Маринюк Б.Т. Аппараты холодильных машин

Подождите немного. Документ загружается.

Скорость

в узком сечении

3,816

——

5,52

м/с.

уз

t,Bh 0,548 - 0,84 . 1,5

На этом завершается компоновка батареи.

По уравнению

(4.59)

находим приведенный

коэффициент

тепло-

отдачи от воздуха к оребренной поверхности:

К I W„d, \°'

С0267

5,52 -

0.00432

«пп

0,15—5-

—2-^- =0,15

=74,3

м/с.

d- \ v

/ 0,00432 16 - 10"

уравнении

(4.59)

коэффициент

теплопроводности воздуха к

и кинематической вязкости v взяты по средней температуре

воз-

духа

=31,9 "С.

Условный

коэффициент

теплопередачи к определяем по урав-

нению

(4.61):

=й

пр

= 74

BT/(M

-T).

Коэффициент теплоотдачи со стороны конденсирующегося хо-

лодильного агента, отнесенный к оребренной поверхности труб,

(^ - t

f^ 1/

(4.64)

BH ('к

- h) J

0,5В

Здесь

В -

коэффициент,

зависящий от теплофизических свойств

агента. Для фреона-22 при г

45°С

В = 65,2; Д/ - разность энтальпий

холодильного агента на входе в аппарат и выходе из аппарата.

Для условий рассматриваемого примера ДI

= 2 • 10"

Дж/кг.

Подставив

в уравнение

(4.64)

соответствующие значения В, AU

ф,

выразим параметр а

через константный комплекс Л, пред-

ставляющий собой результат вычисления в уравнении

(4.64)

всех

величин:

ан

= A (t

)-°.

135,48

)-°-

. (4.65)

Выражая

коэффициент

теплоотдачи а„

через плотность тепло-

вого

потока q

, преобразуем уравнение

(4.65)

к виду

= A(t

-t

y°,*S;q

A(t

-tJ°.*s. / "

(4.66)

('к " У

111

Рис.

4.12. График определения расчетной

плотности теплового потока

33 36 39 W t,'C

Следуя виду соотношения

(4.62),

получаем расчетное выражение

для плотности теплового потока

74,3

31,9)

135,48

(45 - g

«-«s. • (4.67)

Решение уравнения

(4.67)

графическим методом или численно

дает значение температуры поверхности стенки трубы и искомую

плотность теплового потока.

На рис. 4.12 приведен пример графического метода решения

уравнения

(4.67).

Уточненное значение теплопередающей поверхности аппарата

66800

= = =

112

56С

Сравнивая уточненное значение теплопередающей поверхности

со значением F

= 145,3 м

, полученным из компоновочных ре-

шений, отмечаем наличие 20%-ного запаса по поверхности.

Аэродинамическое сопротивление вентилятора найдем по урав-

нению

(4.63)

ДР=

0,135

J-j—

j(Wp

180

0,132 (5,52- 1,16)'.

148

Па.

4,32

Полное сопротивление с учетом неучтенных потерь

= 1,25ДР

1,25-

148

185,4

Па.

Из справочника [82] по

графику

зависимости АР от V

подбираем

восьмилопастной вентилятор серии МУ № 7 со следующими парамет-

рами:

112

перепад давления (создаваемый напор) ДР

185,4

Па;

расход

воздуха V

= 1,91 м

/с;

угол

атаки лопастей

= 15°;

частота

вращения п

960

об/мин;

= 0,5.

Потребляемая вентилятором мощность

185-1,91

= 708 Вт.

0.5

Вентилятор снабжен стандартным электродвигателем мощностью

1,416

кВт.

4.7.

РАСЧЕТ ИСПАРИТЕЛЬНЫХ КОНДЕНСАТОРОВ

Испарительные конденсаторы относятся к группе аппаратов

водовоздушного

охлаждения, так же как и оросительные конденса-

торы. Однако в отличие от последних теплота конденсации хлад-

агента отводится главным образом за счет

эффекта

испарительного

охлаждения воды, тогда как в оросительных конденсаторах отвод

теплоты осуществляется в основном конвекцией к воде.

