книги из ГПНТБ / Трушин, В. Н. Механическое оборудование и установки курс лекций

267

легкостью регулирования поступления в них жидкого агента путем поддержания постоянства его уровня в испарителе.

Трудности регулирования количества поступающей жидкости в незатоплѳнные испарители нередко приводят к их переполнению, либо к недозаполнению. Переполнение аппаратов приводит .к влаж­ ному ходу компрессора и даже к гидравлическому удару, а недо­ статочное заполнение - к плохому использованию теплопередающей поверхности (вследствие снижения коэффициента теплоотдачи от стенки к парам по сравнению с теплоотдачей к кипящей жидкости).

Незатоплѳнные испарители находят применение в малых холо­ дильных машинах.

По виду охлаждаемого объекта испарители можно разделить на две группы: аппараты для охлаждения воздуха (испарители непо­ средственного охлаждения) и аппараты для охлаждения промежуточ­ ного жидкого теплоносителя.

Для непосредственного охлаждения воздуха применяются змееви­ ковые испарители с оребренной наружной поверхностью труб, соби­ раемые в батареи. Фреоновые испарители непосредственного охлаж­ дения, как правило, выполняются незатоплѳнными. В таких испари­ телях жидкий фреон подается в змеевики сверху, а пары отводятся снизу. Верхняя часть труб в этом испарителе заполнена жидкостью, а нижняя часть практически заполнена только паром. С точки зре­ ния теплопередачи такая работа испарителя является неудовлетво­ рительной, однако верхний ввод фреона обеспечивает хороший воз­ врат масла из испарителя в картер компрессора.

Коэффициент теплопередачи в змеевиковых ребристых испарите­ лях зависит от места расположения труб, от числа труб, от шага и формы ребер, а также от скорости обдува их воздухом и колеб­ лется в пределах кц = 2,5 * 10 ккал/м2 -час-град.

Испарители для охлаждения жидкого теплоносителя могут быть погружные, вертикальнотрубные и кожухотрубные.

Погружные испарители по устройству аналогичны погружным конденсаторам (см.рис.14.4-). Они состоят из бака, в котором размещаются змеевики. В змеевики снизу поступает жидкий холо­ дильный агент, где он кипит за счет тепла, отбираемого от рас­ сола. Пары холодильного агента выходят из змеевиков сверху и отсасываются компрессором.

Коэффициент теплопередачи.в таких испарителях низкий ( кц = = 200 * 250 ккал/м^-град-час). Это объясняется малой скоростью движения рассола и плохим отводом пузырьков пара с теплопере­

268

дающей поверхности вследствие большой длины змеевиков. Кроме того, из погружных испарителей плохо удаляется масло (также по причине большой длины змеевиков).

Погружные испарители являются устаревшими конструкциями. Схема вертикальнотрубного испарителя показана на рис.14.10.

Он состоит из металлического бака 4, в котором установлены от­ дельные секции. Каждая секция состоит из верхнего коллектора 5

Рис.14.10. Схема вертикальнотрубного испарителя:

I - сборник масла; 2 - уравнительная труба: 3 - отделитель жидкого агента; 4 - бак с теплоизоляцией; 5 и 7 - коллекторы;

6 - трубки; 8 - стояки

и нижнего 7,.в которые вварены изогнутые на концах вертикаль­ ные трубки 6. Кроме трубок, коллекторы соединены вертикальными стояками 8 большего диаметра. Верхний коллектор одним концом присоединен к отделителю жидкости 3, от которого вниь идет.тру­ ба, соединяющаяся с нижним коллектором. К нижнему коллектору приварен горизонтальный патрубок, идущий от маслосборника I. Для отсоса паров маслосборник соединен уравнительной трубой 2 с отсасывающим трубопроводом.

Жидкий агент поступает в испаритель сверху через один из стояков 8. Труба, подводящая жидкость (рис.14.II), опущена в стояк до нижнего коллектора 7, что обеспечивает поступление агента сразу в нижний коллектор, а затем в вертикальные труб­ ки 6. Секция испарителя заполняется жидким агентом почти до

269

верхнего коллектора. В тонких трубках 6 благодаря большой теп­ лопередающей поверхности происходит интенсивное парообразова­

нижний коллектор. Таким образом, в вертикальнотрубных испарите­

Высокий коэффициент теплопередачи объясняется хорошим исполь­ зованием теплопередающей поверхности вследствие затопления ис­ парителя жидким агентом и хорошим удалением пара с поверхности вертикальных трубок.

