Хладотранспорт Учебное пособие

2. Теоретические основы искусственного охлаждения...

ϑ 2 Æ

2 ºÉ

изависит от качества теплоизоляции трубопроводов, длины системы охлаждения, производительности машины, температурного режима работы и т. д. Практически для холодильных установок небольшой

исредней производительности при рассольной системе охлаждения φ = 0,85–0,9, а для установок непосредственного охлаждения φ = 0,9–0,95.

Всправочных данных приводится холодопроизводительность стандартная, т. е. для стандартных режимов работы машины. Расчет параметров холодильной машины всегда производится для рабочих условий. Поэтому для подбора компрессора возникает необходимость перевода рабочей производительности в стандартную, и по ней в справочной литературе ведется подбор необходимого компрессора. Для пересчета используют две формулы:

где qvcт, qvp – объемная холодопроизводительность при стандартных и рабочих условиях, кДж/м3; λстλр – коэффициент подачи при стандартных и рабочих условиях.

Определив значение V по каждой из этих формул и приравняв их, получим:

ΛÊRW ÊË 2 ÊË 2 É ΛÉRW É .

Поверочный расчет поршневого компрессора заключается в определении диаметра цилиндра D, хода поршня S, числа оборотов коленчатого вала n и др.

Диаметр цилиндра определяется по формуле, м

Если в формулу вместо Sn подставить 30vт, то получим, м:

61

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ХЛАДОТРАНСПОРТ

D =

.

Среднюю скорость поршня для крупных и средних бескрейцкопфных компрессоров принимают равной 2,5–4 м/с. Ход поршня находят, задавшись его отношением к диаметру цилиндра. Эта величина зависит от конструкции компрессора и вида холодильного агента. Для аммиачных компрессоров это отношение обычно составляет 0,8–0,9, для хладоновых 0,6–0,8.

2.10. ТЕПЛООБМЕННЫЕ И ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ АППАРАТЫ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН

К теплообменным аппаратам относятся конденсаторы, испарители, теплообменники и др. По конструктивному оформлению они должны при незначительной затрате металла обеспечить условия для наиболее интенсивного теплообмена с окружающей средой, а также быть компактными, дешевыми и удобными в эксплуатации.

Конденсатор предназначен для осуществления теплообмена между охлаждаемым холодильным агентом и окружающей средой (рис. 2.18– 2.22). В процессе теплообмена от холодильного агента отводится энергия, которая передается охлаждающей среде. При отводе энергии холодильный агент охлаждается и конденсируется. Охлаждающая среда нагревается. В зависимости от вида охлаждающей среды различают конденсаторы с водяным и воздушным охлаждением.

62

2. Теоретические основы искусственного охлаждения...

В крупных холодильных установках используют оросительные конденсаторы. Они имеют несколько плоских змеевиков из гладких труб, установленных на поддоне и орошаемых сверху водой. Пары холодильного агента подводятся снизу противотоком с водой, а сконденсировавшийся холодильный агент в нескольких местах по высоте конденсатора отводят в сборник – ресивер.

Испарительный конденсатор состоит из ребристых или гладких труб (змеевиков), непрерывно орошаемых водой из форсунок. Вода подается центробежным насосом из поддона конденсатора. Навстречу падающей воде вентилятором непрерывно прогоняется воздух, понижая тем самым ее температуру.

63

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ХЛАДОТРАНСПОРТ

Конденсаторы малых холодильных машин часто делают с воздушным охлаждением, что объясняется простой их конструкцией, уменьшением эксплуатационных расходов и капитальных затрат. При использовании воздушных конденсаторов в крупных установках приходится увеличивать их габаритные размеры и они становятся экономически невыгодными.

Воздушные конденсаторы широко распространены в рефрижераторном подвижном составе. Они не расходуют воды, не подвергаются коррозии и не замерзают. Их технические характеристики приведены в табл. 2.5. Конденсатор состоит из нескольких параллельно установленных и соединенных между собой секций, каждая секция – из парового (газового) и жидкостного коллектора, между которыми вварены вертикальные ребристые трубы. Пары поступают в верхний коллектор, а жидкий холодильный агент отводится в нижний. Конденсатор изготовлен из горячекатаных электросварных труб, заключенных в кожух, через который вентилятор прогоняет воздух.

