Конденсаторы и испарители холодильных машин.

Основными теплообменными аппаратами холодильных машин являются конденсаторы и испарители.

Конденсаторы — теплообменный аппарат, в котором пар хладона превращается в жидкость из-за отвода теплоты в окружающую среду с помощью воздуха или воды. По этой причине конденсаторы подразделяются на конденсаторы с водяным охлаждением и на конденсаторы с воздушным охлаждением.

Первый тип конденсаторов применяется в холодильных машинах холодопроизводительностью до 3,5 кВт. В холодильных машинах большой производительности применяются конденсаторы с водяным охлаждением.

Конденсаторы с воздушным охлаждением. На рисунке 1 представлен общий вид конденсатора с воздушным охлаждением. Конденсаторы с воздушным охлаждением нашли широкое применение в торговом холодильном оборудовании. Основу конденсатора составляют вертикально установленные плоские змеевики, изготовленные из красномедных трубок, на наружной поверхности которых прикреплены ребра из листового металла для увеличения поверхности теплоотдачи от трубок змеевика к воздуху окружающей среды.

Рис.1. Конденсатор с воздушным охлаждением

1 – вертикальные плоские змеевики из красно-медных трубок; 2 – ребра на трубках змеевиков из листового металла; 3 – паровой коллектор; 4 – кожух конденсатора; 5 – диффузор для размещения крыльчатки вентилятора; 6 – жидкостной коллектор

В зависимости от холодопроизводительности машин количество змеевиков может быть от двух до восьми. Вверху и внизу змеевики объединены в коллекторы. Пары холодильного агента подводятся в верхний коллектор из компрессора; нижний коллектор служит для сбора жидкого (сконденсировавшегося) агента и направление его в сборник-ресивер. Охлаждение оребренных змеевиков осуществляется с помощью вентилятора.

Конденсаторы с водяным охлаждением. На рисунке 2. представлен общий вид конденсатора с водяным охлаждением.

1 – крышка; 2 – трубная решетка; 3 – кожух;4,5 –змеевики с оребрением; 6 – патрубок для входа паров фреона; 7 – сборник жидкого фреона; 8–предохранительная пробка; 9 –жидкостной запорный вентиль

Рис. 2. Кожухозмеевиковый конденсатор с водяным охлаждением

Наибольшее распространение в мелких фреоновых холодильных машинах получили конденсаторы кожухозмеевикового типа с водяным охлаждением. Основу такого конденсатора составляют медные U – образные трубки со стальными ребрами, установленными с зазором внутри корпуса — цельносварной трубы. С одной стороны труба закрыта днищем сферической формы, а с другой — фланцем. К фланцу крепится трубная решетка м развальцованными в ней концами U – образных медных оребренных труб. Снаружи фланец закрывается крышкой с внутренними перегородками и двумя патрубками: по одному из них подводится холодная вода, а по другому — отводится горячая вода.

Пары фреона поступают в конденсатор сбоку, а конденсат отводится из нижней части корпуса (цельнотянутой трубы). В процессе эксплуатации таких конденсаторов необходимо регулярно очищать поверхность теплопередачи конденсатора от загрязнений и стремится к тому, чтобы охлаждающая среда (вода) имела по возможности более низкую температуру и имела незначительную жесткость.

Конденсаторы с водяным охлаждением обладают высокой тепловой эффективностью, так как процесс теплообмена между парами холодильного агента и водой происходит более интенсивно (по сравнению с воздушным охлаждением).

Устройство конденсаторов. Конденсаторы с воздушным охлаждением со­стоят из нескольких (от двух до шести) одинаковых вертикаль­ных секций, объеденных в об­щий корпус. Каждая секция представляет собой плоский змеевик из медных или стальных труб, на которые насажи­ваются стальные ребра толщи­ной 0,5 мм. Змеевик набирают из прямых или 11-образных труб и соединяют их между собой калачами, припаиваемыми к трубам твердым припоем. Кон­такт между наружной поверхностью труб и ребрами обеспечива­ется протяжкой внутри трубы стального шарика, несколько боль­шего диаметра, чем диаметр трубы.

