20 Конденсаторы

Конденсатор – теплообменный аппарат, в котором холодильный агент преобразуется из парообразного состояния в жидкое.

В некоторых конден-рах происходит охлаждение сконденсировавшейся жидкости на 2-3⁰С.

По виду охлаждающей среды конденсаторы делятся:

1. Конденсаторы с водяным охлаждением

2. Конденсаторы с воздушным охлаждением.

3. Конденсаторы с водо-воздушным охлаждением.

К водяным конденсаторам относятся:

1. Кожухотрубный горизонтальный конденсатор.

2. Кожухозмеевиковый конденсатор.

3. Кожухотрубный вертикальный конденсатор.

4. Кожухотрубный элементный.

5. Пакетно-панельный конденсатор.

6. Пластинчатый конденсатор.

К водо-воздушным конденсаторам относятся:

1. Оросительный конденсатор.

2. Испарительный конденсатор.

К воздушным конденсаторам относятся:

1. Конденсаторы с естественной циркуляцией воздуха.

2. Конденсаторы с принудительной циркуляцией воздуха.

Кожухотрубный горизонтальный конденсатор

Конденсатор представляет собой цилиндрический стальной горизонтальный корпус большого диаметра. Внутри корпуса размещено большое количество теплообменных труб малого диаметра. С двух сторон к корпусу приварены трубные решетки с отверстиями. В каждом отверстии развальцованы концы теплообменных труб. Трубные решетки закрыты двумя крышками с перегородками. В передней крышке имеются входной и выходной патрубки, вентили для спуска воды и выпуска воздуха. Задняя крышка глухая.

Холодная вода подается через входной патрубок в нижнюю часть передней крышки. Далее вода проходит по внутреннему объему теплообменных труб первого хода. В задней крышке поток разворачивается на 180⁰С и поступает в теплообменные трубы второго хода. Количество ходов может быть от двух до двенадцати. При прохождении вода нагревается на 4-6⁰С за счет теплообмена. Отепленная вода выходит через верхний выходной патрубок передней крышки. Горячий пар холодильного агента после компрессора поступает в верхнюю часть межтрубного пространства корпуса компрессора. Горячий пар соприкасается с холодной поверхностью теплообменных труб, охлаждается и конденсируется. Образовавшаяся жидкость стекает в нижнюю часть конденсатора. Из нижней части корпуса холодильный агент через выходной патрубок выводится из конденсатора.

Аммиачные и хладоновые конденсаторы имеют следующие отличительные особенности:

1. Теплообменные трубы аммиачных конденсаторов выполнены из черного металла. В хладоновых конденсаторах теплообменные трубы выполнены из медных сплавов.

2. Теплообменные трубы аммиачных конденсаторов, как правило, гладкие, без оребрения. Теплообменные трубы хладоновых конденсаторов имеют наружное оребрение.

3. В нижней части аммиачного конденсатора имеется маслоотделитель (масляной горшок). В хладоновых конденсаторах маслоотделитель отсутствует.

4. В аммиачных кон-рах внутренний объем корпуса заполнен теплообменными трубами. В низу корпуса хладоновых кон-ров теплообменные трубы отсутствуют (рессиверная часть).

Преимущества кожухотрубных горизонтальных конденсаторов:

1. Высокая интенсивность теплообмена.

2. Малые гидравлические потери.

3. Возможность очистки внутри труб от водяного камня механическим способом.

4. Простота конструкции.

Недостатки кожухотрубных горизонтальных конденсаторов:

1. Большие гидравлические потери со стороны охлаждающей воды.

2. Большая занимаемая площадь.

3. Отложение водяного камня на внутренней поверхности теплообменных труб.

4. Возможность утечки хладагента через места развальцовки.

Кожухозмеевиковый конденсатор

По конструкции и принципу действия кожухозмеевиковый конденсатор аналогичен кожухотрубному горизонтальному конденсатору. Отличительной особенностью является то, что в них используются У-образные трубы. При этом конденсатор имеет одну крышку или выполняется без крышки. Вместо крышки к корпусу приваривается дно.

