книги из ГПНТБ / Добровольский А.П. Теплотехнические испытания судовых холодильных установок

для случая замораживания

ккал/(кг-°С).

Значения теплоемкости различных грузов могут быть вычислены исходя из следующих соображений. Считая теплоемкость соков в жидком состоянии равной 1, теплоемкость замороженных соков 0,5

итеплоемкость сухих веществ 0,32, будем иметь: для незамороженного груза

а-f- 0,326

Cl ~~ КЮ ;

для замороженного груза

0,5а + 0,326

Величина AQoan складывается в зависимости от типа аппарата

или устройства из потерь холода через изоляцию их корпуса, тепла, эквивалентного работе механизмов, входящих в состав аппаратов или устройств, а также тепла, проникающего при подсосе воздуха

ивводимого транспортными устройствами (цепями, противнями, тележками и т. п.).

Так как тепловыделения от работы механизмов определить расче­ том с достаточной точностью затруднительно, то следует отдавать предпочтение экспериментальному определению потерь.

Ваппаратах для охлаждения рыбы, снабженных мешалками, суммарный теплоприток, включающий теплоприток через изоляцию

итепло, эквивалентное работе мешалок, рекомендуется определять проведением специального опыта по отеплению воды в аппарате. Для этого после охлаждения воды на 1—2° С ниже температуры, поддерживавшейся при проведении основного испытания, испаритель­ ную часть аппарата или рассольные змеевики с помощью запорной арматуры отключают от системы охлаждения, а мешалки оставляют

210

работать с той же частотой вращения, что и при основном испытании. Во время опыта измеряют температуру воды и температуру воздуха в помещении. Опыт продолжают до тех пор, пока температура воды

воды, холодильного агента или рассола (если приборы охлаждения рабочей воды расположены в изолированном контуре аппарата) и металлических деталей аппарата на соответствующую теплоемкость.

устройств периодического действия включает, кроме времени самого процесса замораживания или охлаждения, время, необходимое для загрузки и выгрузки аппарата, а у конвейерных аппаратов —/время транспортировки рыбы от весового устройства к аппарату и от аппа­ рата до загрузочного устройства-

Время замораживания рыбы или рыбного филе от начальной температуры /нач до конечной tKон может быть сравнительно точно определено по формуле Д. Г. Рютова

где у — удельный вес (для рыбы у = 980-г-1060 кгс/м3); к — коэффициент теплопроводности [среднее значение для рыбы

составляет 1— 1,25 ккал/(м-ч-°С)[;

L — теплота замораживания, среднее значение которой может быть принято равным 54 ккал/кг;

4 — температура замерзания соков (криоскопическая), прибли­ зительно равная минус 1° С;

ta — температура охлаждающей среды, °С;

п— опытный коэффициент, значение которого при быстром за­ мораживании 1,03, при медленном 1,16;

с — теплоемкость замороженной рыбы, принимаемая 0,4— 0,6 ккал/(кг-°С);

6 — толщина продукта (для одиночной рыбы принимается рав­ ной меньшему поперечному размеру в наибольшем сече­ нии), м;

а — коэффициент теплоотдачи от рыбы к охлаждающей среде,

ккал/(м2 - ч • °С).

При замораживании рыбы в потоке воздуха коэффициент тепло­

где w — скорость движения воздуха, м/с.

Если рыбу замораживают в неподвижной жидкости, коэффициент теплоотдачи составляет 200—350 ккал/(м2-ч-°С), а в движущейся —

800—2000 ккал/(м2-ч ■°С).

Значения коэффициента теплоотдачи от рыбы к воздуху в зави­ симости от скорости его движения приведены в табл. 22, а значения

Время охлаждения рыбы в зависимости от условий, при которых она охлаждается, определяют по опытным данным-

Если испытания производились в условиях, отличных от проект­ ных, то полученная производительность аппарата может быть пере­ считана на проектные условия:

212

где GHCn — производительность аппарата при условиях испытания,

Расход холода в льдогенераторе будет несколько больше на вели­ чину потерь AQor-

Таким образом, полный расход холода на льдогенератор составит

QorPyTT° = QoHreTTO+AQor.