В результате такой технологической обработки, получившей на­звание «дорнование», наружный диаметр трубы секции увеличива­ется и прочно соединяется с ребром. Для дополнительного контакта и защиты от коррозии осуществляют оцинковку или омеднение — покрытие секции снаружи тонким слоем цинка или меди (толщина слоя 15... 20 мкм). Секции соединяют в пакет и помещают в корпус. Трубки смежных секций смещены на половину шага, образуя к направлении движения воздуха шахматное расположение. Подвод хладагента осуществляется через трубопровод и верхний коллектор газообразного хладагента. Общий коллектор для всех секций обеспечивает параллельное распределение хладагента.

Испарители. Они представляют собой теплообменные аппараты, в которых жидкий холодильный агент, воспринимая теплоту парообразования из окружающей среды, кипит, превращается в пар.

По виду охлаждаемой среды различают испарители для охлаждения жидких теплоносителей и для охлаждения воздуха.

Испарители для охлаждения жидких теплоносителей используются при охлаждения напитков (сокоохладители, охладители пива, кваса, газированной воды) или промежуточных теплоносителей, в качестве которые применяются вода, водные растворы солей.

По конструкции различают панельные испарители открытого типа, кожухотрубные испарители, кожухозмеевиковые листотрубные и ребристотрубные испарители.

Испарители для охлаждения воздуха получили наибольшее распространение, так как они применяются практически во всех торгового холодильного оборудования. Различают испарители с естественной циркуляцией воздуха и воздухоохладители (с принудительным движением воздуха, создаваемым вентилятором).

По способу заполнения испарителей хладагентом различают затопленные и сухие. В испарителях затопленного типа поддерживается определенный уровень кипящего жидкого хладагента. В сухих испарителях понятия уровень жидкости нет, хладагент кипит внутри труб и по мере движения по трубам превращается в парообразное состояние.

Кипение хладагента в испарителе происходит при передаче теплоты от охлаждаемой среды через твердую герметичную разделяющую стенку называемую теплопередающей поверхностью испарителей. Оребрение поверхности проводят чаще всего нанизыванием на трубы тонкостенных металлических пластин с определенным расстоянием между ними.

Наиболее простую конструкцию имеют панельные испарители открытого типа. Испаритель (рис. 6.1) состоит из бака прямо­ угольного сечения, заполненного теплоносителем, внутрь кото­рого помещаются панели испарителя. Испарители данного типа используются в крупных аммиачных холодильных машинах.

При использовании панельных испарителей для охлаждения воды возможно расширение функциональных возможностей ап­паратов. Расстояние между панелями увеличивают, и при охлаж­дении воды добиваются образования слоя льда на наружной по­верхности панелей. Слой льда выполняет функции аккумулятора теплоты. Такие испарители-аккумуляторы находят применение в технологических циклах с неравномерной тепловой нагрузкой, на­пример, на предприятиях молочной промышленности, пиво-бе­залкогольного производства и др.

Недостатком панельных испарителей открытого типа является су­щественная коррозия панелей и баков, т. е. элементов, смачивае­мых теплоносителем и имеющих контакт с окружающим воздухом.

Более высокими эксплуатационными характеристиками обла­дает замкнутая система циркуляции теплоносителя. В этой системе охлаждение теплоносителя обеспечивается в кожухотрубном ис­парителе. Испаритель (рис. 6.2) представляет собой цилиндричес­кий кожух 4, внутри которого проходит трубный пучок 5. Наруж­ная поверхность труб представляет собой теплопередающую по­верхность, через которую теплота от теплоносителя, протекаю­щего внутри труб, передается кипящему в межтрубном простран­стве хладагенту. Торцы труб герметично закреплены в двух труб­ных решетках 6, приваренных к кожуху 4. Трубные решетки закрыты крышками / и 7, причем в крышке 7 предусмотрены патрубки для подвода и отвода теплоносителя (воды, рассола).

Жидкий хладагент (аммиак) через вентиль 9 подается в меж­трубное пространство испарителя. Поплавковый регулятор 2 под­держивает уровень хладагента на высоте примерно 0,8 диаметра кожуха. Парообразный хладагент отводится из испарителя через отделитель жидкости(сухопарник), размещенный в верхней час­ти аппарата. В нижней части аппарата установлен маслосборник 8, через который из испарителя периодически сливают собранное смазочное масло и загрязнения.

