книги из ГПНТБ / Нестеров, Ю. Ф. Судовые холодильные установки учебник для институтов водного транспорта

Обычно температура слегка перегретого пара на выходе из испарителя (в точке 6) £6= ^ о + (0,5-f-l,5)°C. При изображении цикла машины в тепловой диаграмме положением точки 1 зада­ ются, принимая температуру пара фреона-12, всасываемого комп­ рессором, ^i= ^6+ (10-1-30)°С. При температурах кипения i0>0°C

лучить слишком высокую температуру в конце сжатия (в точке 2). Затем по диаграмме ip определяют энтальпию i\ в точке 1. Далее по уравнению теплового баланса теплообменника вычисляют эн­ тальпию в точке 4

г4 = i3 — (ц — г6) ккал/кг (кДж/кг)

и определяют положение этой точки на нижней пограничной кри­ вой. После чего с диаграммы снимают температуру переохлажде­ ния t'u (в точке 4), получаемую в теплообменнике при охлаждении жидкого хладагента его паром. Так как теплоемкость жидкости больше теплоемкости пара, снижение температуры ее в теплооб­ меннике tu—t'n всегда меньше, чем повышение температуры пара

t\—U-

Дополнительное переохлаждение жидкости в теплообменнике увеличивает удельную холодопроизводительность цикла без реге­ нерации тепла q'o = пл. 5'-6-a-b = i6—i5r на величину Д<7о = пл. 5-5'- -b-d= is’ —k — is—it= q то (так как i5' = i 3 и is= Ц). Следовательно, холодопроизводительность возрастает как раз на количество тепла, передаваемое в теплообменнике. Таким образом, холодильное действие машины с теплообменником

q0 = Я'о +Мо — пл.Ь-6-a-d = i6 — i5 ккал/кг (кДж/кг).

Вследствие дополнительного перегревания пара работа, за­ трачиваемая на осуществление обычного цикла, А1'=пл. 6-2'-3-с- -5'-6 — i2' —k увеличивается на величину ДЛ/ = пл. 1-2-2'-6— (i2—ii) —

193

Установка теплообменника повышает экономичность работы машины лишь в том случае, когда относительное увеличение холодопроизводительности превосходит относительное приращение

затрачиваемой работы, т. е. ег> е /г тогда, когда - ^ - > 4 4 ^ . Все чле-

Чо

ны данного неравенства зависят от термодинамических свойств хладагента и от температур кипения t0 и конденсации t. Это неравенство для аммиака удовлетворяется только при срав­ нительно низких температурах кипения (т. е. в зоне работы двух­ ступенчатой машины), когда применение одноступенчатого сжа­ тия невыгодно. Для фреона-12 регенерация может увеличивать холодильный коэффициент и при более высоких температурах кипения (в зоне работы одноступенчатой машины), в связи с чем все машины, работающие на фреоне-12, снабжают теплообменни­ ками. В машинах, работающих на фреоне-22, регенерация прак­ тически не влияет на теоретический холодильный коэффициент.

Однако решающее значение имеют не термодинамические, а практические преимущества машин с теплообменником, так как перегревание пара перед всасыванием улучшает действительные процессы компрессора и увеличивает все коэффициенты, характе­ ризующие его работу. Действительные процессы в компрессоре улучшаются особенно сильно при работе машин на хладагентах, взаимно растворяющихся с маслом, т. е. на фреонах. В теплооб­ меннике происходит выкипание фреона из маслофреонового раст­ вора, уносимого вместе с паром из испарителя, ев результате чего масло возвращается в компрессор с минимальным содержанием фреона. Если бы испарение хладагента из капель масла осуще­ ствлялось не в теплообменнике, а в компрессоре в процессе обрат­ ного расширения, то это уменьшило бы действительно засасывае­ мый объем. При этом объемный коэффициент Яс и коэффициент подачи Я имели бы низкие значения и соответствовали бы работе компрессора влажным ходом.

Фреон-12 обладает значительной вязкостью. Вязкость перегре-

194

того пара меньше, чем сухого насыщенного. Поэтому перегрева­ ние пара перед всасыванием увеличивает также коэффициент дросселирования Ядр и индикаторный к. п. д. ц,-.