У льдогенераторов чешуйчатого и снежного льда эти потери вызваны в основном теплообменом между окружающим воздухом и рабочей поверхностью намораживания. Они приближенно могут быть вычислены по формуле

ным 15 ккал/(м2-ч-°С), а средняя температура поверхности намора­ живания tr ■— выше температуры охлаждающей среды, циркули­ рующей внутри корпуса льдогенератора, на 1—2° С-

Наличие льдогенераторов на судне положительно сказывается на выравнивании графика нагрузки на холодильную машину, так как во время перерывов в поступлении рыбы можно пополнять

213

Запасы льда. Для этой же цели могут служить аккумуляторы холода, представляющие собой змеевики, погруженные в воду, на трубах которых намораживаются ледяные цилиндры. Использование на­ копленного в ледяных цилиндрах запаса холода осуществляется путем охлаждения циркулирующей через аккумулятор воды. Время намораживания льда т, ч может быть определено по приближенной формуле

г— наружный радиус трубы, на который наморажи­ вается лед, м;

X — коэффициент теплопроводности льда, ккал/(м-ч- °С);

А /— разность между температурой рассола или холо­ дильного агента и температурой замерзания воды,

. °С;

р= R / r — отношение радиуса намерзшего ледяного цилиндра

кнаружному радиусу трубы;

1,15 и 0,25 — коэффициенты, полученные теоретическим путем. Время плавления льда при поперечном обтекании ледяных цилиндров ориентировочно может быть определено по формуле

расчетным путем на основании измерения диаметров ледяных бло­ ков по их среднему диаметру

214

XII. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ

ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ ХОЛОДИЛЬНЫХ УСТАНОВОК

§ 53. ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ ХОЛОДИЛЬНЫХ УСТАНОВОК

Экономичность работы холодильной установки определяется расходом энергии на работу механизмов, затратами на обслуживание и ремонт, эксплуатационными расходами холодильного агента, масла, соли и других материалов. Рассмотрим вопросы, связанные только с энергетическими и теплотехническими показателями ра­ боты холодильных установок.

Основным показателем экономичности работы холодильной уста­ новки или отдельных ее элементов является расход энергии. Расход охлаждающей воды — весьма существенный показатель при оценке экономичности работы стационарных холодильных установок, по­ требляющих в большинстве случаев воду сравнительно высокой стоимости из общих водопроводных магистралей.

Всудовых условиях количество расходуемой воды связано только

сзатратой энергии на циркуляционные насосы и непосредственно отражается на энергетических показателях работы установки.

Теплотехнические показатели холодильных машин и установок зависят от холодопроизводительности машины в целом и компрессо­ ров, входящих в ее состав; коэффициентов рабочего времени компрес­ соров при определенных условиях их работы на судне; тепловых

нагрузок аппаратов и приборов охлаждения; расхода холода на охла­ ждаемые помещения'; осредненного коэффициента теплопередачи изоляции охлаждаемых помещений и т. д.

Обычно энергетические и теплотехнические показатели выра­ жаются удельными величинами.

Холодильную машину в целом и компрессоры, входящие в ее состав, оценивают по величине отношения холодопроизводительности к эффективной мощности, затраченной на валу компрессора, или к полной мощности, подведенной к их двигателям. Аппараты оце­ нивают по удельному теплосъему, т. е. по тепловой нагрузке, отне­ сенной к 1 м2. теплопередающей поверхности, при определенной температурной разности и определенных гидравлических потерях по трактам воды, хладоносителя или воздуха. Показатели работы холодильных машин обычно определяют в процессе стендовых испы­ таний.

До настоящего времени еще не выработана общая для всех орга­ низаций, ведущих испытания судовых холодильных установок,

215

четкая система показателей, по которым можно было бы сравнить между собой холодильные установки различных судов. Так, при составлении отчетов для оценки расхода холода на 1 м3 емкости охлаждаемых помещений в одном случае берут общую холодопро­ изводительность компрессоров, а в другом тепловую нагрузку испа­ рителей, причем нередко нет указания, к общей или полезной ем­ кости относится этот показатель. То же самое можно сказать и об оценке расхода мощности, отнесенной к 1 м3 емкости охлаждаемых помещений; в этом случае имеют в виду либо мощность, затрачивае­ мую на компрессоры, либо суммарную мощность всех механизмов, входящих в состав холодильной установки.

Рассмотрим удельные показатели, позволяющие производить сравнительную оценку различных по типу и назначению холодиль­ ных машин и установок.

§54. ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЕ

ИЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАБОТЫ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН И ИХ ОТДЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Испытание холодильных машин производят обычно на стен­ дах заводов-изготовителей или в специальных лабораториях. Таким испытаниям подвергают головные или опытные образцы.

Если машина состоит из нескольких однотипных и равных по производительности компрессоров и аппаратов, то обычно испыты­ вают не всю машину, а ее часть, скомпонованную так, чтобы отдель­ ные элементы позволили осуществить заданный цикл и определить все необходимые характеристики. Частичное испытание машины упрощает и удешевляет проведение испытаний, позволяя уменьшать расход электроэнергии, воды, а также тепла, необходимого для создания нагрузки на машину.