В малых холодильных машинах чаще используют модифициро­ванные кожухотрубные испарители, получившие название — кожухозмеевиковые испарители. Испарители данного типа (рис. 6.3) имеют только одну трубную решетку 3, к которой присоединены О-образные трубы 2. Хладагент кипит внутри труб, а охлаждае­мый теплоноситель прокачивается по межтрубному пространству. Для интенсификации теплообмена при кипении хладагента внут­ри трубы устанавливается специальная вставка 5, выполняющая­ся функции внутреннего оребрения. Организация кипения хладагента внутри труб позволяет суще­ственно (примерно в два-три раза) снизить количество хладаген­та в контуре холодильной машины. Кроме того, исключена воз­можность замерзания теплоносителя внутри труб и их разрыва.

Для охлаждения напитков в торговых холодильных автоматах (газированная вода, квас, пиво, соки) используют змеевиковые испарители. В испарителях данной конструкции (рис. 6.4) хлада­гент (чаще всего К12 или К22) и охлаждаемый напиток находятся каждый в своем трубопроводе (змеевике). Отвод теплоты от на­питка к кипящему хладагенту осуществляется через теплопровод­ный материал.

Змеевик 3 испарителя (хладагента) изготавливается из мед­ной трубы 010 х 1 и устанавливается в предусмотренном про­странстве водоохладителя. Змеевик 2 для охлаждения воды изго­тавливают из латунных труб такого же размера и размещают в указанном пространстве без контакта с трубами испарителя. Ци­

линдрический объем со змеевиками заливается теплопроводным материалом (сплавом алюминия с медью), который обеспечива­ет передачу теплоты и выполняет функции теплового аккумуля­тора.

В торговом оборудовании и холодильных машинах для неболь­ших холодильных камер чаще всего используются испарители не посредственного охлаждения. В них теплота охлаждаемого воздуха (без промежуточного теплоносителя) непосредственно передает­ся кипящему хладагенту.

Испарители для охлаждения воздуха в торговом холодильном оборудовании типа ИРСН. Такие испарители устанавливают с различной теплопередающей поверхностью, при этом величина поверхности в м² обозначается цифрами, например ИРСН – 10. На рисунке 3 представлен общий вид испарителя типа ИРСИ.

Рис. 3. Испаритель типа ИРСН

Такие испарители представляют собой змеевиковые оребренные батареи из медных труб диаметром 18х1 мм. Для увеличения теплопередающей поверхности на трубы насаживают ребра из листовой латуни или стали.

В холодильных камерах стационарных холодильников в качестве испарителей применяют сварные батарей различной конструкции, выполненные из цельнотянутых стальных гладких или оребренных труб, которые называют батареями непосредственного испарения.

Эффективность испарителей зависит от скорости движения охлаждаемого воздуха у поверхности труб. Поэтому змеевики испарителя помещают в специальный кожух и с помощью вентилятора прогоняют через испаритель охлаждаемый воздух. Это существенно интенсифицирует теплообмен и обеспечивает равномерное распределение холодного воздуха по всему охлаждаемому объекту.

Испаритель с принудительным движением воздуха через оребренную теплообменную поверхность называется воздухоохладите­лем. Движение воздуха осуществляется вентилятором с приводом от электродвигателя. Воздухоохладители более компактны и лег­че, чем испарители с естественной циркуляцией воздуха.

Воздухоохладители находят применение в торговом холодиль­ном оборудовании, холодильных камерах, в оборудовании для охлаждения и замораживания пищевых продуктов.

Конструкция воздухоохладителя показана на рис. 6.7. Воздухоох­ладитель помещен в корпус 7, в нижней части которого преду­смотрен поддон 6 для сбора талой воды при оттаивании. Вентиля­тор, состоящий из крыльчатки 2 и электродвигателя 3, устанавли­вается в специальном кожухе, который крепится к корпусу возду­хоохладителя. Заполнение воздухоохладителя хладагентом осуществ­ляется через терморегулирующий вентиль 5, выполняющий функ­ции дросселирующего устройства и автоматического регулятора.

Вспомогательное оборудование холодильных машин.

Компрессор, конденсатор, регулирующий вентиль и испаритель — основные узлы паровых компрессионных холодильных машин. Однако для повышения холодопроизводительности машин, надежность ее работы и безопасной эксплуатации применяются вспомогательные аппараты, к которым относятся: маслоотделители, фильтры, осушители, теплообменники, ресиверы и др.

