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

Весьма перспективно для судовых холодильных машин приме­ нение смесей фреонов, причем выбор агентов и их соотношения за­ висят от требуемых температурных условий работы.

§ 8. ОСНОВНЫЕ УРАВНЕНИЯ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ

Процессы передачи тепла в холодильных машинах и уста­ новках совершаются в теплообменных аппаратах при осуществле­ нии обратного цикла и аппаратах, входящих в состав установки (рассольные воздухоохладители, рассольные охлаждающие батареи и т. д.). При расчетах и испытаниях судовых холодильных установок боль­ шое значение имеет учет передачи тепла

через изоляцию корпуса судна. Рассмотрим основные уравнения

теплопередачи; при этом будем пола­ гать, что передача тепла происходит при установившемся тепловом режиме. В процессе передачи тепла от более теплой среды к более холодной через разделяющую их стенку тепловой поток должен преодолеть следующие сопротивления:

Для оценки теплового потока, отнесенного к разности температур между теплой и холодной средоц в 1° С, служит коэффициент тепло­ передачи, включающий коэффициенты теплоотдачи от теплой среды

кнаружной поверхности стенки и от внутренней поверхности стенки

кхолодной среде. Эти коэффициенты учитывают действие конвекции и лучеиспускания. Взаимосвязь коэффициента теплопередачи и ко­ эффициентов теплопроводности и теплоотдачи определяется формой

38

Количество тепла (ккал/'ч), проникающего через стенку вслед­ ствие теплопроводности

Для стенки, состоящей из нескольких слоев толщиной бх, б2, . .

•б„, имеющих коэффициенты теплопроводности соответственно

1, Â-2, • • *, Хп1

Т е п л о п е р е д а ч а ч е р е з с т е н к у т р у б ы (рис29). При установившемся тепловом потоке количество тепла, передан­ ного на участке трубы длиной 1 м, ккал/(м-ч):

39

через стенку трубы путем теплопроводности

1пДГ

от внутренней поверхности трубы путем теплоотдачи

Вместо среднего диаметра dm' берут наружный диаметр d x, если а х значительно меньше ос2, и внутренний диаметр d 2, если а х значи­ тельно больше а2.

Для многослойной трубы, состоящей из нескольких слоев с диа­

Коэффициенты теплоотдачи характеризуют конвективный и лучи­ стый теплообмен. Их точные значения могут быть вычислены по

40

критериальным формулам, полученным путем обработки опытных данных на основе теории подобия.

Во время испытаний холодильных машин и установок обычно ограничиваются определением средних значений коэффициентов теплопередачи теплообменных аппаратов, охлаждающих батарей и изоляции корпуса судна. При расчете теплопритока к изолирован­ нымтрубопроводам и аппаратам учитывают лишь сопротивление слоя изоляции, так как сопротивление металлических стенок и тепловые сопротивления теплоотдачи сравнительно малы. При расчете теплопритоков к неизолированным трубопроводам и аппара­ там принимают во внимание только тепловое сопротивление тепло­ отдачи от наружного воздуха к внешней поверхности; учет остальных тепловых сопротивлений заметных уточнений в расчет не вносит.

Т е п л о п е р е д а ч а ч е р е з о р е б р е н н у ю с т е н к у . Более сложен процесс теплопередачи в трубах, снабженных ребрами. Для увеличения теплопередающей поверхности ребра обычно распо­ лагают со стороны стенки, имеющей более низкий коэффициент тепло­ отдачи. Теоретическое решениб этой задачи приближенно и основано на ряде допущений.

При испытании оребренных батарей и теплообменных аппаратов обычно ограничиваются определением осредненного коэффициента теплопередачи. Выражение для осредненного коэффициента тепло­ передачи можно получить, исходя из уравнений установившегося теплового потока:

Q = «І^реб (к — ?)\ 0. = \ р ( Г — t"y,

Q = a 2F (t" — 4);

здесь ocj — коэффициент теплоотдачи от теплой среды к наружной поверхности ребристой трубы, ккал/(м2-ч • °С);

а 2 — коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности трубы к холодной среде, ккал/(м2-ч • °С);

Fpe6 — площадь ребристой поверхности трубы, включая пло­ щадь наружной поверхности трубы между ребрами, м2; F — площадь внутренней гладкой поверхности трубы, м2;

б — толщина стенки трубы, м; Я — коэффициент теплопроводности материала трубы,

ккал/(м -ч • °С).

Решая приведенные уравнения относительно разности температур и суммируя левые и правые части равенств, получаем

41

представляет собой тепловой поток, проходящий через всю оребрен­ ную поверхность при разности температур в 1°С.

Коэффициент теплопередачи, отнесенный к 1 м2 оребренной по­ верхности:

k== ____________ 1_____________.

1 , § Fpeg ! 1 _Fреб

сред в процессе теплообмена обычно не остаются постоянными вдоль

теплопередающей поверхности, в результате чего изменяется и разность температур между теплой и холодной средами. Характер изменения температур зависит от схемы движения сред, разделенных плоской или цилиндрической стенкой. Основные случаи теплопере­

Преимущество противотока перед параллельным током в том, что при тех же начальных температурах теплой и холодной сред обеспечивается наиболее полный теплообмен, и процесс протекает с наибольшей разностью температур.

При прямотоке и противотоке средняя логарифмическая раз­ ность температур составляет

2,3 lg -----%-

3) температура одной из сред остается постоянной, а температура другой среды повышается или понижается. Так, при конденсации

42

холодильного агента его температура остается постоянной, а темпера­ тура охлаждающей воды повышается от tWl до tWl (рис. 32). Средняя ло­ гарифмическая разность температур при этом равна

В испарителе температура кипения холодильного агента остается постоянной, а температура более теплой среды (рассола) понижается от tSl до £Ss (рис. 33). Средняя логарифмическая разность температур:

2,31g.

C2 to

Если температура сред изменяется незначительно, то для при­ ближенных расчетов можно пользоваться средней арифметической разностью температур.

Для оценки и анализа результатов испытаний приведем сведения о практических пределах значений коэффициентов теплопередачи и удельных теплосъемов основных теплообменных аппаратов, вхо­ дящих в состав судовых холодильных установок.

Средние значения коэффициентов теплопередачи и удельных теплосъемов, отнесенных к внутренней поверхности труб у аммиач­ ных конденсаторов и к внешней у фреоновых конденсаторов, при­ ведены ниже.

43

)

Средние значения коэффициентов теплопередачи и удельных теплосъемов, отнесенных к внутренней поверхности труб испарителей:

Средние значения коэффициентов теплопередачи, отнесенных к наружной поверхности труб воздухоохладителей непосредственного испарения:

»ребристых трубах

II. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИСПЫТАНИЯХ СУДОВЫХ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН И УСТАНОВОК

§ 9. КЛАССИФИКАЦИЯ ИСПЫТАНИЙ

Испытания судовых холодильных машин и установок под­ разделяют на стендовые и судовые. Все испытания проводят по специальным программам и методикам, согласованным с заинтере­ сованными организациями. Испытания классифицируемых холо­ дильных машин и установок производят в соответствии с Правилами Регистра (или другого классификационного общества).

Стендовые испытания. Стендовые испытания проводят обычно на заводах, изготовляющих судовое холодильное оборудование, с целью определения теплоэнергетических характеристик оборудования и соответствия образцов спецификационным и другим техническим требованиям. Наряду с указанными задачами во время стендовых испытаний проверяют качество изготовленного образца, его работо­

44

способность и эксплуатационную надежность, устанавливают мото­ ресурс, виброустойчивость и определяют акустические характери­ стики.

Перечисленным испытаниям подвергают все головные образцы оборудования, включая приборы автоматики.

Стендовые испытания подразделяют на наладочные и сдаточные. Во время заводских наладочных испытаний на заводе-изготовителе выявляют и устраняют все неполадки в работе оборудования и уста­ навливают возможность предъявления его к сдаточным испытаниям для окончательной его приемки и оценки по всем показателям.