Испарительные конденсаторы

эффективно

используются в райо-

нах с сухим и жарким климатом, в последние годы аппараты такого

типа

начали

широко применяться и в средней полосе. В летнее время

года

доля теплоты, отведенной за счет испарения воды, достигает

80%.

Таким образом, испарительный конденсатор как бы объединяет в

себе

оросительный конденсатор и градирню, отсюда в аппарате

имеет место

низкий

расход воды

(всего

10-12%

расхода в кожухо-

трубном конденсаторе).

Испарительные конденсаторы применяются в стационарных

установках

средней и большой производительности и работают

преимущественно на аммиаке.

Принципиальная

схема

испарительного конденсатора представ-

лена на рис. 4.13.

Аппарат состоит из закрытого корпуса 1, внутри которого разме-

щается основная теплообменная батарея, активная поверхность

которой составлена из ребристых или гладкотрубных змеевиков,

изготовленных

из стальных труб й

25x2,5

мм (при общей теплопе-

редающей поверхности до 80 м

) и труб 0

38x3

мм (при общей тепло-

передающей поверхности более 90 м

). Во избежание коррозии метал-

лические поверхности цинкуются.

ПЗ

Выход

воздухи

Вход

рабочего

шел

и.

Выход

риОичсго

тела

Вход

воздуха

Рис. 4.13.

Конструктивная

схема

испарительного

конденсатора

Внутри труб конденсируется холодильный агент, теплота конден-

сации воспринимается орошающей водой, подаваемой из ороситель-

ного устройства 3 с помощью водяного насоса 4.

Создаваемый

вентилятором 5 поток воздуха усиливает испа-

рение

воды и служит приемником теплоты, отводимой от воды

испарительным

эффектом

и обычным конвективным теплообменом.

Вентилятор 5 может быть осевым или центробежным с

нижним

или

верхним расположением.

Воздух

входит в проточную часть аппарата через проемные окна,

расположенные в

нижней

части корпуса, и идет снизу

вверх.

Для

уменьшения уноса воды над развитой теплопередающей поверх-

ностью

устраивают каплеотбойное устройство 6. Сбор воды осущест-

вляется

в водяном баке 7, откуда поступает в насос 4 и далее на

водоразбрызгивающие

форсунки

3. Для компенсации испарившейся

воды,

а также части воды, уносимой

циркулирующим

воздухом, в

водосборнике размещается поплавковый клапан, соединенный с

системой

водоснабжения.

существующих конструкциях аммиачных испарительных кон-

денсаторов поток паров перегретого холодильного агента пропускают

через теплообменную секцию, где происходит предварительное

охлаждение потока до температуры, близкой к температуре насыще-

ния. Фор-конденсаторная секция работает как воздушный теплооб-

менник. После фор-конденсаторной секции

пары

холодильного агента

направляются в маслоотделитель, а затем во внутритрубное простран-

ство

основной теплообменной батареи 2.

114

Преимущества испарительного конденсатора - малая занимае-

мая площадь, небольшой расход воды, интенсивный тепло-влаго-

обмен между воздухом и водой, возможность использования в

зимний

период

в качестве воздушного конденсатора. Основные недостатки

аппарата - быстрое нарастание водяного камня на активной поверх-

ности теплообменной батареи, высокий коррозионный износ.

действующих холодильных установках используются преиму-

щественно испарительные конденсаторы типа ИК (отечественное

производство)

и "Эвако" (производство Венгрии).

качестве базовых аппаратов типа ИК используются аппараты

ИК-90

производительностью 209 кВт и аппараты ИК-180 производитель-

ностью

417 кВт при температуре конденсации

"С

и температуре

воздуха

°С.

Аппараты имеют верхнее расположение центробежных вентиля-

торов и фор-конденсаторную секцию.

ВНИКТИхолодпром

и ВНИИхолодмаш разработали серию испа-

рительных конденсаторов модернизированной конструкции:

ИК-125,

ИК-200

ИК-315.

В конденсаторах

данной

группы применена

прин-

ципиально

новая конструкция теплообменной батареи, которая

представляет собой секции, выполненные в виде плотного пучка

шахматным расположением труб

22x1,6

мм. Каждая секция состоит

из десяти горизонтальных гладких труб с коллектированными

вертикальными сборниками.