Аммиачные холодильные машины оснащаются маслоотдели­телями и маслосборниками, переохладителями, воздухоохлади­телями, ресиверами и другим оборудованием. Для холодильных

систем с принудительной циркуляцией хладагента применяют цир­куляционный насос. Независимо от типа холодильной машины и системы охлаждения для работы необходима арматура — венти­ли, задвижки, клапаны.

Наличие системы оборотного водоснабжения требует допол­нительного вспомогательного оборудования для циркуляционной (оборотной) воды.

Состав вспомогательной аппаратуры малых холодильных ма­шин, используемых на предприятиях торговли и питания, неве­лик и к ней относятся: фильтры-осушители, отделители жидко­сти, ресиверы.

В фильтрах-осушителях в качестве хладагентов малых холодиль­ных машин используются преимущественно фреоны (хладоны) — К12, К22. К502, К 134а и др. Эти хладагенты в воде практически не растворяются и вода, попадая в дросселирующее устройство, может замерзнуть, закупорить отверстие

дросселирующего уст­ройства и временно остановить работу холодильной машины. Для обеспечения бесперебойной работы холодильной машины на ли­нии жидкого хладагента перед дросселирующим устройством ус­танавливают фильтр-осушитель.

При монтаже холодильной машины (пайка, сборка) возмож­но попадание механических включений во внутреннюю полость.

Это может быть окалина, ржавчина, песок и другие предметы. Во избежание этого жидкий хладагент перед дросселированием филь­труют. Для фильтрации фреонов используют медные или латун­ные сетки с мелкой ячейкой (для грубой очистки) и асбестовую ткань, сукно, замшу (для тонкой очистки).

Удаление влаги (осушку) из жидкого хладагента осуществляют специальными твердыми поглотителями — адсорбентами. Эти ве­щества способны поглощать воду и не поглощать жидкий хлада­гент. В качестве адсорбентов используют: силикагель, алюмогель, цеолит.

На практике фильтр и осушитель объединяют в одну конструк­цию (рис. 6.15). Различают неразборные и разборные конструкции фильтре/в-осушителей.

Неразборный фильтр-осушитель (рис. 6.15, а) состоит из кор­пуса 2, к которому припаяны крышки 6 с резьбовыми штуцера­ми / для присоединения к трубопроводам жидкого хладагента. В корпусе между двумя механическими фильтрами засыпан ад­сорбент — синтетический цеолит №А-2КТ. Один из механичес­ких фильтров снабжен распределителем 4 потока, прижимаемым к слою адсорбента пружиной.

В фильтрах-осушителях разборной конструкции (рис. 6.15, б) слой адсорбента-силикагеля помещается между двумя фильтру­ющими элементами из латунных сеток 5 и уплотняется с помо­щью пружины 2. Окончательная очистка жидкого хладагента от механических примесей осуществляется в фильтре 6 тонкой очи­стки.

Поглотители (силикагель, цеолит, алюмогель) способны адсорбировать влагу из воздуха. Поэтому фильтры осушители до ус­тановки в холодильную машину должны храниться с заглушка­ми 7(см. рис. 6.15, а). Восстановить адсорбционные способности поглотителей влаги можно нагревом адсорбента до 280...300°С в течение нескольких часов.

Испарители холодильных машин требуют (периодически) уда ления с их поверхности снеговой шубы. Этот процесс, получив­ший название «оттаивание испарителей», может быть осуществ­лен разными методами и способами. Один из них — подача в ис­паритель горячих паров хладагента из компрессора. Нагрев тепло-обменной поверхности испарителя приводит к таянию снеговой

, шубы, а хладагент, отдав теплоту на таяние снеговой шубы, час­тично конденсируется. Если не предусмотреть дополнительных мер, то жидкий хладагент из испарителя попадает на всасывание в ком-

■ прессор и может произойти гидравлический удар и поломка ком­прессора.

Для обеспечения надежной работы холодильной машины на , линии всасывания компрессора устанавливают вспомогательное устройство — отделитель жидкости (рис. 6.16).