Преиму-ва кожухозмеевикового кон-ра в сравнении с кожухотрубным горизон-ым кон-ром:

1. Простота изготовления.

2. Меньшее количество прокладочного и крепежного материала.

Недостатки кожухозмеевикового кон-ра в сравнении с кожухотрубным горизон-ым кон-ром:

1. Сложность очистки внутренней поверхности труб механическим способом.

Кожухотрубный элементный конденсатор

Конденсатор состоит из нескольких элементов, расположенных друг над другом. Каждый элемент представляет собой кожухотрубный одноходовый горизонтальный конденсатор небольшого диаметра. В передней крышке каждого элемента имеется входной патрубок, в задней крышке - выходной патрубок. Входные и выходные патрубки элементов соединены входным и выходным водяными коллекторами. Межтрубные пространства элементов соединены между собой трубопроводами.

Холодная вода подается во входной водяной коллектор. Далее вода распределяется по каждому элементу. В каждом элементе вода проходит прямотоком по теплообменным трубам, нагреваясь на 4-6⁰С. Отепленная вода выходит из каждого элемента через выходные патрубки и поступает во входной водяной коллектор.

Горячий пар холодильного агента поступает в верхнюю часть верхнего элемента (в его межтрубное пространство). Проходя последовательно по межтрубным пространствам всех элементов пар охлаждается и конденсируется. Образовавшийся конденсат выводится из нижней части самого низкого элемента.

Преимущества кожухотрубного элементного конденсатора:

1. Меньшая занимаемая площадь по сравнению с кожухотрубным горизонтальным.

2. Меньшие гидравлические потери со стороны охлаждающей воды.

3. Возможность очистки поверхности труб механическим способом.

4. Малые гидравлические потери со стороны холодильного агента.

5. Высокая интенсивность теплообмена.

Недостатки кожухотрубного элементного конденсатора:

1. Значительно большая металлоемкость.

2. Значительно больший расход крепежного материала и запорной арматуры.

3. Сложность конструкции.

4. Сложность монтажа, эксплуатации и ремонта.

5. Возможность утечки холодильного агента через места развальцовки.

6. Отложение водяного камня.

В наше время кон-ры не выпускаются, а эксплуатируются в старых холодильных установках.

Кожухотрубный вертикальный конденсатор

По конструкции и принципу действия такой конденсатор подобен кожухотрубному горизонтальному. Он имеет цилиндрический вертикальный корпус большого диаметра. В нижней и верхней части корпуса приварены трубные решетки, в отверстиях которой развальцованы концы теплообменных труб. Под конденсатором расположен водоприемный бак, а сверху на конденсаторе установлен водораспределительный бак. Каждая теплообменная труба имеет вертикальный стояк. Особенностью данного конденсатора является то, что в верхнюю часть теплообменной трубы вставлено специальное распределительное устройство. Распределительное устройство представляет собой цилиндрическую пробку, на боковой поверхности которой прорезаны специальные каналы.

Сжатый горячий пар холодильного агента поступает в верхнюю часть межтрубного пространства конденсатора. Горячий пар, соприкасаясь с наружной холодной поверхностью теплообменных труб, охлаждается и конденсируется. Образовавшийся конденсат стекает в нижнюю часть межтрубного пространства конденсатора. Оттуда через выходной патрубок жидкость выходит из конденсатора. Холодная вода насосом подается в водораспределительный бак. Из бака вода через вертикальные стояки поступает к распределительным устройствам каждой теплообменной трубы. В спиральных каналах устройства вода закручивается и стекает тонкой пленкой по внутренней поверхности теплообменных труб. Далее тонкая пленка течет по внутренней поверхности под действием собственного веса, при этом нагреваясь на 4-6⁰С. Отепленная вода собирается в водоприемном баке, и далее насосом подается в водоохлаждающее устройство.

Преимущества кожухотрубного вертикального конденсатора:

1. Меньшая занимаемая площадь.

2. Обязательная установка конденсатора за пределами машинного отделения, на улице.

3. Малые гидравлические потери со стороны холодильного агента,и охлаждающей воды.

4. Возможность очистки внутренней поверхности труб механическим способом.