Тепловая нагрузка на теплообменник

верхность теплообменника ^ = ~~^~т1то, для чего предварительно определяют коэффициент теплопередачи k и среднюю лога­

=120-М 85 Вт/м2-°С.

§37. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ

ВКАЧЕСТВЕ ТЕПЛОВОГО НАСОСА

Машину, работающую по обратному циклу, но предназначен­ ную для отопления помещений, называют тепловым насосом.

Изобразим обратные циклы Карно для холодильной и тепло­ насосной машин в диаграмме sT (рис. 79). При этом примем, что Т= Т'о— Тв, где Т — температура конденсации для холодильного

сосный цикл Г-2'-3'-4' отличается от холодильного 1-2-3-4 лишь тем, что он выполняется в интервале температур, лежащем выше температуры окружающей среды. Забортная вода в холодильной машине служит приемником тепла Q, а в тепловом насосе — источником тепла Q'0.

Таким образом, тепловой насос отбирает тепло Q'0 от окружаю­ щей среды и переносит его вместе с эквивалентом AL' затрачивае­ мой на машину работы в помещение с более высокой температу­ рой.

Степень термодинамического совершенства теплонасосного цикла оценивают отопительным коэффициентом ц, представляю­ щим собой отношение количества выработанного тепла Q' к за­ траченной работе AL', т. е.

.195

Из последнего выражения следует, что для повышения эконо­ мичности работы теплового насоса надо увеличивать температуру

позволяющий одновременно получать и холод, и тепло. Теплофи­ кационная машина забирает тепло Q"0 не у забортной воды, а из

Схема холодильно-теплонасосной машины при непосредственной системе охлаждения и отопления помещений показана на рис. 80. Для того чтобы одноступенчатую паровую компрессорную машину заставить работать как тепловой насос, необходимо проложить дополнительные трубопроводы с арматурой, установить дополни­ тельный регулирующий клапан РК2, увеличить поверхность тепло­ обменных аппаратов и изменить направление движения хладаген­ та; при этом конденсатор, через который прокачивается забортная вода, превратится в испаритель, а испаритель, устанавливаемый непосредственно в помещении, — в конденсатор.

Рассмотрим работу холодильной машины, используемой в ка­ честве теплового насоса, когда клапаны-? и 4 открыты, а 1 и 2 за­ крыты. В этом случае хладагент кипит в конденсаторе-испарителе КД-И, отнимая теплоту парообразования, необходимую для кипе­ ния, от забортной воды, проходящей через конденсатор. Образую­ щийся пар отсасывается из конденсатора компрессором КМ через клапан 4. После сжатия в компрессоре пар направляется в испари­ тель-конденсатор И-КД через клапан 3. В испарителе И-КД, уста­ новленном непосредственно в обслуживаемом помещении П, хлад­

196

агент охлаждается воздухом помещения и конденсируется, отдавая воздуху теплоту конденсации и подогревая его. Из испарителя И-КД жидкий хладагент возвращается в конденсатор КД-И через регулирующий клапан РК2. В рассматриваемой схеме направление движения хладагента через аппараты (но не через компрессор) из­ меняется на обратное, по этой причине меняется и назначение ап­ паратов.

На некоторых судах, например на отечественном теплоходе на подводных крыльях «Мир-П» [10], использование холодильной машины в качестве теплового насоса является единственно воз­ можным вариантом, позволяющим обеспечить круглогодичное кон­ диционирование воздуха при заданных весах (массах), габаритах

имощностях.

Вкачестве тепловых насосов можно применять не только ком­ прессорные холодильные машины, но и другие машины (абсорбци­ онные, эжекторные, а также термоэлектрические охлаждающие устройства).

Гла в а VI. ТЕПЛОВЫЕ РАСЧЕТЫ ОСНОВНЫХ ХОЛОДИЛЬНЫХ АППАРАТОВ

§ 38. РАСЧЕТ КОЖУХОТРУБНОГО ИСПАРИТЕЛЯ

Целью тепловых расчетов холодильных аппаратов является определение поверхности теплообмена F м2 и ее компоновка или выбор аппарата по поверх­ ности F из числа выпускаемых промышленностью.