В процессе оттайки испарите­ля жидкий хладагент с приме­сью смазочного масла собира­ется в нижней части корпуса 7 отделителя жидкости (рис. 6.16, б). После переключения холо­дильной машины в обычный режим работы собранный хла­дагент за счет теплопритоков испаряется и на линию всасы­вания компрессора подается хладагент только в парообраз­ном состоянии.

Из собранной в нижней ча­сти корпуса 1 смеси хладаген­та с маслом выкипает только хладагент. Остающееся в корпу­се масло необходимо возвра­тить в компрессор для смазки. Для возврата масла предусмот­рена специальная дозирующая трубка 4 с масляным фильт­ром, обеспечивающая капель­ную подачу масла во всасыва­ющий трубопровод и возврат масла в картер компрессора.

Существует большое число конструкций отделителей жидко­сти, некоторые из которых одновременно являются и регенера­тивными теплообменниками.

В малых холодильных машинах используются линейные ресиве­ры, устанавливаемые после конденсатора и предназначенные для создания запаса жидкого хладагента для бесперебойной работы холодильной машины.

Создаваемый в ресивере запас хладагента может обеспечить дли­тельную работу холодильной машины при незначительных утеч­ках. Переменные тепловые нагрузки на холодильную машину со­пряжены с изменением расхода хладагента через испаритель. За­пас хладагента в ресивере обеспечит бесперебойную работу холо­дильной машины.

В процессе транспортирования или ремонта в объем ресивера и конденсатора собирают хладагент из контура холодильной ма­шины.

Вместимость ресивера определяется количеством хладагента, находящегося в контуре холодильной машины. Количество жид­кого хладагента в машине должно занимать меньший объем, чем объем конденсатора и ресивера. По правилам техники безопасно­сти норма заполнения хладагентом машины не должна превы­шать 1100 кг/м³ для К12 и 1000 кг/м³ для К22.

Конструктивно различают горизонтальные и вертикальные ре­сиверы. Горизонтальные ресиверы агрегатов с сальниковыми и бес-сальниковыми компрессорами используют как основания для ус­тановки компрессора и приводного электродвигателя.

Вертикальные ресиверы входят в состав герметичных компрес-сорно-конденсаторных агрегатов и монтируются на общей раме. Холодильные машины, имеющие в своем составе конденсатор с водяным охлаждением, ресиверами не оснащаются. В этом случае функцию ресивера выполняет нижняя часть конденсатора, в ко­торой собирается жидкий хладагент.

Горизонтальный ресивер (рис. 6.17, а) состоит из корпуса //, к которому приварены две сферические крышки. На одной из них установлен запорный вентиль для отсечения ресивера от остальных элементов холодильной машины. Трубопровод подвода жидкого хладагента из конденсатора в ресивер на рис. 6.17, а. Вертикальные ресиверы (рис. 6.17, б) более компактны и уста­навливаются на общей раме герметичного компрессорно-конден-саторного агрегата. Ресивер состоит из двух штампованных поло­вин, соединенных герметично электросваркой. В верхней части ресивера имеется жидкостной вентиль с заборной трубкой 3. В ней устанавливается фильтрующий элемент / для очистки жидкого хладагента от механических включений.

Маслоотделители устанавливают на нагнетательной линии перед конденсатором для отделения масла, уносимого из компрессора вместе с парами холодильного агента. Они применяются только в средних и крупных холодильных машинах, работающих на фреоне 22.

Фильтры предназначены для отделения окалины, ржавчины и других механических примесей, уносимых парообразным и жидким холодильным агентом. Они устанавливаются перед компрессором или перед регулирующим вентилем. Осушители устанавливаются за конденсатором и предназначены для отделения воды от холодильного агента.

Теплообменник служит для дополнительного охлаждения (переохлаждение) жидкого холодильного агента и для перегрева его паров, что повышает холодопроизводительность машины. Они представляют собой стальной цилиндрический кожух с установленным внутри медным трубчатым змеевиком. По змеевику жидкий холодильный агент направляется из конденсатора к регулирующему вентилю, а противотоком по кожуху пар холодильного агента следует из испарителя в компрессор.

Ресиверы служат для сбора конденсирующегося холодильного агента и выполняет функции резервной емкости при ремонте машины. Устанавливаются они за конденсатором и представляют собой вертикальные или горизонтальные емкости. На выходе из ресивера имеется запорный вентиль.