Таблица 2.5

Технические характеристики транспортных конденсаторов

Расчет конденсаторов сводится к определению их теплопередающей поверхности, по величине которой конструируют их или подбирают стандартные. Поверхность теплопередачи определяют

по формуле

Fк = Qк = Qк , К Θ qк

где Qк – тепловая нагрузка на конденсатор, Вт; K – коэффициент теплопередачи, Вт/(м2·К); Θ – средняя разность температур между холодильным агентом и охлаждающей средой (температурный напор), °С; qк – удельная тепловая нагрузка конденсатора, зависящая от типа конденсатора и используемого материала, Вт/м2.

64

2. Теоретические основы искусственного охлаждения...

Тепловая нагрузка конденсатора складывается из рабочей холодопроизводительности брутто компрессора и его потребной мощности:

Qк = Q0бр + 1000Nтеор = Q0бр ε + 1.

ε

Расход охлаждающей воды на конденсаторе закрытого типа можно определить по формуле, м3

где ρ – плотность воды, кг/м3; с – удельная теплоемкость воды, с = 4,17 кДж/(кг · °С); t2, t1 – температура воды на входе и выходе конденсатора, °С.

Вентилятор для воздушного конденсатора подбирают по его производительности, м3

где ρв – плотность воздуха при средней температуре его в конденсаторе, кг/м3; i2, i1 – энтальпия воздуха, поступающего в конденсатор и выходящего из него, кДж/кг (определяется по диаграмме d–i).

Испаритель – это теплообменный аппарат, предназначенный для осуществления теплообмена между охлаждаемым веществом и холодильным агентом (рис. 2.23–2.25). В процессе теплообмена от охлаждаемого вещества отводится энергия к кипящему, испаряющемуся холодильному агенту. В зависимости от агрегатного состояния охлаждаемого вещества различают испарители для охлаждения жидких,

подвижном составе с рассольной системой охлаждения. Они имеют теплопередающую поверхность, равную 30–35 м2, удельный тепловой поток в условиях эксплуатации равен 2300–2600 Вт/м2 при перепаде температур рассола и кипящего холодильного агента 5 °С. Основные достоинства кожухотрубных испарителей – простота и надежность конструкции, компактность, закрытая система циркуляции рассола, что ослабляет коррозию.

Вертикальнотрубный испаритель. Представляет собой секции, погруженные в бак с рассолом. Каждая секция состоит из двух горизонтальных коллекторов, расположенных один над другим и соединенных между собой вертикальными, несколько изогнутыми на концах трубами. Кроме того, верхний и нижний коллекторы соединены прямыми трубами (стояками). Удельная тепловая нагрузка таких испарителей равна 2300–2900 Вт/м2 при разности температур рассола и

66

2. Теоретические основы искусственного охлаждения...

кипящего холодильного агента 5 °С. Основной недостаток вертикальнотрубных испарителей – открытая система циркуляции рассола, а следовательно, сильная коррозия труб секций и бака. Изготовление испарителей очень трудоемко. Поэтому выгоднее применять листотрубные испарители из штампованных стальных или алюминиевых панелей – соединение двух листов соответствующего профиля. Они проще в изготовлении, легче и дешевле вертикальнотрубных.

Воздухоохладители служат для охлаждения, создания искусственной циркуляции воздуха и вентиляции помещений. В воздухоохладителях воздух охлаждается при соприкосновении с трубами (гладкими или оребренными), в которых кипит холодильный агент или циркулирует холодный рассол, подаваемый из испарителя. На хладотранспорте также используются воздухоохладители. Общая поверхность теплопередачи у 5-вагонной секции – 148 м2. Для обеспечения равномерного температурного поля внутри грузового помещения вагона воздухоохладители имеют вентиляторы производительностью 5500 м3/ч. Аналогична схема охлаждения и автономного рефрижераторного вагона.

