Маринюк Б.Т. Аппараты холодильных машин

Подождите немного. Документ загружается.

Удельная площадь поверхности межреберных участков рассчиты-

вается

из выражения

(4.51)

0,0004\

/МР =

М<Ь

(1 - V-Sp)

•

0,016

4,739

Ю-

0,007 /

Задавшись скоростью воздуха в узком сечении W = 4 м/с, по

графику

на рис. 4.5 находим

коэффициент

теплоотдачи к оребрен-

ной поверхности батареи со стороны воздуха а = 40

Вт/(м

• К).

Условная

высота ребра

л'

1,28-

0,805

lg 1,28

<*н

0,2-1

1 +

0,2

0,08

1,28

• 10-

• ю-•»

\/l

- 0,2 - 1

-10"

0,805

lg 1,28 у

! - 0,2

16.

ю-

1 +

0,0203

м.

Коэффициент

инеевыпадения на теплопередающей поверхности

аппарата

(

" <Св)

2830

• 10

(4,941

3,51).

10-

= 1+-

ПОВ'

1006

(-22,25

(-26,0))

1,107.

"Р

Ув

т пов>

Определяем среднюю температуру ребра

а»Е('в

-0-(т)

(С-д

о /ин

«в

W',

<Сов)

2*р

Св

- Сов)]

ин -

2с

ПО

в-'о)

/ин

"р^'пов 'р>

40(2830(0,494

0,351)

+ 2 •

(-22,25-(-26))1

- 1,107

(-22,25-

(-26)

= :—-——

• 1006

(-26 - tp)

-32,8'С;

(—

=24,17

Вт/(м

• °С).

/ин

101

Температуру основания ребра f

0CH

находим из уравнения

_-t

ъ\./т+«

'оси /

2а

где

а;

——

15,63

Вт/(м

•

X);

— +

4,139-10'

v к

'яи

40-1,107

15,63

г-

>«ч

-22,25

(-32,8)

W 4 - Ю- 204 '

&р

= , i f

„ =

-33,35

I ~

0,951.

-22,25

focH

2.15,63

-0,0203

204

Эффективность всего оребрения

739

-2

*н-£

+ (1-

)

—

-0,951

+0 -

0,951)-

0,956.

0,447

Определяем теплопередающую поверхность батареи воздухоох-

ладителя

Ю,5

= = =

63,23

166

Массовая

скорость холодильного агента из условия полного

выкипания

4t*qP

4-20-166

-9

= = = 56 кг/(м

•

X),

<*вн('вх-'вых)

0,014 (592

-422).

где

L* - длина шланга трубы, L* = 20 м; /

вх

, /

ВЬ1Х

- энтальпии хо-

лодильного агента на входе в аппарат и на выходе из него. Темпе-

ратуру кипения

фреона

принимаем на 10° ниже средней температуры

воздуха,

тогда /

вх

= 422 кДж/кг, i'

BbIX

= 592 кДж/кг; d

- внутренний

диаметр трубы

16x2

мм,ст

вн

0,014

мм.

Коэффициент

теплоотдачи со стороны холодильного агента

«а

-J5T-

0,272

549.Вт/(м

•

X).

102

Коэффициент

теплопередачи от воздуха к кипящему холодиль-

ному агенту, отнесенный к наружной поверхности ребер,

12,28

ВтДм

• °С).

1 9

-+0,0413

+ —

1,107.

0,956

549

Уточняем температуру кипения холодильного агента

Q„

-t

10,5-10

-21

-(-23,5)

12,28

62,77

^ ~"

U-U

-23,5

- t

13,621

°C,

35,85

"C.

Число параллельно работающих змеевиковых секций определяем

следующим образом:

массовый

расход хладона

10,5

•

= = =

0,06176

кг/с;

•вых-вх

170

суммарное сечение для прохода холодильного агента при ранее

принятой

массовой скорости М = 50 кг/(м

• С)

0,06176

—

1,235-

10-э м

проходное сечение одной трубки

/гр =

0,785с/

0,785

0.014

= 1,538 .

10""

;

необходимое число змеевиковых секций

1,235

•

10"

тр

1,538

•

10"

8,031.

Принимаем п

= 7, тогда змеевик будет работать с несколько

большим значением М, что благоприятно отразится на эффективности

теплообмена в аппарате в целом.