Преимущество конструкции короткошланговой батареи по срав-

нению со змеевиковой, используемой в конденсаторах ИК-90 и

ИК-180,

состоит в малом гидравлическом сопротивлении по хо-

лодильному агенту, в такой батарее теплосъем больше, чем в

змеевиковой

батарее, в 1,3-1,7 раза. Конденсаторы

ИК-125,

ИК-200

ИК-315

снабжаются осевыми вентиляторами.

Показатели испарительных конденсаторов "Эвако" представлены

в[1].

ряде конструкций зарубежных

фирм

Aircoil или Dunham Buch

вентиляторы стараются разместить в

нижней

части корпуса так,

чтобы в проточную часть вентилятора всасывался атмосферный

воздух.

Часть элементов аппарата - каплеотбойники, оросительное

устройство,

водосборник - выполняются из неметаллических

материалов.

Расчеты

испарительных конденсаторов вызывают существенные

трудности и дают менее точные результаты. Трудности расчетов связа-

ны со сложностью процессов тепло- и массообмена, происходящих в

аппарате, а также с влиянием различных факторов на эти процессы,

115

например

атмосферно-климатических (температура воздуха, его

влажность,

атмосферное давление и пр.) или производственно-

технологических

(загрязнения, ржавчина, масло и т. д.).

Расчет

испарительного конденсатора осуществляется по средним

параметрам и по удельным расходным показателям на 1 кВт

нагрузки.

Приняты

следующие

параметры:

Количество

циркулирующей воды 25 • 10'

л/с

Количество

свежей, добавляемой воды

(10+30)

• Ю

-4

л/с

Количество

циркулирующего воздуха

(25+40)

• Ю

-3

/с

Расход

электроэнергии

(120+170)

• Ю

-4

Вт

Исходные

данные для расчета включают нагрузку аппарата Q,

температуру

воздуха

t и относительную влажность воздухаФ

Расчет

испарительного газификатора производится в такой после-

довательности.

По имеющимся расходным параметрам и нагрузке

на аппарат находим объем воздуха \

, циркулирующего через

аппарат. Принимаем геометрические «размеры ребристого пучка.

Задавшись скоростью воздуха в узком сечении аппарата на уровне

= 3-="5 м/с, находим поверхность фронтального ряда теплообмен-

ной батареи F .

По имеющимся исходным данным для воздуха - по температуре

В]

и относительной влажности ф^ - наносим точку / на /,

d-диа-

грамме.

Энтальпия воздуха на выходе из аппарата ^ определяется из

выражения

+-ГГ-,

(4.68)

в V

> в в

где

- плотность наружного воздуха, кг/м

Влагосодержание

воздуха на выходе из аппарата

•

69)

"bPb'W

где

- 2,5- 10

- теплота парообразования воды, Дж/кг; d

влагосодержание

воздуха на входе в аппарат, кг/кг.

Зная значения <

и d

на i, d-диаграмме, можно

найти

параметр

П6

Рис.

4.14. Изображение процесса в i, d-

диаграмме

ip'100%

Строим процесс в i, d-диаграмме, продолжая линию 1-2 до пере-

сечения с кривой ф =

100%,

находим параметры насыщенного воздуха

поверхности воды при ее средней температуре (рис.

4.14).

Зная температуру воздуха t

', можно

найти

коэффициент

влаго-

испарения \ по формуле

1-1 +

nh/(rf

)

Ср(«в-'в

)

(4.70)

где

с/ - среднее влагосодержание воздуха, кг/кг;

' ;

t - средняя температура воздуха:

Коэффициент

теплоотдачи от воздуха к поверхности водяной

пленки при поперечном обтекании воздухом шахматного пучка

гладких труб определим по уравнению

-^- =

0,4Re°>

" е

пп

(4.71)

где

- поправка на возможность переходного характера течения

воздуха;

- наружный диаметр труб батареи, и; к -

коэффициент

теплопроводности воздуха,

Вт/(м •

К).

Общий

коэффициент

теплоотдачи от воздуха к поверхности труб,

орошаемых водой, а- =

£.

Теплопередающая поверхность аппарата, м

<х

'" 'в)

117

Плотность

теплового потока,

Вт/м

со

стороны холодильного

агента

%п

^^--

(4-73)

Коэффициент

теплоотдачи

от

пленки стекающей воды

поверх-

ности труб теплообменной батареи,

Вт/См

•

К),

=AT

(4.74)

где

Г-

интенсивность орошения

на 1 м

горизонтальной трубы,

=М

/21,

кг/(м-с);

м -

массовый расход воды

аппарате,

кг/с; / -

длина трубы, м;

А и

тп

коэффициенты, равные соответственно

3760

0,4 для

относительного шага трубы

Si Ida

1,7+2,

также

5800

и 0,56

при

1,3.

Количество

рядов труб

по

ходу воздуха

n=F„/F

(4.75)

Коэффициент

теплоотдачи

от

конденсирующегося аммиака

к по-

верхности

трубы изнутри

= 9,727-

Юз

°.

-°.3.

(4.76)

Коэффициент

теплопередачи, отнесенный

наружной поверхности

труб,

Вт/(м

• К),

(4.77)

1 J

W ' i «Ц Vbh

где

сумма термических сопротивлений осадков, принимается

по рекомендациям

для

конденсаторов других типов,

(м

• г)/Вт.

остается

найти

подбором температуру конденсации холодиль-

ного агента

h -

—

(4.78)

ln-

заключение отметим,

что

расчет

по

средним параметрам имеет

экспериментальное обоснование.

Как

показали наблюдения ряда

118

исследователей,

температура воды на входе и выходе аппарата

приблизительно одинакова для обычных режимов эксплуатации

аппарата.

4.8.

РАСЧЕТ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ

Расчет фреоновых теплообменников

Во

фреоновых теплообменниках осуществляется рекуперативный

теплообмен между жидким холодильным агентом, идущим из кон-

денсатора к дроссельному устройству, и паром холодильного агента,

который отсасывается компрессором из испарителя. Теплообменники

преимущественно используются во фреоновых холодильных машинах

малой и средней производительности, работающих при температурах

кипения

хладагента ниже (ГС.

Включение

теплообменника в

схему

фреоновой

холодильной

машины позволяет повысить термодинамическую эффективность

цикла за счет переохлаждения жидкости перед регулирующим

вентилем, улучшить рабочие характеристики компрессора за счет

перегрева паров, идущих на всасывание, улучшить рабочие харак-

теристики испарителя за счет сведения к минимуму перегрева паров,

обеспечить лучшие условия для возврата масла из испарителя,

снизить опасность возникновения гидравлического удара.

Фреоновые теплообменники в зависимости от уровня тепловой

нагрузки имеют три типа конструктивного исполнения: двухтрубные

(труба в трубе) малой производительности (от 0,5 до 2 кВт); кожухо-

змеевиковые

малой и средней производительности (более 3,5 кВт);

кожухотрубные с прямыми трубками средней и большой производи-

тельности.

Двухтрубные теплообменники (рис. 4.15) представляют собой

аппараты, состоящие из наружной и внутренней медных труб,

вставленных

друг в друга и образующих витую спираль, имеющую

один

или несколько витков.

Диаметры внутренних труб 06x1, 8x1 и 10x1 мм, соответственно

наружная труба может иметь диаметр 16 или 20 мм при толщине

стенки 1-1,5 мм. Витая спираль имеет диаметр 150 мм и располагается

вертикально.

Жидкий

холодильный агент подается снизу во внутреннюю трубу,

парообразный агент поступает сверху и кольцевой зазор между

трубами и выходит снизу, обеспечивая таким образом возврат масла.

119

no it пара

Рис.

4.15. Фреоновый теплооб-

менник типа "труба в трубе"

Ш|

Выход пара

I Вход жидкости

Рис.

4.16. Фреоновый теплообменник кожухозмеевиковой конструкции

Теплопередающая поверхность двухтрубных теплообменников -

от

0,022

до

0,085

•

Кожухозмеевиковые фреоновые теплообменники (рис. 4.16)

конструктивно состоят из обечайки с двумя

приварными

донышками.

Внутри корпуса имеется стакан с навитым на него одно- или много-

заходным змеевиком, выполненным из медных труб,о

8x1,

10x1 мм.

Помимо гладких труб для навивки могут быть использованы ореб-

ренные медные трубы

#16x1,5,

20x3

мм. Обычно навивка труб

не превышает

пяти

слоев.

120