5.3 Характеристики отдельных элементов компрессионной холодильной установки

5.3.1 Холодильные агенты

Теоретически в качестве ХА могут использоваться любые вещества, но ре-

ально к ним предъявляются следующие требования:

−

сравнительно низкое давление при температуре конденсации tк, например,

для аммиака рк =0,9...1,4

МПа ;

У

Т

−

давление в испарителе желательно иметь несколько больше атмосферного,

чтобы не было присосов воздуха) и при этом требуемую

t , например, для

Но

аммиака при tо =−15оС

→ ро =0,24 МПа;

Б

− малый удельный объем пара в точке 1 (на всасе в компрессор), в результате

малый объем цилиндров комп ессо а;

й

−

невысокая вязкость;

и

р

− взрывобезопасен, не оксичен, не гнеопасен;

о

−

химически стаб льный, коррозионно пассивен;

т

−

доступность и ни кая стоимость.

и

з

К с жалению, применяемые в холодильной технике хладагенты (аммиак,

), не

сполна всем перечисленным выше свойствам. Например,

отвечают

аммиак токсичен, при его содержании в воздухе > 0,5% (по объему) происходит

п

отравл ние; взрывоопасен при концентрации 16…28 %.

фреоны

Фреоны взрывобезопасны, но в открытом пламени разлагаются, образуя

Ротравляющее вещество – фосген. Они обладают большой текучестью (способ-

5.3.2 Хладоносители

Хладоносители применяют для «транспортировки» холода от источника

его получения (испарителя холодильной установки) до охлаждаемогоУобъекта

(камеры). В отличие от непосредственного охлаждения объекта хладагентом

Т

систему с хладоносителем применяют при большом числе потребителей холода

с различными температурами, расположенных на значительномНрасстоянии.

К хладоносителям предъявляются следующие требования: малая вязкость

Б

(ниже гидравлические потери); большая теплоемкость (меньше расход хладо-

носителя); низкая коррозионная акт

вностьй; х мическая стойкость; низкая ток-

сичность, негорючесть, взрывобезопасность.

и

Хорошо отвечает э им реб ваниям вода, однако она может использовать-

р

ся в качестве хладоноси еля

при положительных температурах (напри-

лько

мер, в системах конд ц он рования воздуха).

т

В

установках в качестве хладоносителей используют водные

и

растворы с лей NaCl или CaCl2, которые не замерзают при умеренно отрица-

з

тельных тем

ературах. Так водный раствор NaCl не затвердевает до температу-

охолодильных

ры -21 С (что соответствует концентрации 22,4 %), а раствор CaCl2 до темпера-

о

п

туры -55 С (при концентрации 29 %).

е

5.3.3 Компрессоры холодильных машин

РВ компрессионных холодильных установках используются компрессоры

− по числу ступеней сжатия (одно-, двух-, трехступенчатые);

У

− по расположению осей цилиндров (вертикальные, горизонтальные,

V-образные, W-образные, радиальные);

Т

Н

− по количеству цилиндров (одно- и многоцилиндровые (до 16)).

й

тер-компрессоров (ступени низкого давления) используются также ротацион-

ные и винтовые компрессоры [13].

, техническиеБхарактеристики дос-

ности и эффективной мощн сти

тНапримертемпе атуры кипения хладагента для агре-

таточно распространенных агрегатов т па А110 (рисунок 5.2) приведены в таб-

лице 5.1, а на рисунках 5.3 и 5.4 – г аф ки зав симости холодопроизводитель-

о

т

р

гатов А110-1, А110-2 и А110-3.

и

з

о

п

е

Р

У

Т

Н

Б

й

и

р

о

т

и

з

о

п

е

Р

У

Т

Рисунок 5.4 – Графики зависимости холодопроизводительности

Н

и эффективной мощности от температуры кипения хладагента

для агрегата А110-3

Б

Аммиачные одноступенчатые агрегаты А220 (рисунок 5.5) выпускаются в

двух исполнениях (А220-1 и А220-2). В агрегатах используется восьмицилинд-

й

ровый компрессор П220. Технические характеристики названных агрегатов

представлены в таблице 5.2.

и

р

о

т

и

з

о

п

е

Р

Рисунок 5.5 – Одноступенчатый автоматизированный компрессорный агрегат

типа А220

У

Т

Н

Б

й

и

р

о

5.3.4 Испарители хол дильных машин

т

В мясомолочной химическ й промышленности используются испарите-

ли с промежуточным хладоноси елем (рассол, «ледяная» вода), которые быва-

з

ют закрытого (кожухотрубные) и открытого (панельные) типов. На крупных

о

холодильниках в

исновном применяются испарители закрытого типа – это ко-

п

бменные аппараты, в основном восьмиходовые, с диамет-

жухотрубные тепл

пространстве

ром труб 25х2 мм. В трубах испарителей циркулирует рассол, в межтрубном

кипит хладагент. Типоразмеры горизонтальных кожухотрубных

испарит лей ИТГ (рисунок 5.6) представлены в таблице 5.3.

