"

кг/кг.

Среднее значение параметров воздуха:

t +t

-21+

(-23,5)

температура t

= —

—-—

-22,25'С;

i +f

-19,79-22,482

=-21,14

кДж/кг;

влагосодержание d

—• =

5,403

• 10-< + 4,48 • 10 • 10-'

= 4,94 - Ю-

кг/кг.

Массовый

расход проходящего через аппарат воздуха

-—

= =

3,912

кг/с.

1, - i

-19,798—(—22,482)

Объемный расход воздуха

= Gv, = 3,912

•

0,734

2,871

/с.

Количество влаги, отнимаемой от воздуха в аппарате,

= G (d, - d

) =

3,912

(5,403

4,48).

10"

3,599

. 10"

кг/с.

Параметры воздуха у поверхности охлаждения определяем,

решая

уравнение

прямой

процесса охлаждения

ин ин

'т-'пов

-21,14

- 10

-1

пов

е = = = =

29,17

Дж/кг.

ин

dm-^noB

4,941.10--rf

noB

Решая последнее уравнение методом подбора и

принимая

во

внимание, что воздух у поверхности

инея

насыщен влагой, т.е.

Ф=

100%,

находим

Св=

6°С;

<Св=

3,510

кг/кг; i^,-

-25,30

кДж/кг.

ф^/^

ни

Рис. 4.8.

Геометрические

характеристики

пластинчатого

ребра

Процесс

изменения состояния воздуха в воздухоохладителе

изображен на рис. 4.6. Состояние воздуха у поверхности инея можно

найти

графически, продолжая линию 1-2 на /', d-диаграмме до пере-

сечения с

линией

= 1.

Принимаем размер аппарата по ходу воздуха (глубине) / = 400 мм,

что соответствует последовательному размещению четырех рядов

пластинчатых ребер размером

80x40

мм каждая (рис.

4.8).

При принятых геометрических характеристиках батареи воздухо-

охладителя

коэффициент

оребрения составит

2(5^

0,785d

„)/[S

+ nd„(l - 6

)]

<*вн

2 (0,040

•

0,040

0,785

•

0,016

)/[0,007

+ 3,14 • 0,016 (1 -

0,004/0,007)]

3,141-0,016

Эквивалентный диаметр суженного проходного сечения определя-

ется

соотношением

= 2 (S

- d

)(S

)/[(5

- d

) + (S

- б

)] =

(0,040

0,016)(0,007

0,0004)/[(0,040

0,016)

(0,007

0,0004)]

= 1,035

•

10"

м.

Удельная площадь поверхности ребер /

находится по соотношению

(4.50)

1Ь„н

\ 1

= 2

0,785d

/ s

10,080 -0,040

\ 1

2 I

0,785 • 0,016

= 0,4 м

/м.

0,007

100