Расчет испарителей и воздухоохладителей сводится к определению площади их теплопередачи, которая определяется по формуле

F= Q0бр = Q0бр ,

иkΘ qн

где Q0бр – необходимая рабочая холодопроизводительность, Вт; k – коэффициент теплопередачи приборов охлаждения, Вт/(м2 · К); Θ – средняя разность температур охлажденной среды и холодильного

2. Теоретические основы искусственного охлаждения...

Эффективность установки теплообменника (рис. 2.30) определяется тем, что обеспечивается сухой ход компрессора и увеличивается холодопроизводительность установки.

Для очистки холодильного агента от механических примесей (окалины, песка, ржавчины) в систему холодильных машин включают фильтры и грязеуловители. В качестве фильтрующего элемента в аммиачных фильтрах используют мелкоячеистую стальную сетку, а в фреоновых – мелкоячеистую латунную сетку, асбестовую ткань, сукно и замшу.

2.11. МНОГОСТУПЕНЧАТЫЕ ХОЛОДИЛЬНЫЕ МАШИНЫ

Для получения низких температур в охлаждаемых объектах (холодильных камерах или грузовых помещениях рефрижераторных вагонов) необходимо понизить температуру и давление кипения хладагента. При высоких температурах наружного воздуха, охлаждающего конденсатор, а следовательно, и высоких температурах и давлении конденсации понижение давления кипения приводит к возрастанию отношений давления конденсации и давления кипения Pк/P0. Вследствие этого уменьшается коэффициент подачи компрессора и холодопроизводительность установки, эффективность работы одноступенчатой установки резко снижается. Одновременно растет разность давлений (Pк–P0) на поршень и нагрузка на механизм движения компрессора, повышается температура пара хладагента в конце процесса сжатия, из-за чего ухудшаются условия смазки компрессора и его охлаждения. Поэтому возможности одноступенчатого сжатия ограничиваются предельной температурой нагнетания. Практически с по-

69

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫЙ ХЛАДОТРАНСПОРТ

мощью одноступенчатых холодильных машин возможно получить температуру в охлаждаемых объемах до –10…–20 °С при сравнительно умеренных температурах наружного воздуха (до +30 °С).

Для получения более низких температур и обеспечения устойчивой работы компрессора в жарких климатических зонах и повышения экономичности холодильной установки применяют двух- (или мно- го-) ступенчатые холодильные машины. В термодинамическом отношении они выгоднее одноступенчатых. Промежуточное охлаждение пара между ступенями сопровождается уменьшением его объема, что способствует уменьшению затраты работы в последующих ступенях. Ступенчатое дросселирование жидкости с промежуточным отводом пара также уменьшает затраты работы.

В зависимости от степени охлаждения паров после первой ступени существуют две схемы двухступенчатого сжатия: с полным и неполным промежуточным охлаждением. При полном охлаждении без водяного холодильника (рис. 2.31) жидкость из конденсатора 4 дросселируется первым регулирующим вентилем 5 до промежуточного давления. Пар и жидкость поступают в промежуточный сосуд 6, а затем жидкость – во второй регулирующий вентиль 7, где дросселируется до давления в испарителе 8 при низком давлении. Полученный пар поступает в компрессор низкого давления 1, сжимается до промежуточного давления и выталкивается в промежуточный сосуд 6. Далее пар поступает в компрессор высокого давления 3, где сжимается до давления в конденсаторе. Одновременно в компрессор 3 поступает пар из промежуточного сосуда 6. Из компрессора перегретый пар прохо-

Рис. 2.31. Схема двухступенчатой холодильной машины:

1 – компрессор низкого давления; 2 – вентиль для перевода машины на одноступенчатое сжатие; 3 – компрессор высокого давления; 4 – конденсатор; 5 – первый РВ; 6 – промежуточный сосуд; 7 – второй РВ; 8 – испаритель

70