Недостатки кожухотрубного вертикального конденсатора:

1. Возможность загрязнения спиральных каналов распределительных устройств.

2. Необходимость установки конденсатора строго вертикально.

3. Возможность утечки холодильного агента через места развальцовки.

4. Более сложная конструкция, чем у кожухотрубных горизонтальных.

5. Сложность обслуживания и ремонта.

Пластинчатые конденсаторы

Пластинчатые конденсаторы состоят из набора гофрированных пластин. Каждая пластина с одной стороны омывается холодильным агентом, а с другой стороны – водой. Между пластинами устанавливаются уплотнительные прокладки. Направление гофр соседних пластин должно быть противоположно для турбулизации потока. С помощью неподвижных и подвижных плит пластины стягиваются шпильками. По конструкции они бывают разборные, полуразборные и неразборные. В разборных конденсаторах между всеми пластинами устанавливаются резиновые или паранитовые прокладки. Преимущества такой конструкции – возможность разборки и очистки всех пластин. В полуразборных конденсаторах пластины попарно сварены между собой со стороны холодильного агента. В неразборных конденсаторах все пластины сварены между собой.

Недостатком явл.-невозможность очистки пластин от водного камня механическим путем.

Преимущества пластинчатых конденсаторов:

1. Интенсивность теплообмена в 4-5 раз выше, чем в кожухотрубных гор-х конденсаторах.

2. Значительно меньшая занимаемая площадь.

3. Значительно меньший расход дорогостоящих бесшовных труб.

4. Возможность изменения площади теплопер-ей повер-ти с изменением тепловой нагрузки.

5. Возможность очистки пластин механическим путем в разборных и полуразборных кон-х.

Недостатки пластинчатых конденсаторов:

1. Сложность конструкции.

2. Сложность ремонта.

3. Большие гидравлические потери, со стороны холодильного агента и охлаждающей воды.

4. Возможность прогиба пластин и ухудшения циркуляции воды.

5. Рас-е между пластинами со стороны холодильного агента 3-5 мм, со стороны воды 8-9

Пакетно – панельный конденсатор

Пакетно – панельный конденсатор представляет собой большой стальной прямоугольный бак. Внутри бака размещено несколько теплообменных секций. Каждая секция представляет собой цельноштампованную панель с вертикальными каналами. Сверху панель приварена к верхнему паровому коллектору, а снизу – к жидкостному коллектору. Верхние коллекторы всех теплообменных секций соединены с общим паровым коллектором. Нижние коллекторы всех теплообменных секций соединены с общим жидкостным коллектором. В баке все теплообменные секции установлены в шахматном порядке.

Сжатый горячий пар поступает в общий паровой коллектор. Из коллектора пар распределяется по верхним коллекторам каждой теплообменной секции. В верхних коллекторах и вертикальных каналах панелей пар охлаждается и конденсируется. Образовавшаяся жидкость через нижние коллекторы собирается в общий жидкостной коллектор и далее выводится из конденсатора. Холодная вода через входной патрубок поступает в бак. Далее вода последовательно омывает все теплообменные секции и нагревается на 4-6⁰С. Отепленная вода выходит через выходной патрубок , расположенный в противоположной стенке бака.

Преимущества пакетно – панельного конденсатора:

1. Значительно меньший расход дорогостоящих бесшовных труб.

2. Возможность очистки наружной поверхности панели механическим путем

3. Простота конструкции.

4. Малые гидравлические потери со стороны охлаждающей воды.

Недостатки пакетно – панельного конденсатора:

1. Меньшая интенсивность теплообмена, чем в кожухотрубных конденсаторах.

2. Большая занимаемая площадь.

3. Большая металлоемкость.

В настоящее время они не выпускаются, но используются в старых холодильных установках.

Оросительный конденсатор

Конд-р состоит из нескольких плоских вертикальных змеевиков.Верхние трубы змеевиков соединены с верхним паровым коллектором, а нижние с нижним паровым коллектором.

Верхний паровой коллектор соединен с линейным ресивером с помощью вертикального стояка. От нижней трубы каждой пары труб змеевиков к стояку отходит горизонтальный отвод. Над каждым змеевиком установлен треугольный желоб с зубчатой боковой поверхностью. В верхней части конденсатора также расположен водораспределительный бак. В нижней части, под конденсатором, также имеется водоприемный бак.