Эти испарители применяются в холодильных установках сред­ ней и крупной холодопроизводительности.

Кожухотрубные испарители являются испарителями затопленного типа и устроены по принципу горизонтальных кожухотрубных кон­ денсаторов (см.рис.14.6). Они состоят из цилиндрического кожу­ ха, внутри которого размещаются ряды тонких трубок, развальцо­ ванных или вваренных в трубные решетки. В межтрубном простран­ стве кипит холодильный агент, а по трубам циркулирует рассол.

270

По характеру движения рассола в трубах испарители могут быть одноходовые и многоходовые. Скорость движения рассола в трубах одноходового испарителя не превышает 0,6 м/сек, а коэф­ фициент теплопередачи ни = 300 * 350 ккал/м2 .град-час. Опти­ мальная скорость движения рассола в многоходовых испарителях составляет 0,6 - 0,8 м/сек. Коэффициент теплопередачи у таких

компактность конструкции, эффективность теплопередачи, возмож­ ность устройства закрытой системы циркуляции рассола,что ослаб­ ляет коррозию. Недостатком является опасность разрыва труб в случае замерзания в них рассола при недостаточной его концен­ трации, а также при остановке рассольного насоса.

Расчет испарителей для охлаждения промежуточного теплоноси­ теля заключается в определении их тѳплопѳредаюцей поверхности и количества циркулирующего рассола.

Теплопередающая поверхность испарителя Fu определяется по формуле

где Qq - холодопроизводительность мамины;

Ки - коэффициент теплопередачи испарителя;

tZp - температура рассола, выходящего из испарителя; Ég - температура кипения хладагента.

Разность температур t2p - É„ можно принимать равной 4-6°. Количество циркулирующего рассола &р определяется ие усло­ вия, что все тепло к испарителю подводится от рассола и подсчи­

тывается по формуле

Гgn

где Ср - теплоемкость рассола;

t1p - температура рассола, поступающего в испаритель.

§ 14.5. РЕГУЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН

При постоянных теплопритоках в помещение и температуре охлаждающей воды холодильная машина работает на установившемся

272

При установившемся рѳкиме Р = I. Для данной холодильной машины при постоянном числе оборотов компрессора величины ни , Fu , Ѵт практически постоянны. Следовательно, условие динами­ ческого равновесия узла испаритель - компрессор при Р - 1 мож­ но записать в виде Aé = Л ^ ѵ , т.е. изменение разности темпе­ ратур пропорционально произведению объемной холодопроизводи­ тельности машины и коэффициента подачи компрессора. При этом

Рис.14.12. Характеристики компрессора и испарителя

формулы (14.2) при tsi = const и для данного типа испарителя имеют постоянный угол наклона. Характеристика компрессора, по­ строенная по формуле (14.3), показывает, что с увеличением температуры кипения хладагента t0 его холодопроизводительность возрастает. Точка I пересечения характеристик соответствует установившемуся режиму работы холодильной машины и называется рабочей точкой. Ей соответствует температура испарения £ и холодопроизводительность fl , равная тепловой нагрузке на ис­ паритель .

Пусть в результате дополнительного теплопритока извне тем­ пература в охлаждаемом помещении повысилась от tsl до tS2 .При этом, в соответствии с формулой (14.2), тепловая нагрузка на испаритель возрастет и будет соответствовать холодопроизводи­ тельности fl'f (точка I 1), в то время как холодопроизводитель­ ность машины останется прежней. Критерий равновесия узла ис­

273

паритель - компрессор Р станет больше единицы. Следовательно, теплоприток в испаритель будет превышать холодопроизводитель­ ность машины, и тепловое равновесие нарушится.

С увеличением перепада температур Д£ = (ts - £„) начнется более интенсивное парообразование, что приведет к увеличению производительности компрессора и, при неизменном поступлении холодильного агента, к снижению его уровня в испарителе.