Отдельные элементы холодильной машины, например компрес­ соры и аппараты новых типов, можно испытывать в составе другой машины подходящей производительности, имеющейся на стенде, или на специальных стендах, оборудованных для испытания ком­ прессоров.

Показатели холодильной машины и характеристики ее отдельных элементов в некоторых случаях определяют на судне при общем испытании холодильной установки или по итогам специально орга­ низованных испытаний.

Показатели работы компрессоров. В результате испытаний ком­ прессоров устанавливают зависимости между холодопроизводитель­

2J6

При испытаниях компрессоров на стенде обычно ограничиваются определением эффективной мощности. В случае испытаний герметич­ ных компрессоров на стенде и компрессоров на судне независимо от их типа определяют мощность, подводимую к двигателю компрессора.

На основании испытания компрессора определяют его холодо­ производительность, отнесенную к единице затрачиваемой мощности, т- е. удельную холодопроиз­

Значения удельной холо­ допроизводительности можно представлять также в виде графических зависимостей от температуры кипения для нескольких температур кон­ денсации.

Наряду с определением перечисленных показателей компрессоров по данным, полученным при испытании, находят коэффициенты ком­ прессора-

При испытаниях компрес­ соров на стендах заводов-

найденные по данным опытов, удобно представлять в виде графи­ ческих зависимостей от отношения давления конденсации и кипе­ ния рк/р 0.

В последние годы начали испытывать компрессоры включением их в схему парового кольца. В процессе испытаний осуществляется так называемый паровой цикл без конденсации и последующего кипения холодильного агентаПрименение парового кольца упро­ щает и удешевляет испытание компрессоров вследствие значитель­ ного сокращения расхода охлаждающей воды и не требует источников тепла для создания нагрузки на испарители.

На рис. ПО показана принципиальная схема стенда с паровым кольцом для испытания одноступенчатых компрессоров. Тепло, эквивалентное работе компрессора (г2 = [ф), отводится водой, цир­ кулирующей через теплообменники Т01 и Т02. Температура воды определяет величину минимального давления нагнетания. Для регу­

217

лирования этого давления служит клапан РК1- Давление пара перед компрессором регулируется клапаном РК2, а температура засасы­ ваемого компрессором пара клапаном РКЗ путем подачи во всасыва­

на рис. 111, где линии 1— 2 — сжатие пара в компрессоре, 2— 3 —

Ш СИП

трубопровод впрыскивают жидкость, то ее дросселирование в РКЗ

Принципиальная схема стенда с паровым кольцом для испытания компрессоров двухступенчатого сжатия показана на рис. 112. Здесь

218

кроме элементов, указанных на рис. ПО, дополнительно имеются промежуточный сосуд и клапаны РК4 и РК5, предназначенные соответственно для регулирования температуры пара, засасываемого ступенью высокого давления, и регулирования промежуточного давления. Расходы холодильного агента через ступени низкого' и высокого давлений измеряют с помощью дроссельных приборов (.ДП2) и (ДП1), установленных на соответствующих всасывающих трубопроводах.

Холодопроизводительность компрессоров, испытанных на паро­ вом кольце, определяют по опытным значениям их весовой произ­ водительности и удельной холодопроизводительности 1 кг холодиль­ ного агента для заданного режима работы холодильной машины.

Стенды с паровым кольцом используют для испытания средних и крупных компрессоров. Испытание малых компрессоров обычно производят в составе холодильной машины, причем в качестве испарителя рекомендуется использовать электрический калориметр, позволяющий точно определять и регулировать тепловую нагрузку машины.

Показатели работы аппаратов. Как уже говорилось, испытание отдельных аппаратов обычно производят в составе холодильной машины на стенде и в некоторых случаях в процессе испытания холодильной установки на судне. На специальных стендах снятие характеристик теплообменных аппаратов производят сравнительно редко и преимущественно при исследовании аппаратов нового типа-

обычно определяют:

удельный теплосъем с 1 м2 теплопередающей поверхности qF, ккал/(м2-ч),

интенсивность теплопередачи qa, ккал/(ч-°С),

коэффициент теплопередачи k, ккал/(м2-ч-°С),

FQ

где F — теплопередающая поверхность аппарата, м2;

Ѳ— разность температур между участвующими в теплообмене средами, °С

Кроме тепловых характеристик при испытании аппаратов сни­ мают их гидравлические характеристики: скорость движения среды ,(вычисляют по величине общего расхода жидкости и площади про­ ходных сечений) и гидравлические сопротивления-

Гидравлические сопротивления определяют в проточной части аппаратов по воде и жидкому хладоносителю, а в воздухоохлади­ телях — по воздуху. Потери напора жидкости измеряют с помощью

2 1 9