Расчет установок льдосоляного охлаждения

Калорический расчет холодильников с льдосоляным охлаждением производят так же, как и для холодильников с ледяным охлаждением.

Расчет танков для льдосоляной смеси. Заключается в определении их теплопередающей поверхности по формуле

, (69)

где F - теплопередающая поверхность танков, м²;

Q_кам - максимальный расход холода по камере в летнее время, Вт;

k - коэффициент теплопередачи танков, Вт/(м²·°С); если отсутствует на поверхности танков снеговая шуба, его принимают равным:

при естественной циркуляции воздуха в камере 7-9 Вт/(м²-С);

при побудительной циркуляции воздуха в камере 9-12Вт/(м²·°С);

t_к - температура воздуха в камере, °С;

t_см - температура охлаждающей льдосоляной смеси, °С; ее принимают на 6-8°С ниже температуры воздуха в камере.

Исходя из общей необходимой для данной камеры теплопередающей поверхности танков, находят их число и размеры. Высота танков обычно на 0,5 м меньше высоты камеры, а ширина 200-300 мм.

Расчет льдосоляных решетчатых карманов. Поверхность льдосоляной смеси условно принимают равной внутренней поверхности решетчатого кармана, определяемой по уравнению

, (70)

где α_к - условный коэффициент теплоотдачи от воздуха камеры к льдосоляной смеси, отнесенный к внутренней поверхности кармана. Его принимают равным 6-8 Вт/(м²·°С);

1,2 - коэффициент увеличения поверхности кармана. Его вводят в расчет для обеспечения равномерной температуры воздуха в камере.

При проектировании любого устройства льдосоляного охлаждения необходимо определить расход льда и соли. Для этого принимают температуру плавления смеси на 6÷8°C ниже температуры воздуха в камере. Для этой температуры по таблице физических свойств льдосоляной смеси определяют концентрацию соли в смеси ξ_c и соответствующую холодопроизводительность 1 кг смеси q_см. Расход смеси определяется по уравнению

, (71)

а расход льда G_л и соли G_с по уравнениям:

,

При определении размеров карманов следует учесть, что объем ежесуточно загружаемой смеси составляет только 40% всего объема кармана. Плотность льдосоляной смеси принимают равной 450÷550 кг/м³. Карманы выполняют обычно из деревянных брусков 50×50 мм с расстоянием между ними 35÷40 мм. Ширина карманов 250÷400 мм.

Заготовка естественного льда

Заготовка льда послойным намораживанием. Это самый простой и дешевый способ: не требуется большого количества рабочих, сложных приспособлений и доставки льда в хранилища. Полученный лед хранят обычно там, где намораживают.

Заготовку льда послойным намораживанием производят следующим образом. Еще в летнее время выбирают пригодный для этой цели участок земли. Площадка для намораживания должна быть расположена на твердом, сухом, гигроскопическом грунте, поблизости от водопровода и осветительной сети, но на определенном расстоянии от соседних строений (исходя из правил пожарной безопасности) и возможных источников загрязнения льда (химических заводов, животноводческих хозяйств, выгребных ям и т.д.).

Осенью приступают к планировке площадки под намораживание и хранение льда. Предусматривают ее уклон 2:100 от середины к краям для отвода талой воды из-под ледяного массива при его хранении. С этой же целью вокруг площадки на расстоянии 2,0-2,5 м от краев роют канаву (кювет) шириной и глубиной по 0,75 м.

На площадку насыпают шлак (мелкий щебень или гравий) слоем 15-20 см. Шлак трамбуют и тщательно выравнивают. Затем настилают старые шпалы или горбыли.

Одновременно с этой подготовкой к участку подводят воду, утепляют водопроводные колонки, заготовляют резиновые или пеньковые шланги, необходимый инвентарь и инструменты, строят обогревательные помещения для рабочих и подвозят изоляционный материал. Все перечисленные работы необходимо закончить до наступления морозов.

С наступлением морозов грунт площадки пропитывают водой, с тем чтобы он как можно глубже промерз. На промороженную площадку по деревянному настилу насыпают ровным слоем до 10 см чистый снег. Снег трамбуют, смачивают водой и промораживают до образования сплошной ледяной корки, необходимой для предотвращения утечки воды через настил. Затем площадку по всему периметру огораживают снежными или деревянными бортами высотой около 0,5 м. Эти борта поливают водой, пока все зазоры и щели не покроются сплошной ледяной коркой. После этого приступают к намораживанию массива льда.

Намораживание ведут тонкими слоями - по 4-5 мм. Каждый слой должен хорошо промерзнуть. Намораживание ледяных бунтов объемом более 1000 т производят с помощью брызгальных установок, в которых вода из водопровода подается к форсункам, расположенным на площадке. Применение механизированных брызгальных установок увеличивает интенсивность намораживания льда и снижает его стоимость.

Когда лед намерзнет на высоту установленных бортов, на его поверхности, отступя от краев к середине, делают новые борта, в которых тем же способом намораживается второй ярус массива (рис.153, а). Второй ярус снова огораживают бортами и так продолжают до получения ледяного массива (бунта) необходимых размеров. Если борта деревянные, то по мере намораживания бунта их переставляют с нижних ярусов на верхние. Ширину отступов от краев массива при установке бортов в каждом ярусе определяют с таким расчетом, чтобы поверхность бунта после ее выравнивания имела уклон не менее 1:1.

Высота ледяного бунта зависит главным образом от климатических условий. В центральных и северных областях Европейской части СССР она доходит до 3 м, а в Сибири - до 5 м. Объем ледяных бунтов - от 500 до 10000 м³. По окончании намораживания льда бунт покрывают тепловой изоляцией, например, соломой, опилками и т.п.; толщина слоя от 0,5 до 1 м. Сверху бунт закрывают брезентом или соломенными матами.

Выкалывание льда для его использования в устройствах ледяного и льдосоляного охлаждения производят при наступлении теплых дней. Разработку ледяных бунтов небольшого объема делают вручную с помощью лома. Разработка бунтов среднего и большого объема механизирована с помощью электро- и пневматических молотков, методом гидробурения, взрывными работами или специально сконструированными ледокольными машинами. Дробленый лед перевозят с помощью автопогрузчиков.

Для ускорения заготовки льда послойным намораживанием нередко пользуются вспомогательными площадками. На них намораживают дополнительное количество льда. С вспомогательных площадок лед скалывают, дробят и равномерно раскидывают по поверхности основного ледяного поля, где он вместе с водой смерзается в общий массив.

Вспомогательные площадки по своему устройству значительно проще основных. На них не делают специальных настилов и отводов талой воды. Работы сводятся только к выравниванию участка земли.

Вспомогательными средствами для ускорения заготовки льда послойным намораживанием являются также различные устройства с наклонными плоскостями.

На рис.153, б показано такое устройство, представляющее собой бревенчатую вышку, обшитую с двух сторон досками. Торцовые стороны вышки остаются открытыми.

Для намораживания льда наклонные плоскости вышки поочередно поливают из брандспойта водой таким образом, чтобы она стекала тонкой пленкой. При достаточном морозе и ветре вода на вышке быстро замерзает; на образующуюся ледяную корку наливают следующую порцию воды и так продолжают до тех пор, пока не намерзнет достаточное количество льда. Тогда его скалывают с вышки и раскидывают по поверхности основного ледяного поля.

Р ис.153. Способы получения естественного льда намораживанием:

а - послойным; б - на вышках; в - на градирнях;

1 - бора, 2 - намораживаемый ледяной массив, 3 - обшивка досками, 4 - бревна, 5 - выровненная поверхность земли, 6 - спускной вентиль, 7 - поступление воды, 8 - теплое помещение.

Намораживание на вышках применяют и как основной способ заготовки льда, особенно когда требуется сравнительно небольшое его количество, например, для набивки крытых льдохранилищ, погребов и т.д.

Заготовка льда из водоемов. Заготовку по этому способу производят выкалыванием или выпиливанием блоков (кабанов) льда, которые вытаскивают затем на берег.

В летнее время в водоеме выбирают удовлетворительный в санитарном отношении участок глубиной не менее 0,75 м, без подводной растительности с пологими берегами и организуют уход за ним. До замерзания водоема уход за участком заключается главным образом в предохранении его от загрязнения и заражения, а после образования ледяного покрова - в систематическом удалении снега. Удалять с участка снег требуется для того, чтобы не замедлялось образование льда и не ухудшалось его качество вследствие вмерзания снежных прослоек.

В январе - феврале, когда лед достигает толщины 250÷300 мм, приступают к его выкалыванию.