Испарители открытого типа (панельные) имеют небольшую мощность. В

Рних аммиак кипит в трубках, а хладоноситель (рассол), интенсивно перемеши-

У

Т

Н

Б

Рисунок 5.6 – Кожухотрубный испаритель

1 – мановакууметр; 2 – клапан предохранительный

й

и

Таблица 5.3 – Типоразмеры горизонтальных кожухотрубных испарителей типа ИТГ

р

о

т

и

з

о

п

е

Р

F =

Qo

,

(5.6)

qF

где qF -

плотность теплового потока;

для кожухотрубных испарителей

принимается

равной

2,1…2,6 кВт/м2,

для

панельных

испарителей –

2,3…3,0 кВт/м2.

У

Т

5.3.5 Определение коэффициента теплопередачи горизонтального ко-

жухотрубного испарителя

Н

Тепловой расчет испарителя для охлаждения жидкого хладоносителя, рас-

Б

сола – раствора СаСl2 (или NaCl) в воде, ведут по формуле:

Q

= k

F

Δt

(5.7)

и

йср

Если заданная холодопроизводительностьиустановки равна Qо, то с учетом

теплопритоков из окружающей

тепловая нагрузка испарителя опреде-

среды

лится формулой:

о

тQи =1,08 Qо , кВт

(5.8)

Количество рассолаи, циркулирующего в системе испарителя,

з

Qи

кг

о

G р =

,

(5.9)

с

c

t

р1

− t

р2

п

р

изобарная теплоемкость рассола,

кДж/(кг К); tр1 - температура

где

ср –

о

Р

ϖ =

Gр

,

м

,

(5.10)

ρр f хода

с

где

ρр – плотность рассола, кг/м3; fхода – площадь сечения одного хода по

трубам, определяется по формуле

π d

2

n

м2

f

хода

=

вн

,

;

(5.11)

z

4

У

здесь dвн – внутренний диаметр труб испарителя, м; n

- общее число труб;

z - число ходов труб испарителя.

Т

Тепловой поток через трубы испарителя находят по формуле:

Qи

Н

q =

,

Вт

Б

(5.12)

F

м2

Коэффициент теплопередачи определяется по выражению:

й

1

=

и

k

и

dвн

δс

,

(5.13)

1

+

δст

+

δ

м

+

+

1

α

d

λ

λ

α

а

рλ

м

р

н

ст

с

где

αа – коэфф ц

о

еплоотдачи от стенки трубы к аммиаку; αр - коэф-

ент

dвн

и dн – диаметр труб, соот-

фициент теплоотдачи от рассола к стенке трубы ;

и

– толщина стенки труб, слоя

ветственно внутренний и наружный; δст , δм , δк

з

загрязнения масл м и отложением соли, соответственно; λст , λм , λк – коэффи-

ци нт т

лороводности

металла трубы, масла и соли.

п

Для аммиачных испарителей принимают:

е

λм = 0,14 Вт/(м К);

δм = 0,05…0,08 мм;

Рδс = 0,3…0,5 мм;

λк = 0,7 Вт/(м К)

α

а

= 4,2 (1 + 0,007 t

)q0,7

(5.14)

о

Величина коэффициента αр находится по формуле:

У

Nu λр

α

р

=

,

(5.15)

Т

d

вн

Н

где Nu – критерий Нуссельта; λр

– коэффициент теплопроводности рассо-

ла.

Б

Величину критерия Нуссельта определяют из критериального уравнения:

Nu = 0,023 Re0,8 Pr0,4 ,

(5.16)

здесь

νр – кинематический к

эффициент вязкости рассола, м2/с; µр - ди-

в котором

Re =

ϖ dвн

;

Pr =

νр

=

μр с

р

,

рассола

а

λ

ν

р

йр р

о

, Па с; ар

намический коэффициент вязк с и

- коэффициент температу-

и

ропроводности рассола, м2/с; λр - коэффициент теплопроводности рассола,

Вт/(м К).

о

т

Поверхность теплообмена испарителя определяется из выражения (5.7),

где ∆tср - средняязразность температур между аммиаком и рассолом, определя-

ется

Δtср =

n t р1 − tо

(5.17)

о выражению

Р

п

t р1 − t р2

t р2 − tо