108

Тема 5. ВСПОМОГАТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ТЕПЛОМАССООБМЕННЫХ УСТАНОВОК

В тепломассообменных установках используется разнообразное вспомога-

тельное оборудование: конденсаторы, конденсатоотводчики, резервуары, реси-

веры и т.д.

5.1 Конденсатоотводчики

Для экономичной работы теплообменников поверхностного типа, в кото-

рых происходит нагрев или термическая обработка теплоносителей за счет конденсации греющего пара, необходима его полная конденсация. Совершенно недопустима работа теплообменника с так называемым пролетным паром, т.е. с

неполной конденсацией греющего пара, когда из аппарата отводится смесь конденсата с паром. Не говоря о тепловых потерях, пролетный пар вызывает гидравлические удары, как следствие шум и возможное нарушение целостности конденсатопроводов. Для удаления из теплообменного аппарата конденсата без пропуска пара применяются специальные устройства, называемые конденсато-

отводчиками.

Конденсатоотводчик выполняет вторую важную функцию: он является гидравлическим сопротивлением и создает подпор, поддерживая давление греющего пара в теплообменном аппарате на необходимом уровне.

Наиболее распространенные конденсатоотводчики: подпорная шайба, тер-

мостатические и поплавковые конденсатоотводчики.

Простейшим из конденсатоотводчиков является подпорная шайба (рису-

нок 5.1)

Расход пара и воды через диафрагму

109

где G - пропускная способность диафрагмы, соответствующая расходу па-

ра в пароприемнике при его нормальном режиме работы, кг/ч; μ - коэффициент расхода, зависящий от профиля отверстия диафрагмы, определяемый экспери-

ментально; обычно он имеет значение 0,65…0,85; d - внутренний диаметр шайбы для прохода пара или конденсата, мм; р - разность давлений до и по-

сле диафрагмы, Па; ρ - плотность пара или воды перед шайбой, кг/м3.

Рисунок 5.1

Вследствие огромной разницы в плотностях пара и воды и одинаковых значениях μ , d и р расход пара через шайбу составляет всего 3…5 % от рас-

хода воды, т.е. потери с пролетным паром при установке на конденсатопроводе шайбы могут составить не более 3…5 %.

Схема термостатического конденсатоотводчика, работа которого осно-

вана на некотором переохлаждении конденсата в нем, представлена на рисунке 5.2. Герметичная сильфонная гармоника 1 заполнена легкокипящей жидкостью. Если в конденсатоотводчик попадает пролетный пар, жидкость внутри сильфона испаря-

ется, давление в нём увеличивается, сильфон растя-

Рисунок 5.2 -

гивается, и клапан 2 закрывает выпускное отвер-

стие 3. Конденсатоотводчик постепенно заполняется конденсатом, который из-

за потерь теплоты через стенки в окружающую среду охлаждается, сильфон сжимается, клапан поднимается, отверстие открывается. Конденсат выходит из конденсатоотводчика.

110

В тепломассообменных установках тивно применяются поплавковые конден-

сатоотводчики (конденсационные горшки),

которые бывают двух видов: с закрытым и открытым поплавком.

В нормальных условиях (без пролетного

Рисунок 5.3 - пара) объем конденсатоотводчика с за-

крытым поплавком (рисунок 5.3) на 2/3 за-

полнен конденсатом и поплавок всплывает,

через рычаг открывает клапан, выпускает конденсат в конденсатопровод. Наличие оп-

ределенного объема конденсата в горшке ис-

ключает возможность попадания пролетного пара в конденсатопровод.

Наибольшее распространение для теп-

Рисунок 5.4 - лообменников промышленных предприятий получили конденсатоотводчики с откры-

тым поплавком (рисунок 5.4). Поплавок 1

представляет собой цилиндрический стакан,

внутри которого находится шпиндель, заканчивающийся вверху конусом – кла-

пан 7. При наполнении корпуса конденсатом почти пустой поплавок всплывает и закрывает клапаном выходное отверстие. Поступающий конденсат заполняет промежуток между поплавком и стенкой конденсатоотводчика и начинает пе-

реливаться в поплавок. Когда его масса с водой становится больше массы вы-

тесненной воды, он опускается на дно корпуса, клапан открывает проходное отверстие и конденсат выходит в конденсатопровод.

Выбор конденсатоотводчиков осуществляется по двум характеристикам:

-перепаду давлений до и после конденсатоотводчика;

-пропускной способности его.