Для получения более ровных блоков льда участок размечают на равные прямоугольники определенных размеров (чаще всего 1,0×0,5 м). При заготовке небольших количеств льда блоки выкалывают ломом или выпиливают ручными пилами.

Начинают выкалывание с того, что по крайней линии разметки, ближайшей к берегу, прорубают бороздку до воды. Затем отделяют полосу длиной 10-15 м и шириной, равной длине прямоугольника. Отколотую полосу разделяют по поперечным линиям разметки на блоки, которые вытаскивают на берег. Для облегчения этой работы после выемки 2-3 блоков в воде устанавливают сбитую из досок наклонную плоскость. Таким же образом откалывают и делят вторую полосу льда и т.д.

На берегу лед обсушивается в течение примерно 12 ч, затем его отвозят в льдохранилище или ледники.

При заготовке большего количества льда распиловку и выемку его механизируют. Для этого применяют бензомоторные пилы или электропилы, установленные на санях, автопогрузчики и специальные транспортеры. Стоимость льда, заготовленного из водоемов, значительно выше, чем полученного намораживанием.

Заготовка льда намораживанием сталактитов. В районах с мягкой и непродолжительной зимой, где температура не ниже -2÷-3°С, лучший (и в большинстве случаев единственно возможный) способ заготовки естественного льда - намораживание его в виде сталактитов на специальных эстакадах - градирнях.

На отдельном месте, поблизости от льдохранилища, водопровода и осветительной сети устанавливают деревянную трехъярусную градирню (см. рис.153, б). В верхней ее части монтируют оросительное устройство, состоящее из трубопроводов с вертикальными насадками, которые имеют специальные разбрызгиватели и располагаются в шахматном порядке. Оросительное устройство соединяют трубой с водопроводной сетью. Все трубы устройства для возможности спуска из них воды во время перерывов намораживания монтируют с уклоном в сторону крана (во избежание замерзания в них воды). Кран водопровода, как правило, располагают в теплом помещении. Для предупреждения уноса воды ветром оросительное устройство ограждают деревянными щитами.

В дни, когда температура наружного воздуха падает ниже нуля, на градирню пускают воду. Через насадки и установленные на них разбрызгиватели вода тонкими струйками устремляется вверх, в пространство над градирней. В воздухе вода охлаждается и падает на жерди верхнего яруса градирни, стекая с них, замерзает в виде сосулек. Незамерзшая вода домораживается на жердях среднего и нижнего ярусов. По мере подачи на градирню воды сосульки увеличиваются и смерзаются одна с другой, образуя ледяную массу, напоминающую по форме сталактиты.

При благоприятных условиях за 3-4 дня льдом заполняется до 60% полного объема градирни.

Намороженный таким образом лед скалывают с градирни и переносят в льдохранилище. Для придания льду в льдохранилище большей монолитности образующиеся между крупными его кусками пустоты заполняют ледяной мелочью, всю массу льда заливают водой и дают проморозиться.

В районах, где осуществимо послойное намораживание на горизонтальных площадках, описанный способ может быть использован в качестве вспомогательного для добавления льда, скалываемого с градирни, на основную площадку.

Одним из современных прогрессивных методов использования естественного льда для получения холода является охлаждение талой водой, стаиваемой с ледяных бунтов. Этот метод разработан во ВНИХИ и опробован в ряде установок молочной промышленности. Сущность его заключается в том, что ледяной бунт намораживают на специальной бетонной площадке с бортами. Сверху бунт, как обычно, укрывают изоляцией. С наступлением относительно теплых дней лед начинает частично подтаивать. Образующаяся при этом талая вода собирается в приямке, откуда насосом подается в змеевики (или другие приборы) охлаждаемых устройств. Отеплившись, талая вода через перфорированную трубу возвращается под ледяной бунт со стороны, противоположной той, где расположен приямок. Отсюда вода по бетонной площадке стекает в сторону приямка. При стекании она подмывает снизу ледяной массив, который по мере таяния оседает. За охладительный сезон лед может стаивать на толщину до 2-3 м.

Для очистки талой воды от грязи и опилок, уносимых ею при прохождении под бунтом, перед приямком она проходит через специальный гравийный фильтр.

Температуру воды в охлаждаемом устройстве можно регулировать путем удаления части ее после отепления в приямок, с тем чтобы она миновала бунт.

Описанный метод использования ледяного бунта позволяет избежать трудоемких работ по выкалыванию, переноске и дроблению льда.