Если с повышением температуры в охлаждаемом помещении по­ высится и температура холодильного агента перед регулирующим вентилем,то тепловое равновесие нарушится еще больше, так как из-за увеличения перепада температур при дросселировании аген­ та уменьшается еще и холодопроизводительность цикла.

Для восстановления равновесия необходимо повысить темпе­ ратуру кипения хладагента до величины £02,чего можно добить­

повышению давления в испарителе). Новое равновесное состояние будет характеризоваться рабочей точкой 2.

Повышение температуры воды, охлаждающей конденсатор, и со­ ответствующее увеличение температуры жидкого агента перед ре­ гулирующим вентилем приведет к снижению холодопроизводитель­ ности машины пусть до величины 0' (рис.І4-.І2б). Это снижение будет происходить как по причине увеличения перепада давлений при дросселировании агента, так и вследствие повышения противо­ давления на выходе из компрессора.

Как и в предыдущем случае, критерий равновесия Р станет больше единицы, так как тепловая нагрузка на испаритель при данной температуре окружающего воздуха останется прежней и окажется большей холодопроизводитѳльности компрессора. Для установления равновесного режима работы холодильной машины необходимо повысить температуру кипения до значения £03 и тем самым снизить тепловую нагрузку испарителя до величины Q03 . Повышение температуры кипения агента в соответствии с харак­ теристикой компрессора приводит к увеличению его холодопроиз­ водительности и восстановлению равновесного состояния, соот­ ветствующего точке 3. Увеличения температуры кипения агента в испарителе достигают увеличением его подачи путем большего от­ крытия регулирующего вентиля.

274

Важным условием установившегося температурного режима ра­ боты холодильной машины является равенство образующегося в ис­ парителе пара и количества жидкого агента, в него поступающего. Это условіе обеспечивается работой регулирующего вентиля, ха­ рактеристика которого изображена на рис.14.13. Данная характе­ ристика представляет собой зависимость количества проходящего

через вентиль холодиль­ ного агента (выраженного в единицах холодопроиз­ водительности) от темпе­ ратуры кипения в испари­ теле (давления) при по­ стоянной степени откры­ тия вентиля.

При установившемся режиме характеристика вентиля должна прохо­ дить через рабочую точ­ ку I (кривая 2'). Это означает, что через вен­ тиль проходит количество

жидкости, соответствующее потребной холодопроизводительности. При большем открытии регулирующего вентиля (кривая I1) испари­ тель будет переполняться жидким агентом, а при меньшем - в ис­ паритель будет поступать недостаточное количество агента (кри­ вая 3'), что приведет к уменьшению холодопроизводительности.

Необходимо отметить, что температура кипения хладагента, а следовательно, и охлаждаемого объекта регулируется положе­ нием рабочей точки, которая характеризует соответствие между теплопритоком в охлаждаемое помещение и теплом, поглощаемым хладагентом в испарителе. В установившемся температурном ре­ жиме при изменении степени открытия регулирующего вентиля лишь изменяется расход агента через испаритель и нарушается

охлаждающей воды нарушает равновесное состояние узла конден­ сатор - компрессор.

Тепловую нагрузку конденсатора можно определить из уравне­ ния теплового баланса

276

При понижении температуры охлаждающей воды до значения tt2

характеристика конденсатора смещается влево и температура хо­ лодильного агента в нем понижается от t, до t3 . Благодаря пе­ реохлаждению хладагента перед дросселированием объемная холо­

Рис.14.14. Характеристики компрессора и конденсатора

меньше единицы. Новое равновесное состояние установится при повышении тепловой нагрузки на конденсатор от fl до точ­ ка 3). Этого достигают путем отключения отдельных секций кон­ денсатора и увеличения тепловой нагрузки на остальные, благо­ даря чему увеличивается температура конденсации и растет пере­ пад температур Д£ . Критерий равновесия Р' становится равным единице.

Можно восстановить и прежнее равновесное состояние (точ­ ка I), если уменьшить циркуляцию воды и повысить ее, нагрев на­ столько, чтобы характеристика конденсатора, имея меныпий на­ клон (на рис.14.14 показана пунктиром), вновь прошла через точку I. Наклон характеристики конденсатора уменьшается также при загрязнении теплообменных поверхностей или затоплении кон­ денсатора жидким хладагентом (меняется значение нн FK ).