103

Рис.

4.9. Компоновочная

схема

батареи

воздухоохладителя

Геометрические

размеры бата-

реи воздухоохладителя: длина

1000

мм,

ширина

480 мм, высота

770

мм. Вся теплопередающая по-

верхность

аппарата составлена из

семи

секций, каждая из которых

имеет

площадь развитой теплопе-

редающей поверхности

=9,15

Компоновочная схема батареи воздухоохладителя показана

на рис.

4.9.

Толщина слоя инея на ребрах воздухоохладителя на момент

времени б

ин

= 30 ч

6,34

•

IG-g, (d

«О'*'

(Св -

«р)

ин ин

<=Р

(

si -

пов)

+ 2с

р (*в

- t

пов

,34

•

10"

40(4,941

0,351)

(30

•

3600)

(-26^ЭД

1006(2830(4,941

0,351)

+ 2 •

1006(-22,25-(-26))]

••

0,00326

м.

Аэродинамическое сопротивление оребренного пучка труб потоку

воздуха

находим по формуле

(4.58)

ДР

0,0113

(К'р)

0,0113

480

1,035

10"

(5.6)

=9,79

мм вод.ст.

4.6.

КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ

И РАСЧЕТ КОНДЕНСАТОРОВ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ

Конструктивные особенности конденсаторов

воздушного охлаждения

Современные

тенденции развития холодильной техники пре-

дусматривают

увеличение выпуска установок, оснащенных конден-

104

саторами воздушного охлаждения

(КВО).

Выполняя в холодильной

установке

то же назначение, что и конденсатор, охлаждаемый водой,

конденсатор воздушного охлаждения отличается от последнего

целым рядом преимуществ, главным из которых является возмож-

ность

его эксплуатации без потребления дорогой и

дефицитной

воды.

Конденсаторы воздушного охлаждения использовались главным

образом в агрегатах, обслуживающих торговое холодильное обору-

дование, в домашних холодильниках, а также на изотермическом

транспорте. Применение конденсаторов воздушного охлаждения

для средних и крупных холодильных установок позволит умень-

шить

общий

расход

дифицитнок

пресной воды, сократить затраты

на сооружение и использование устройств для охлаждения оборот-

ной воды.

установках малых и средних холодопроизводительностей,

оснащенных конденсаторами воздушного охлаждения, в качестве

холодильных агентов используются

фреоны.

Распространенный

до недавнего времени фреон-12, позволяющий во многих случаях

держать допустимое давление конденсации в установке при неблаго-

приятных условиях летней эксплуатации, оказывает разрушающее

воздействие

на озоновый слой Земли. Менее опасным в экологи-

ческом

отношении является

фреон

R-22, который широко произ-

водится

отечественной промышленностью для

применения

холо-

дильных машинах. За рубежом применяется

фреон

R-l34a

в качест-

ве

заменителя экологически опасного фреона-12. Теплофизические

СВОЙСТЕЭ

фреона

R-134a

близки к теплофизическим свойствам

фреона-12.

Отсюда

следует, что эксплуатация конденсаторов воздушного

охлаждения, особенно в

составе

установок средней и большой

производительности, возможна не во

всех

районах

нашей

страны и

не со всеми холодильными агентами.

повышением производительности холодильной установки

размеры конденсаторов воздушного охлаждения увеличиваются

быстрее,

чем размеры компрессора, и для размещения аппарата

требуется помещение большего объема. Конденсатор воздушного

охлаждения большой тепловой нагрузки отдает много теплоты,

которую необходимо отвести за пределы здания. Вентилятор создает

значительный шум, поэтому в крупных холодильных установках

конденсатор воздушного охлаждения становится менее выгодным.

Конструктивные особенности конденсатора воздушного охлаж-

дения

вытекают из резкого

различия

коэффициентов

теплоотдачи

на внутренней и внешней поверхностях труб.

105

Внутри труб конденсируется рабочее тело, для которого

коэф-

фициент

теплоотдачи даже при неблагоприятных условиях достигает

1200-3500

Вт/(м

•

°С).

Па наружной поверхности, омываемой потоком

воздуха,

подаваемого вентилятором,

коэффициенты

теплоотдачи

составляют

35-90

Вт/(м

Т),

что определяет максимум термичес-

кого

сопротивления теплопередаче.

Поэтому

выравнивание* тепловых напоров с обеих сторон возмож-

но только при развитии поверхности теплоотдачи со стороны воздуха,

которое технически реализуется в ее

оребрении.

Конденсаторы воздушного охлаждения обычно состоят из реб-

ристой батареи, кожуха,

диффузора

и электровентилятора. Ьата-

рея набирается из нескольких секций оребренных труб, соединен-

ных

между собой коллекторами.

Секции в

свою

очередь представляют собой трубчатый змеевик,

составленный из ряда U -образных трубок, соединенных между

собой

калачами. Прямые участки труб имеют насадные штампован-

ные ребра с фиксированным шагом относительно друг друга.

зависимости от типа холодильной машины применяются сталь-

ные или медные трубы 12x1, 14x1 мм. Для стальных труб исполь-

зуются

стальные ребра толщиной

0,5-0,8

мм. Посадка ребер на

стальные трубы осуществляется с шагом 3-4 мм методом горячей

цинковки. Медные трубы обычно снабжены алюминиевыми

ребрами

воротничками, обеспечивающими требуемый шаг между

ребрами

лучший

контакт с несущей поверхностью трубы при ее раздаче

гидравлическим методом или протяжкой дорна.

Холодильный агент поступает в конденсатор сверху и отводится

снизу.

В агрегатах с открытыми компрессорами

воздух,

подаваемый

на обдув батареи конденсаторов воздушного охлаждения, нагнетается

осевым

вентилятором, насаженным на вал электродвигателя компрес-

сора.

Для более равномерного распределения скорости воздуха

по сечению батареи ее располагают на стороне всасывания вентиля-

тора.

Конденсаторы воздушного охлаждения комплектуются много-

лопастными малошумными вентиляторами, изготовленными из

листовой стали или пластмассы.

Совершенствование конструкций конденсаторов воздушного

охлаждения идет по пути увеличения степени

оребрения

со сторо-

ны воздуха, сокращения шума вентилятора, повышения интенсив-

ности теплоотдачи со стороны воздуха.

кк.

Основные формулы

зависимости, используемые

для расчета конденсатора воздушного охлаждения

Приведенный

коэффициент

наружной теплоотдачи от воздуха

к поверхности гофрированных просечных ребер [S1]

где

А.

коэффициент

теплопроводности воздуха; с/

- эквивалентный

диаметр канала решетки оребрения, продуваемой воздухом; )\'

скорость

потока воздуха в узком месте щели оребрения.

Расход

воздуха через конденсатор воздушного охлаждения

= ,

(4.60)

Р„Рв

'в

где

с. - теплоемкость воздуха; Д/

- разность температур воздуха

на входе в аппарат и на выходе из аппарата.

Условный

коэффициент

теплопередачи

«н?нСк

«пр.

И-

)

где

коэффициент

эффективности оребрения; Г

коэффициент,

учитывающий несовершенство контакта ребра с трубой.

Плотность теплового потока, отнесенная к наружной оребренной

поверхности труб,

'н

где

L - температура стенки трубы; L - средняя температура

потока воздуха; «

коэффициент

теплоотдачи при конденсации

фреона

во внутритрубном пространстве;/

В11

- удельная внутрен-

няя и наружная поверхности, приходящиеся на 1 м длины трубы.

Аэродинамическое сопротивление конденсатора воздушного

охлаждения, выполненного на основе проа чных ребер, можно

рассчитать по уравнению

\Г

= 0,132 (Ш,НЬ'

)'.", Н.63)

где

ЛР - аэродинамическое сопротивление батареи конденсатора;

- длина пластин по ходу воздуха (глубина аппарата); Iv'

- скорость

воздуха

в узком сечении; d

- эквивалентный диаметр.

107

Пример

расчета

конденсатора

воздушного охлаждения

Выполнить

тепловой конструктивный расчет конденсатора

воздушного

охлаждения работающего в составе холодильной маши-

ны на базе компрессора

2ФУУБС1&

Холодильная

машина эксплуатируется на фреоне-22 в режиме

кондиционирования при температуре кипения холодильного агента

= ОТ. Тепловая нагрузка на аппарат Q

= 66,8 кВт. Расчет произ-

вести

для условий г. Москвы. Схема распределения температур

представлена

на рис. 4.10, где F - условная теплопередающая по-

верхность

аппарата; ^ - температура конденсации холодильного

агента;

, г

- температура воздуха на входе в аппарат и выходе

из аппарата; Дг

- изменение температуры воздуха в аппарате; 8

- температурный перепад между воздухом и холодильным аген-

том

на входе в аппарат и выходе из аппарата.

Для конденсаторов воздушного охлаждения малых холодильных

машин обычно принимают изменение температуры воздуха в аппарате

Дг

в диапазоне

12-20°С,

температурный перепад между воздухом

и холодильным агентом на выходе из аппарата - в пределах

5-10Х.

Для условий г. Москвы средная расчетная температура воздуха

составляет

°С.

'Используя

приведенные рекомендации, находим основные

характеристики распределения: f

,t , 8 .

Температура

воздуха на выходе из конденсатора

=г

+Д/

= 23 +

38°С.

Температура

конденсации холодильного агента

+ 8

45"С.

Среднелогарифмический температурный перепад

- 23

45-23

13,ГС.

23lg-

2,3

45-38

I0&

Рис.

4.10.

Схема

распределения температур

конденсаторе воздушного охлаждения

Рис.

4.11. Геометрические характеристики |

просечного

ребра

411

Средняя температура воздуха

аппарате

Чг'к-

»>

13,1

=31,9-С.

Расход

воздуха через аппарат

66800

3,816

/с.

ЮОб-1,16-15

Рассмотрим

вариант аппарата

теплопередающей поверхностью,

составленной

из

гладкотрубных змеевиков, оребренных стандарт-

ными гофрированными просечными ребрами (рис.

4.11).

Гофрированные просечные ребра выполнены

из

алюминиевого

листа

толщиной

= 0,3 мм.

Ребра имеют воротники

шириной

2 мм,

обеспечивающие контакт ребра

несущей поверхностью,

качест-

ве

которой выбрана медная труба

12x1

мм с

внутренним диаметром

Bli

= 11

мм.

Посадка

ребер

на

трубу осуществляется

шагом

равным высоте

гофра,

т.е. 3,5

мм.

Оребренная поверхность, образованная такими ребрами, име-

ет

следующие характеристики:

эквивалентный диаметр живого сечения

4,32

мм,

длина потока вдоль трехрядного ребра

мм,

коэффициент

оребрения

<р

16,7,

внутренняя поверхность секции длиной

/вн

л<4н

•

141

•

0,11

• 6 =

0,207

наружная поверхность секции длиной

/„

Ф/

ВН

16,7-0,207

= 3,46

число ребер

на

секции

юоо

286,

0,0035

109

узкое

сечение для прохода воздуха при длине секции / =

уз

=а/-|п

(а-2</

р+

0,06 +

286

(0,06

- 0,012

•

10-" +

- 10"

•

2 =

0,0329

фронтальное сечение

м секции по воздуху

а/=

0,06

коэффициент

сужения сечения

уз

0,0329

0,548,

/фр 0,06

масса

секции длиной

м составляет 3,03 кг.

Наружную теплопередающую поверхность аппарата F

найдем по

известному

соотношению

F=-^~.

к D

Значения

коэффициентов

теплопередачи fc

, отнесенные к ореб-

ренной

поверхности труб, зависят от скорости воздуха в узком

сечении IV

и практически находятся в следующих пределах:

при lv'

3 м/с к

= 20

Вт/(м

•

"С),

при W

8 м/с к

= 50

Вт/(м

"С).

Считая, что при выбранной скорости ^

= 5 м/с значение fc

будет

не ниже 35

Вт/(м

• °С), определяем теплопередающую поверхность

аппарата:

66800

—

146м

к^т

35-13,1

Так

как теплопередающая поверхность секций в приближенном

варианте получилась значительной, принимаем схему батареи

двумя параллельно работающими вентиляторами.

При дальнейшей компоновке батареи 14 секций расположены по

высоте

и 2 секции по глубине, что соответствует размеру по высоте

= 14а = 850 мм и размеру по глубине L = 2L

= 180 мм. Длину аппа-

рата по

фронту

примем равной

1500

мм.

Общая наружная поверхность батареи составляет

•

3,46

•

1,5

•

14,2

145,3