Схема многоходового кожухотрубного испарителя показана на рис. 81. В испарителе жидкий хладагент кипит, а образующийся при этом пар незначи­ тельно перегревается. Теплота парообразования, необходимая для кипения, а также тепло для перегревания образующегося пара берутся от рассола, про­ ходящего внутри трубок. Вследствие этого рассол охлаждается.

При расчете испарителя известны: род хладагента, вид рассола, тепловая нагрузка на испаритель (холодопроизводительность машины) Q0 ккал/ч, темпе­ ратура кипения хладагента t0 и температура слегка перегретого пара на выхо­ де из испарителя t x °С.

В качестве промежуточного теплоносителя наиболее часто используют рассол приготовляемый из хлористого кальция СаС12. Концентрацию рассола принимают

рассол нагревается (а в испарителе охлаждается) на величину t p i — /р2 = (2^3) °С. Следовательно, температура рассола на входе в испаритель ^pi=^p2+ (2-r-3) °С. Сред­

няя его температура tp = - у (tp \ + /Р2).

В соответствии с принятой концентрацией и средней температурой tp выбирают

физические параметры рассола, необходимые для дальнейшего расчета: удельные

197

01 - кг'" ’

Объем циркулирующего теплоносителя, определяющий производительность рассольного насоса,

Ир = ------м3/ч.

1р

Необходимый напор рассольного насоса, определяемый гидравлическим рас­ четом рассольных трубопроводов и испарителя, обычно не превышает 25—30 м вод. ст.

111

Рис. 81. Схема кожухотрубного ис­ парителя:

в конце расчета проверять его.

Задавшись удельной тепловой нагрузкой, qFl определяем общую теплопере­

дающую поверхность Трубок

Qo

F = Чр Т)и м2

где г}„— коэффициент запаса поверхности, равный 1,05— 1,10.

Вычислив F, руководствуясь табл. 9 и сортаментом на трубки, выбирают основные конструктивные характеристики испарителя: наружный d H и внутрен­

2 0 0

Величины d B и г связаны между собой также уравнением расхода для рас­

сола

201

Коэффициент В Р, зависящий исключительно от физических свойств с реды, можно

вычислить, если известны величины Хр, тр, ср и рр. Однако проще выбирать его по табл. 10 в зависимости от средней температуры рассола tp и 715.

паратов надо учитывать термические сопротивления теплопроводности загряз­ нений и осадков на поверхностях трубок (табл. 12), так как они могут умень­ шить коэффициент k в 2—2,5 раза. Влияние загрязнений тем больше, чем вы­ ше значения коэффициентов теплоотдачи а. В аммиачных испарителях и кон­

во фреоне. Аммиак разъедает медь и ее сплавы. Поэтому в аммиачных аппа­ ратах применяют стальные бесшовные трубки, которые могут покрываться сло­ ями ржавчины (с сопротивлением Држ). Со стороны рассола в испарителях и со стороны воды в конденсаторах над слоем ржавчины образуется твердый соле­ вой осадок, интенсивность выпадения которого зависит от количества и рода солей, растворенных в рассоле или воде. Поэтому нужно учитывать еще тер­

202

Т а б л и ц а 12

Термические сопротивления загрязнений и осадков в холодильных аппаратах

Коэффициент теплопередачи при загрязненных поверхностях трубок в ис­ парителе

на в зонах кипения и перегрева почти одинаковы, поэтому их объединяют и испаритель рассчитывают только на одну зону кипения (но включающую в се­ бя и зону перегрева, так как количество тепла, подводимое к перегреваемому пару и отнимаемое от охлаждаемого рассола, входит в заданную тепловую на­

Если полученное значение qF отличается от принятого в начале расчета бо­ лее чем на 5%, то задаются новым значением qF, производят конструктивную

перекомпоновку испарителя и повторяют расчет. Обычно достаточно двух при­ ближений.

203