Сжатый горячий пар после компрессора подается в нижний паровой коллектор. Из коллектора пар распределяется по нижним трубам каждого змеевика. Поднимаясь вверх по внутреннему объему труб, пар охлаждается и конденсируется. Образовавшийся конденсат через вертикальные отводы стекает в вертикальный стояк. Из вертикального стояка жидкость попадает в линейный ресивер. Холодная вода насосом подается в водораспределительный бак. Из бака вода распределяется по желобам. Желоб наполняется и затем переполняется, в результате чего через нижние образующие зубьев вода перетекает на наружную поверхность теплообменных труб змеевиков. Затем вода под действием собственного веса стекает по трубам в нижнюю часть конденсатора и собирается в водоприемном баке. При этом вода нагревается на 3-5⁰С. Далее отепленная вода отводится в водоохлаждающее устройство.

Преимущества оросительного конденсатора:

1. простота конструкции.

2. Возможность очистки наружной поверхности труб механическим путем.

3. Малые гидравлические потери со стороны охлаждающей воды.

4. Возможность монтажа на месте эксплуатации.

5. Участие в теплообмене не только воды, но и наружного воздуха.

6. Установка вне машинного отделения.

Недостатки оросительного конденсатора:

1. Большой расход дорогостоящих бесшовных труб.

2. Меньшая интенсивность теплообмена, чем в кожухотрубных конденсаторах.

3. Большая занимаемая площадь.

4. Возможность засорения зубьев желобов.

5. Необходимость установки желобов строго вертикально.

6. Возможность уноса воды атмосферным воздухом.

В наше время оросительные конденсаторы используются в старых холодильных установках.

Испарительный конденсатор

Такой конденсатор по конструкции напоминает оросительный. Трубный пучок конденсатора состоит из нескольких плоских вертикальных змеевиков. Верхние трубы змеевиков соединены с верхним паровым коллектором, а нижние – с нижним жидкостным коллектором. Над основными теплообменными секциями расположены водяные коллекторы с форсунками. Над водяными коллекторами установлен сепаратор – каплеотбойник. Выше сепаратора устанавливается форконденсатор (предконденсатор). Все элементы конденсатора размещаются внутри стального прямоугольного корпуса. В нижней части корпуса имеется водоприемный бак или поддон. В зависимости от конструкции в верхней или боковой части корпуса располагаются вентиляторы.

Сжатый горячий пар после компрессора поступает в общий входной коллектор фор - конденсатора. Из коллектора пар распределяется по трубам фор – конденсатора.

Так как температура конденсации масла выше температуры конденсации холодильного агента, то в фор – конденсаторе конденсируются пары масла. После фор – конденсатора пар холодильного агента и капли масла поступают в отдельный маслоотделитель. В маслоотделителе происходит отделение масла от пара холодильного агента. Из маслоотделителя очищенный пар направляется в общий паровой коллектор основных теплообменных секций. В действительности для уменьшения капитальных затрат и уменьшения работ по эксплуатации, как правило, маслоотделитель не ставят. Пар вместе с маслом сразу направляется в основные теплообменные секции. Проходя по внутреннему объему теплообменных труб, пар охлаждается и конденсируется. Образовавшаяся жидкость собирается в нижнем жидкостном коллекторе и далее выводится из конденсатора. Вода насосом из поддона подается в водяной коллектор. Из водяных коллекторов через форсунки вода распыляется мелкими каплями по всему внутреннему объему корпуса конденсатора. Далее вода оседает тонкой пленкой на наружной поверхности теплообменных труб. Так как разность температур поверхности труб и воды значительны(80-120⁰С), то часть воды из пленки испаряется. Поэтому такой конденсатор называется испарительным. Неиспарившаяся вода стекает вниз с трубки на трубку, при этом нагреваясь. Одновременно с этим холодный воздух, с помощью вентиляторов, продувается снизу вверх через трубную решетку противотоком движению воды. Расход воздуха подобран таким образом, что температура воды на выходе из форсунок равна температуре воды в поддоне. При этом воздух нагревается и выбрасывается в атмосферу.

