6.2.2 С регенерацией

75

6.3 Расчѐт кожухотрубного конденсатора холодильной установки

Задачей теплового и конструктивного расчѐта конденсатора является определение площади теплопередающей поверхности аппарата и его основных геометрических параметров.

Исходными данными для расчѐта являются: Тепловой поток конденсатора: QК, Вт.

Удельная плотность теплового потока конденсатора: qK , кДж/кг.

СЕВМАШВТУЗНа рис.30 показана схема изменения температур холодильного агента I и охлаждающей среды II вдоль поверхности теплопередачи. Из рисунка видно,

Температура хладагента на входе в конденсатор: t2,˚С. Температура хладагента на выходе из конденсатора: t3,˚С. Температура охлаждающей воды на входе в конденсатор: tВ2,˚С. Температура охлаждающей воды на выходе из конденсатора: tВ1,˚С. Массовый расход хладагента: G, кг/с.

Для всех типов конденсаторов справедливо выражение для определения

площади поверхности теплопередачи аппарата:

,где: t – температурный напор в конденсаторе (средняя логарифмическая разность температур):

что по характеру изменения температуры холодильного агента конденсатор можно разделить на три зоны: зону охлаждения перегретого пара (процесс 2– 2‖), зону конденсации (процесс 2‖–3) и зону переохлаждения жидкого хладагента (процесс 3–4). Обычно определяют суммарный тепловой поток от всех зон, а теплопередачу рассчитывают по условиям зоны конденсации. Это оправдано тем, что в реальных условиях в зоне отвода теплоты перегрева температура поверхности теплопередачи почти всегда ниже температуры насыщения и в этой зоне происходит конденсация холодильного агента, хотя пар, несколько удалѐнный от поверхности, остаѐтся перегретым.

76

Рис.30 Изменение температуры холодильного агента и охлаждающей среды в направлении их движения в конденсаторе

Средняя логарифмическая разность температур t оказывает двойственное влияние на экономичность холодильной машины. С одной стороны, повышение t позволяет сократить площадь теплопередающей поверхности конденсатора, его массу и стоимость. С другой стороны, высокие значения t увеличивают необратимые термодинамические потери в цикле ХМ. При заданной температуре забортной воды tВ 2 увеличение

средней логарифмической разности температур приводит к повышению температуры конденсации tK . А это сказывается на ухудшении объѐмных и

энергетических показателей компрессора и на ухудшении холодильного коэффициента ε машины.

Нужно заметить, что температурная разность tВ tВ1 tВ2 влияет не только на значение t , но и на расход охлаждающей воды, проходящей через конденсатор. При увеличении tВ расход воды на охлаждение будет

уменьшаться. Одновременно будет снижаться, при прочих равных условиях, мощность, которая затрачивается на перемещение воды. Вместе с тем будет возрастать температура воды tВ1 на выходе из конденсатора, а следовательно,

и температура конденсации tK .

Коэффициент теплопередачи от хладагента к охлаждающей воде:

77

водяной камень, масляная пленка), которые для фреоновых конденсаторов

могут быть приняты равными (0,15÷0,2)·10-3, для аммиачных (0,3÷0,5)10-3 м2·˚С/Вт.

Для того, чтобы найти коэффициенты теплоотдачи необходимо выбрать конструктивный тип и расположение трубок конденсатора.

Размещение трубок в плоскости трубной решѐтки кожухотрубных аппаратов обычно производят по сторонам правильных шестиугольников и по вершинам равносторонних треугольников, при этом трубки могут образовывать коридорный или шахматный пучок (см. рис.31).

Рис.31 Размещение труб в трубной решѐтке

В кожухотрубных конденсаторах обычно применяются стальные гладкие трубы диаметром 25 × 2,5 мм, 20 × 3 мм, 57 × 3,5 мм, а также медные трубы с накатными рѐбрами, полученные из заготовки диаметром 20 × 3 мм. Расчѐты показали, что с уменьшением диаметра труб сокращаются масса, габаритные показатели аппарата и уменьшается масса содержащейся в нем воды. Вместе с тем повышается стоимость и снижается надѐжность аппаратов из-за большого числа труб, а следовательно, большого числа креплений и уплотнений труб в трубной решѐтке. Кроме того, при использовании загрязненной воды трубы малого диаметра интенсивнее засоряются и их

78

очистка увеличивает эксплуатационные расходы. Указанные обстоятельства следует учитывать при выборе размеров труб. На рис.32 показаны схема и виды оребрения некоторых трубок теплообменных аппаратов.

а)

Рис.32 Схема и виды оребребения накатных труб теплообменных аппаратов: а) схема оребрения; б,в) размеры оребрѐнных труб испарителей и конденсаторов

79

Шаг трубок по горизонтали S1 определяют из соотношения:

S1 dН = 1,24÷1,45.

Для современных теплообменных аппаратов рекомендуемые значения отношения длины трубки к диаметру трубной решѐтки соответствуют:

участков трубки длиной 1 м, м2.

Для дальнейшего расчѐта необходимо найти коэффициенты, характеризующие конструкцию трубок и учитывающие различные условия протекания конденсации.

Коэффициент оребрения для выбранного типа трубок:

FН

FВН

Коэффициент, учитывающий различные условия конденсации на вертикальных и горизонтальных участках поверхности оребрѐнной трубки:

где Е – коэффициент эффективности ребра (для медных трубок с накатанными рѐбрами можно принимать равным 1).

эксплуатируемых конденсаторах скорость воды составляет 1÷2,5 м/с. В хладоновых конденсаторах с трубками из медно-никелевых сплавов скорость воды допускается повышать до 3÷4 м/с (см. таблицу 8).

80

Таблица 8 Параметры режима работы различных типов конденсаторов

деполяризующего воздействия, содержащегося в воде кислорода. интенсифицируется коррозионные процессы.

Задаваясь скоростью движения воды, находим число труб в одном ходе

При протекании воды внутри прямых круглых трубок, коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности трубки к воде рассчитывается по

81

В – коэффициент теплопроводности воды при tВ.СР, Вт/(м ˚С);

В – кинематическая вязкость воды при tВ.СР, м2/с;

l – коэффициент, учитывающий влияние начального теплового участка

Для воды в интервале 0÷50 ˚С, коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности трубки к воде можно рассчитать по следующей формуле:

где b – коэффициент, зависящий от физических свойств среды. b 1400 22 tв.ср , Дж/(С0,2 м2,6 ˚С).

Находим плотность теплового потока в первом приближении:

Число трубок, размещѐнных по диагонали внешнего шестиугольника (округляется до целого нечѐтного):

82

Общее число трубок в конденсаторе:

n 0,75 m2 0,25

Среднее число трубок по вертикали для шахматного пучка:

83

84

Число ходов по воде округляют до целого (обычно чѐтного с тем, чтобы патрубки для входа и выхода воды располагались в одной крышке):

Z n n1

Уточняют общее число трубок:

n Z n1 , шт.

Уточняют общее число трубок по главной диагонали (округляют до целого нечѐтного):

Dm S1 , м.

Иуточняем отношение длины трубки к диаметру трубной решѐтки:

Dl 4 8

85