5. Автоматическое питание испарителей жидким хладагентом
Автоматическое питание испарителей осуществляется соответствующими устройствами, которые обеспечивают необходимое заполнение испарителей жидким хладагентом.
Автоматическое питание является одним из наиболее важных процессов управления холодильной машиной. В отличие от других процессов питание испарителей и аппаратов обычно не может производиться вручную без автоматических регуляторов.
Степень заполнения испарителей кипящим хладагентом имеет важное значение для эффективной и безопасной эксплуатации холодильных установок. Недостаточное заполнение испарителей приводит к омертвлению теплопередающей поверхности и, как следствие, к энергетическим потерям, а переполнение - к влажному ходу компрессоров, что приводит к уменьшению их холодопроизводительности, а в некоторых случаях вызывает гидравлические удары в цилиндрах и аварии компрессоров.
Выбор способов автоматического питания испарителей зависит от типа испарителя, вида хладагента, его физических и термодинамических свойств, взаимодействия со смазочным маслом и других факторов.
5.1. Классификация и основные свойства испарителей
Оборудование, в котором имеет место кипение хладагента (испарительное оборудование), подразделяется в зависимости от назначения, от числа испарителей, питающихся через один регулирующий орган, и от количества хладагента, подаваемого в испаритель.
В зависимости от назначения испарительное оборудование подразделяют на охладители воздуха, охладители жидких холодоносителей и вспомогательные аппараты, выполняющие функции охлаждения внутри цикла холодильной машины.
Охладители воздуха делят на батареи и воздухоохладители.
Батареи представляют собой одношланговые, обычно оребренные испарители с естественной циркуляцией воздуха, жидкий хладагент в которые может подаваться снизу или сверху (рис. 5.1, а и б). Регулирующий орган РО, изменяющий расход подаваемого хладагента, устанавливается перед входом в батарею. Для охладителей этого типа характерно сравнительно спокойное кипение.
Воздухоохладители - это испарители с принудительной циркуляцией воздуха. Они делятся на затопленные и незатопленные. Затопленные воздухоохладители (по схеме они аналогичны батарее, см. рис. 5.1, а) часто используют на аммиачных установках. Им свойственно интенсивное кипение, а также возможность выброса хладагента при резких изменениях тепловой нагрузки. Для обеспечения безопасной работы таких испарителей применяют специальные защитные меры (например, установка защитных емкостей на выходной линии). Незатопленные воздухоохладители встречаются в различных конструктивных исполнениях. В хладоновых установках наиболее распространены многошланговые воздухоохладители с гидравлическим распределителем хладагента Р (рис. 5.1, в).
Охладители жидких холодоносителей выпускаются главным образом в кожухотрубном исполнении. Они бывают двух типов: с кипением в межтрубном пространстве и внутри труб.
Испарители с кипением в межтрубном пространстве (рис. 5.1, г) чаще всего являются затопленными, реже их выполняют оросительными. Затопленные испарители предназначены в основном для аммиака и углеводородов. Встречаются испарители этого типа и для хладонов, однако при этом необходимы специальные меры для возврата масла из испарителя. Особенностью этого типа испарителя является опасность замерзания холодоносителя, особенно при засорении трубок. В испарителях с межтрубным кипением находится значительное количество жидкого хладагента, и при резком увеличении нагрузки не исключены выбросы жидкости в паровую линию.
Испарители с кипением внутри труб (рис. 5.1, д) применяют почти исключительно для хладонов. Они практически безопасны с точки зрения замерзания холодоносителя, весьма малоемки по хладагенту и обеспечивают стабильный возврат масла. Эффективность работы таких испарителей в большой степени зависит от равномерности распределения жидкости по трубкам. Поэтому во входной крышке испарителя предусматривают устройства для распределения хладагента.
Рис. 5.1. Схемы основных типов испарительного оборудования:
а и б - батареи соответственно с нижней и верхней подачей хладагента; в - многошланговый
воздухоохладитель с гидравлическим распределителем Р; г и д - испарители для охлаждения жидких
холодоносителей с кипением в межтрубном пространстве (г) и внутри труб (д); е - испарительная система
с групповым питанием от отделителя жидкости ОЖ; ж и з - испарительные системы с многократной
циркуляцией жидкого хладагента с нижней (ж) и верхней (з) подачей; Rж и Rп - жидкий
и парообразный хладагент; S1 и S2 - вход и выход теплоносителя
В зависимости от числа испарителей, питающихся через один регулирующий орган, испарительное оборудование бывает с индивидуальным и групповым питанием.
К оборудованию с индивидуальным питанием относятся рассмотренные выше охладители воздуха и жидкостей (см. рис. 5.1, а-д).
Оборудование с групповым питанием образует испарительные системы, характеризующиеся наличием на стороне низкого давления сосуда (ресивера или отделителя жидкости). В нем находится некоторое количество жидкого хладагента. Из сосуда хладагент подается в параллельно присоединенные испарители. Для равномерного распределения жидкости по отдельным испарителям на их входах устанавливают ручные регулирующие вентили или диафрагмы, сечение которых подбирают при наладке.
На рис. 5.1, е, показана система с групповым питанием от общего отделителя жидкости ОЖ. Заполнение жидкостью отдельных испарителей происходит самотеком под действием гидростатического столба высотой H.
Пополнение испарительной системы жидким хладагентом производится в отделителе жидкости через регулирующий орган РО.
В зависимости от количества жидкого хладагента, подаваемого в испарительное оборудование, последнее делится на оборудование с полным испарением и с многократной циркуляцией жидкости.
К оборудованию с полным испарением относятся испарители, в которых массовый расход подаваемого в них жидкого хладагента равен массовому расходу отсасываемого пара. К таким испарителям относятся рассмотренные выше (см. рис. 5.1, а-е).
Испарительное оборудование с многократной циркуляцией жидкого хладагента (рис. 5.1, ж и з) характеризуется тем, что в циркуляционном ресивере РЦ на стороне низкого давления создается запас жидкости, которая с помощью насоса НЦ циркулирует через испарители. Массовый расход циркулирующей жидкости в несколько раз превышает расход отсасываемого пара, поэтому вместе с паром из испарителей отводится неиспарившаяся жидкость, которая отделяется в циркуляционном ресивере и вновь направляется в испарители. Вследствие этого обеспечиваются наивысшая степень заполнения испарителей, высокие коэффициенты теплопередачи. Кроме того, в такой испарительной системе обеспечивается надежное отделение жидкости от пара в специальных аппаратах (циркуляционном ресивере или отделителе жидкости), а следовательно, и безопасность работы. Проблема питания такой испарительной системы сводится к добавлению жидкости в ресивер по мере ее испарения.
Испарительные системы с многократной циркуляцией применяют в установках, работающих как на аммиаке, так и на хладонах. В последнем случае необходимы специальные устройства для возврата масла в компрессоры. Многократная циркуляция может использоваться как в групповом, так и в индивидуальном испарительном оборудовании. Кроме испарителей, охлаждающих воздух или жидкие холодоносители, в холодильных установках встречаются вспомогательные аппараты, в которых кипит и испаряется хладагент. К таким аппаратам относятся всевозможные теплообменники и промежуточные сосуды. С точки зрения питания жидким хладагентом они аналогичны соответствующим индивидуальным испарителям.