Преимущества испарительного конденсатора:

1. Нет необходимости в использовании дополнительного водоохлаждающего устройства.

2. В холодный период года он может работать как воздушный конденсатор.

Недостатки испарительного конденсатора:

1. Сложность конструкции.

2. Трудность очистки наружной поверхности труб механическим путем.

3. Дополнительный расход электроэнергии на привод вентилятора.

4. Большие гидравлические потери, как со стороны холодильного агента и охлаж-щей воды.

5. Меньшая интенсивность теплообмена, чем в кожухотрубных конденсаторах.

Воздушные конденсаторы с принудительной циркуляцией воздуха

Конденсатор состоит из нескольких вертикальных плоских змеевиков, размещённых в прямоугольном стальном корпусе. С одной из фронтальных сторон конденсатора устанавливается диффузор с вентилятором. Наружная теплообменная поверхность змеевиков выполняется оребрённой. Оребрение может быть проволочным, пластинчатым или с навитыми пластинами. Движение холодильного агента по секциям может быть параллельным или последовательным. При параллельном соединении имеется общий верхний паровой коллектор, общий нижний жидкостной коллектор.

Пар холодильного агента поступает в верхний паровой коллектор и распределяется по верхним трубкам всех змеевиков. Проходя по внутреннему объёму теплообменных труб, пар охлаждается и конденсируется. Образовавшийся конденсат стекает в нижний жидкостной коллектор и выводится из конденсатора.

При последовательном соединении трубопровод от компрессора соединяется с верхней трубой первого змеевика. Нижняя труба первого змеевика соединяется с верхней трубой второго змеевика и т.д. При этом пар проходит последовательно все змеевики, охлаждается и конденсируется, образовавшийся конденсат выходит из нижней трубки последнего змеевика.

Преимущества параллельного соединения:

1. Меньшие гидравлические потери со стороны холодильного агента.

Недостатки параллельного соединения:

1. Неравномерность распределения холодильного агента по змеевикам.

Холодный воздух продувается сквозь трубную решётку вентилятором, нагреваясь на 4-6⁰С. Преимущества:

1. Исключается образование водного камня.

2. Отсутствует водяная система с насосом, трубопроводами и т.д.

3. Нет дополнительного расхода электроэнергии на привод насоса.

4. Установка кон-ра осуществляется на улице за пределами машинного отделения.

Недостатки:

1. Низкая интенсивность теплообмена, в 10-30 раз меньшая, чем у водяных конд-ов.

2. Большие массогабаритные показатели.

3. Дополнительный расход электроэнергии на привод вентиляторов.

4. Большие гидравлические потери со стороны холодильного агента.

5. Возможность загрязнения наружной оребрённой поверхности.

Конденсаторы с естественной циркуляцией воздуха

По конст-ции: змеевиковые с проволочным оребрением, листотрубные, прокатно-сварные.

Змеевиковые, с проволочным оребрением, представляют собой плоский вертикальный змеевик к которому с двух сторон припаяны стальные проволочки, диаметром 2 мм и шагом 4-6 мм. Припаянная проволока выполняет 2 функции:

1. Увеличивает наружную площадь теплопередающей поверхности.

2. Увеличивает жёсткость конструкции.

Листотрубный конденсатор представляет собой плоский вертикальный змеевик, к которому припаян стальной лист, толщиной 0.3-0.5 мм.

Прокатно-сварной конденсатор состоит из двух сваренных между собой стальных листов с выштампованными или выдавленными каналами.

Преимущества:

1. Малая занимаемая площадь в сравнении с кон-ми принудительной циркуляцией воздуха.

2. Простота обслуживания.

3. Простота конструкции.

4. Отсутствие водяной системы, нароста водяного камня.

5. Отсутствие расхода электроэнергии на привод вентилятора.

Недостатки:

1. Низкий теплообмен,в 30-50 раз меньше чем в водяных кожухотрубных кон-рах.

2. Большой расход бесшовных труб.

3. Большие гидравлические потери со стороны холодильного агента.