111

Тема 6. ТРАНСФОРМАТОРЫ ТЕПЛОТЫ Трансформаторами теплоты называются технические системы, в кото-

рых осуществляется отвод энергии в форме тепла от объектов с относительно низкой температурой к приемникам тепла с более высокой температурой. Этот процесс не может происходить самопроизвольно. Для повышения потенциала энергии необходима затрата внешней энергии того или другого вида: электри-

ческой, механической, тепловой, кинетической энергии потока газа или пара и т.д.

Процессы повышения потенциала энергии классифицируются в зависимо-

сти от положения температурных уровней: верхнего (теплоприемника) Тв и

нижнего (теплоотдатчика) Тн по отношению к температуре окружающей среды

бинированной холодильно - теплонасосной установке. Во всех рассмотренных выше случаях в установках осуществляются обратные термодинамические цик-

лы.

Холодильные установки предназначены для получения «холода», т.е. для охлаждения тел до температуры ниже температуры окружающей среды. Холо-

дильные установки бывают:

компрессионные (парожидкостные, газожидкостные, газовые), использую-

щие механическую (электрическую) энергию для повышения давления ра-

бочего тела (хладагента);

абсорбционные, использующие тепловую энергию;

струйные, использующие кинетическую энергию струи пара или газа.

6.1 Компрессионные холодильные установки

Принципиальная схема аммиачной компрессионной холодильной установ-

ки изображена на рисунок 6.1. Из испарителя IV пары хладагента (например,

пары аммиака NH3 – легко кипящей жидкости) направляются в компрессор I,

112

4

i=const

VII

S

Рисунок 6.1 - Принципиальная схема и цикл в T,s –диаграмме простейшей компрессионной холодильной установки

где за счет затраты энергии (механической) от двигателя V, потребляющего электрическую энергию, они сжимаются от давления р0 до давления рк. В иде-

альном случае считаем, что процесс сжатия в компрессоре 1-2', реальный про-

цесс с учетом внутренних потерь в компрессоре 1-2. Сжатые до давления рк па-

ры аммиака при температуре перегрева t2 направляются в конденсатор II, охла-

ждаемый водой из системы оборотного водоснабжения. При этом считаем, что процесс охлаждения и конденсации паров происходит при постоянном давле-

нии (процесс 2-3). Жидкий хладагент с давлением в точке 3 направляется в дроссельный вентиль III, где давление падает от давления в конденсаторе до давления в испарителе. Процесс дросселирования (3-4) – изоэнтальпийный, т.е. i3 i4 . В точке 4 получается смесь жидкого хладагента и его паров. Эта смесь

направляется в испаритель, где жидкий хладагент испаряется при постоянном давлении р0, а значит и температуре t0, отбирая теплоту из окружающей среды

(процесс 4-1). Непосредственное охлаждение хладагентом (аммиаком), особен-

но пищевых продуктов, медикаментов, используется редко. Чаще в испарителе охлаждается за счет испарения аммиака так называемый рассол (раствор NaCl

или CaCl2), которые затем насосом VI направляются в рассольные батареи, на-

ходящиеся в охлаждаемом помещении VII.

113

Расчет холодильной установки требует определения удельных энтальпий хладагента в характерных точках цикла, для этого используются фазовые диа-

граммы хладагента. На рисунке 6.1 изображен цикл 1-2-3-4-1 компрессионной холодильной установки на T,s- диаграмме хладагента (ХА):

точка 1 – сухой насыщенный пар ХА при давлении р0 или температуре t0;

(1-2’) и (1-2) – процессы теоретического (адиабатного обратимого) и дейст-

вительного процессов сжатия ХА в компрессоре;

(2-3) – процесс в конденсаторе при рк = const;

точка 3 – конденсат (насыщенная жидкость) при давлении рк;

(3-4) – процесс дросселирования (i3 i4 );

(4-1) – процесс кипения ХА в испарителе при ро = const.

Впроцессах (1-2) - затрачивается работа на сжатие ХА, (2-3) - отводится теплота от ХА к охлаждающей воде, (4-1) – подводится теплота к ХА из окру-

жающей среды, например, от рассола.

Расчет цикла компрессионной холодильной установки (КХУ) ведется на

1 кг ХА.

Удельная работа, затраченная в компрессоре на сжатие 1 кг ХА, кДж/кг,