На стендах заводов-изготовителей и лабораторий проводят спе­ циальные испытания новых образцов оборудования. Кроме головных образцов компрессоров, на стендах заводов-изготовителей испыта­ ниям на работоспособность и надежность подвергают все судовые компрессоры после их сборки и обкатки. Эти испытания проводят в работе под давлением холодильного агента. Продолжительность испытаний и режим работы компрессоров в каждом случае согласо­ вывают с Регистром или заказчиком на поставку оборудования.

Судовые испытания. Судовые испытания холодильных установок подразделяют на швартовные и ходовые. Во время этих испытаний проверяют теплоэнергетические показатели установки в целом, включая изоляцию охлаждаемых помещений, при работе установки по прямому назначению. Швартовные и ходовые испытания холо­ дильных установок проводят обычно на вновь построенных судах с целью установления соответствия полученных результатов спецификационным данным, а также проверки надежности работы всей установки и отдельных ее элементов. Классифицируемые установки испытывают на предмет определения возможности присвоения им соответствующего класса.

Основным испытаниям холодильных установок на судах пред­ шествуют заводские испытания, имеющие целью устранение всех неполадок в работе и подготовку установки к основным приемо­ сдаточным испытаниям.

На судах, находящихся в эксплуатации, испытания холодильных установок проводят для установления отдельных показателей их работы, соответствия типа и конструктивных особенностей установки данному судну, выработки норм и удельных эксплуатационных показателей, а также накопления необходимых данных для проек­ тирования.

В некоторых случаях испытания компрессоров и других меха­

§10. ИСПЫТАНИЯ НА ПРОЧНОСТЬ

ИПЛОТНОСТЬ

Проверка холодильного оборудования, входящего в состав холодильной установки, а также установки в целом, является пер­ вым и основным этапом всех испытаний для определения надежности

45

работы установок и безопасности плавания. Поэтому испытаниям на прочность и плотность подвергают все холодильные установки, находящиеся под надзором классификационных обществ, в том числе и установки, не подлежащие классификации. По Правилам Регистра этим испытаниям подвергают все холодильные установки, если емкость их систем по холодильному агенту составляет 300 кг или выше.

Испытания на заводе-изготовителе. Испытания на прочность производят гидравлическим давлением воды или другой жидкости, а на плотность — воздухом, углекислотой или азотом. Гидравли­ ческим и пневматическим испытаниям подвергают все элементы установки, работающие под давлением холодильного агента, после их изготовления на заводе.

Нормы пробных давлений для деталей и элементов холодильных машин, работающих под давлением холодильного агента, при­

водить путем их погружения в воду с температурой не ниже +15° С. Если такие испытания из-за больших размеров аппаратов или по другим обоснованным причинам не могут быть проведены, то на испытания без погружения аппарата в воду должно быть специальное разрешение Регистра.

При небольшой емкости аппаратов их гидравлические и пневма­ тические испытания можно совмещать, при этом нормы давлений при пневматических испытаниях должны соответствовать нормам гидравлических испытаний. Совместные испытания проводят в спе­ циальных бронированных камерах.

Фреоновые компрессоры и аппараты, предназначенные для работы при давлении всасывания ниже атмосферного, дополнитель­ но испытывают под вакуумом при остаточном давлении 40 мм рт. ст. Элементы установки, работающие под давлением жидкого хладо­ носителя или воды, подвергают гидравлическим испытаниям давле­ нием, равным двойному рабочему, но не менее 4 кгс/см2.

Испытания на судне. По окончании монтажа холодильной уста­ новки на судне, до заполнения системы холодильным агентом, все ее трубопроводы вместе с аппаратами, сосудами и арматурой под­ вергают пневматическим испытаниям с целью проверки плотности разъемных соединений и монтажных сварных швов. Нормы пробных давлений должны соответствовать нормам пневматических испыта­ ний на заводах-изготовителях, приведенным в табл. 5.

Испытание аммиачных систем производят воздухом, а фреоно­ вых — углекислотой или азотом. Допускается испытание систем фреоновых машин также сжатым воздухом, но при условии, что последний будет тщательно осушен.

Пневматические испытания систем холодильного агента произ­ водят при отключенных компрессорах; если во время этих испытаний возникает опасность повреждения или разрегулирования приборов автоматики, последние следует также отключить.

46