89
5.3.6 Конденсаторы холодильных машин
В настоящее время промышленность выпускает четыре основных типа конденсаторов: кожухотрубные горизонтальные и вертикальные, испарительные и воздушные. В обоих типах кожухотрубных конденсаторов пары хладагента конденсируются в межтрубном пространстве на поверхности труб, в которых циркулирует охлаждающая вода.
Горизонтальные конденсаторы (рисунок 5.7) благодаря широкому диапазону типоразмеров (таблица 5.3), наиболее активно применяются в промышленности. Они, как и испарители, в основном восьмиходовые, с диаметром труб 25х2 мм. Кроме кожухотрубных используют также пленочные конденсаторы (смотри конструкцию теплообменного аппарата с изменением агрегатного состояния одного теплоносителя).
В холодильных установках малой производительности могут применяться погружные змеевиковые конденсаторы, в емкости которых находится охлаждающая вода, а в погруженном в нее змеевике конденсируется хладагент.
90
Рисунок 5.7 – Кожухотрубный горизонтальный конденсатор:
а – КТГ-25…160; б – КТГ-200…315; 1 – клапан предохранительный; 2 - манометр
Таблица 5.3 – Типоразмеры конденсаторов КТГ
91
Продолжение таблицы 5.3
5.3.7 Определение коэффициента теплопередачи горизонтального кожухотрубного конденсатора
Тепловая нагрузка конденсатора складывается из холодопроизводительности машины Qо и теоретической мощности компрессора Nт:
Qк = Qо + Nт |
(5.18) |
Расход охлаждающей воды из уравнения теплового баланса конденсатора:
|
|
|
Q |
к |
|
|
) кгс , |
|
|
Gв |
= |
4,19 |
(t |
|
− t |
в1 |
(5.19) |
||
|
|
|
|
в2 |
|
|
|
||
где t в1 –температура воды на входе в конденсатор, оС; tв2 – температура воды на выходе из конденсатора, оС.
Скорость движения воды в трубах конденсатора:
ϖ = |
|
Gв |
, |
(5.20) |
|
ρ |
f |
хода |
|||
|
в |
|
|
|
|
92
где ρв – плотность воды при средней температуре воды в конденсаторе; можно принять ρв = 1000 кг/м3; fхода - площадь сечения одного хода по трубам; определяется по формуле
f = π dвн2 n
хода 4 z
здесь dвн – внутренний диаметр труб конденсатора; z - число ходов.
(5.21)
n - общее число труб;
Стандартные кожухотрубные конденсаторы для холодильных установок выполняются восьмиходовыми с диаметром труб 25х2 мм.
Коэффициент теплопередачи конденсатора равен:
kк = |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
(5.22) |
1 |
|
dвн |
+ |
δст |
+ |
δм |
+ |
δк |
+ |
1 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
α |
а |
|
d |
н |
λ |
|
λ |
м |
|
λ |
|
α |
в |
|
|||
|
|
|
|
|
ст |
|
|
|
к |
|
|
|
|||||||
где αа – коэффициент теплоотдачи от аммиака к стенке трубы; αв - коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к воде; dвн и dн – диаметр труб, соответственно внутренний и наружный; δст, δм, δк – толщина стенки труб, слоя загрязнения маслом и водяным камнем, соответственно; λст, λм, λк – коэффициент теплопроводности металла трубы, масла и водяного камня.
В аммиачных конденсаторах принимают:
δм = 0,05…0,08 мм; |
λм = 0,14 Вт/(м К); |
δк = 0,3…0,5 мм; |
λк = 1,7 Вт/(м К) |
Термическим сопротивлением стенки трубы δст/λст в расчете можно пренебречь.
По формуле Нуссельта:
|
|
|
|
3 |
|
′ |
|
′′ |
|
|
|
|
α |
|
= 0,728 |
4 |
|
λ r g (ρ |
− ρ |
) |
(5.23) |
||||
а |
|
|
|
|||||||||
|
|
t |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
νdн |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
93
Практически коэффициент теплоотдачи αа можно найти по упрощенной формуле:
αа = 0,3 b |
4 |
|
r |
|
|
Вт |
(5.24) |
|
dн |
|
|
м2 К |
где r – теплота парообразования аммиака, определяется при температуре конденсации tк; b – коэффициент, взять из таблицы 5.4 в зависимости от tк.
Коэффициент теплоотдачи αв вычисляется по формуле:
|
|
|
|
α |
|
= 2035(1 + 0,017 t |
|
|
) |
ϖ 0.8 |
|
|
(5.25) |
||||||
|
|
|
в |
вср |
dвн0,2 |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
где tв ср – средняя температура воды, |
tв ср = tк - ∆tср, оС; ϖ - скорость дви- |
|||||||||||||||||
жения воды, м/с. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Таблица 5.4 – Значения коэффициента b в зависимости от tк |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
tк , оС |
|
0 |
|
|
10 |
|
|
|
|
|
20 |
|
30 |
40 |
|
|||
|
b |
|
1746 |
|
|
1718 |
|
|
|
|
|
1644 |
|
1586 |
1526 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
Поверхность охлаждения конденсатора Fк, м2, определяется по формуле |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
Fк = |
|
|
Qк |
|
|
|
|
|
|
|
(5.26) |
||
|
|
|
|
|
|
k |
к |
∆t |
ср |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
и сравнивается с поверхностью конденсатора выбранного типоразмера.
В формуле (5.26) ∆tср - средняя разность температур между аммиаком и водой. Пары аммиака в конденсаторе сначала охлаждаются до состояния насыщения, а затем конденсируются. Основное количество теплоты в конденсаторе снимается, как правило, в зоне конденсации. Если пренебречь влиянием зоны охлаждения конденсатора, то средняя разность температур определяется по формуле: