В конденсаторах с воздушным охлаждением теплота конденсации передается нагреваемому воздуху. В качестве теплообменников используются поверхностные воздухоохладители, которые состоят из медных трубных змеевиков, на которые нанесены гофрированные пластины из алюминия в качестве оребрения со стороны воздуха. Медные трубки расположены в шахматном порядке. В трубках при охлаждении движущимся воздухом происходит конденсация хладагента. С целью уменьшения габаритов аппарата, наружная поверхность оребренных трубок омывается потоком воздуха с высокой скоростью, которая обеспечивается работой вентилятора.
Используются осевые вентиляторы с литым алюминиевым рабочим колесом в виде крыльчатки, приводимые в действие трехфазным электродвигателем с внешним ротором, степенью защиты IP65.
В блоках для установки внутри здания используются центробежные вентиляторы с двухсторонним всасыванием воздуха, статически и динамически сбалансированные. Вентиляторы приводят в движение трехфазные электродвигатели через ременную передачу с системой регулирования натяжения ремней.
Листотрубные конденсаторы по конструкции аналогичны прокатно-сварным испарителям, применяемым в бытовых холодильниках. Из конденсаторов воздушного охлаждения для малых холодильных машин наиболее распространен трубчатый тип аппаратов со сплошным пластинчатым оребрением. Обычно на практике трубы медные и имеют алюминиевое оребрение. Такими конденсаторами комплектуют кондиционеры. Скорость воздуха в узком сечении составляет 2—5 м/с. Для различных типов конденсаторов она различна.
Воздушные конденсаторы для установок средней и большой производительности изготавливают из трубчатых поверхностей с пластинчатым оребрением либо из биметаллических труб с накатными ребрами. При этом компоновочные решения могут быть различными, так же как и ориентация секций в пространстве. В промышленности существует градация аммиачных воздушных конденсаторов, изготовленных из биметаллических труб, состоящих из труб углеродистой стали и плотно насаженной на нее наружной большего диаметра трубы из алюминия. Наружная труба — оребренная с накатными ребрами. Коэффициент оребрения таких труб р = 9. Оребренные трубы развальцовывают в трубных решетках прямоугольной формы. Секция имеет четыре либо восемь рядов по фронту.
Применение воздуха в качестве теплоотводящей среды конденсаторов позволяет резко сократить расходы воды и улучшить экологический баланс естественных водоемов. Широкому распространению воздушного охлаждения способствуют значительное сокращение стоимости изготовления и увеличение срока службы конденсаторов, удорожание стоимости охлаждающей воды, уменьшение степени загрязнения теплообменной поверхности.
Конденсаторы воздушного охлаждения применяют в нефтеперерабатывающей промышленности для конденсации технологических продуктов, в химической — для конденсации продукционного аммиака, в холодильных установках — для конденсации хладагента (или смесей хладагентов).
Конденсатор – это теплообменник, который в зависимости от своей конструкции может передавать тепловую энергию определенному веществу. Часто такими веществами являются воздух или вода. Основная сфера наличия такого теплообменника – холодильное оборудование. Использование движения холодильного агента для передачи тепловой энергии окружающей среде позволяет повысить производительность всего оборудования более чем на 30%.
Всего существует 2 типа таких теплообменников – воздушные конденсаторы с воздушным или водяным охлаждением. Наиболее распространены машины первого типа. Их использование эффективно в холодильных машинах малой и средней мощности. Вторые же системы также эффективны, но их использование может иметь недостаток. Из-за высокого показателя жесткости воды на внутренних стенках теплообменника может образовываться осадок, который негативно влияет на теплопередачу.
Зачем нужен конденсатор
Выносной конденсатор воздушного охлаждения – оборудование, которое связано с чиллерами, холодильными установками. Это система конденсации, которая находится не внутри холодильной системы, а отдельно. Вынесенное в отдельный блок устройство можно установить в любом удобном месте на улице. Установка отлично подходит для крыш, также конденсаторы ставят рядом с объектом. Сюда поступает хладагент для охлаждения.
Устройства воздушного охлаждения
Воздушный конденсатор водяного охлаждения состоит из нескольких узлов. В его конструкцию входят:
Для изготовления теплообменника часто используют металлические трубки диаметром в 6 или 19 мм. Благоприятно воздействует на работу системы их оребрение с шагом в 1,5–3 мм. В качестве основного материала используется медь, которой свойственны высокие показатели теплопроводности. Оребрение же – алюминиевое.
Конструкция ребер может быть разной. Точная модель определяется целевым использованием теплообменника. Жесткий профиль из алюминия с просечкой или выступом будет способствовать повышению движения потока воздуха вблизи самого ребра.
И также свои особенности имеет движение воздуха в теплообменнике. Наиболее распространенный агент фреон поступает в систему сверху, где начинает интенсивно охлаждаться, растекаясь вниз. Заняв 90% полезной площади теплообменника, фреон достигает привычной нормы температур.
Типы конденсаторов
Выносные воздушные конденсаторы бывают разными. Их разделяют на категории по ряду критериев:
По расположению теплообменников устройства бывают четырех типов: горизонтальными, вертикальными, V-образными, комбинированными.
От конструкции зависит нагнетание и всасывание воздуха в системе. Установки бывают классическими (стандартными) по уровню шума, а также малошумными. Последнее поколение выносных воздушных конденсаторов включает также сверхмалошумные модели.
Конструкция и принцип действия
Устройство конденсатора заключается в двух обкладках с диэлектриком между ними. На всех схемах они так и отображаются.
S – площадь поверхности обкладок в м2, d – расстояние от обкладок, м, С – емкость, Ф, е – проницаемость диэлектрика. Все показатели выражены в системе СИ. Формула подходит плоскому конденсатору, помещают две пластины из металла с выводами, диэлектрик не нужен, так как им будет являться воздух.
Это показывает: емкость плоского конденсатора прямо зависит от площади пластин, и имеет обратную зависимость расстояния от пластин. Если геометрическая форма конденсатора иная, то формула емкости будет отличаться. Для вычисления кабеля. Но смысл зависимости остается таким же.
Пластины конденсаторов бывают и другой формы. Существуют металлобумажные конденсаторы с обкладками из алюминиевой фольги, которая свернута вместе с бумагой в клубок по форме корпуса.
Для повышения электрической прочности бумага конденсатора пропитывается специальным составом для изоляции, в основном это масло для трансформатора. Такое устройство дает возможность повысить емкость в разы. По такому же принципу сделаны конденсаторы других конструкций.
В формуле нет ограничений на размер пластин S и расстояние d. Если пластины отодвинуть далеко, и уменьшить их площадь, то малая емкость останется. Два соседних провода имеют электрическую емкость.
В технике высокой частоты такое свойство широко применяется. Конструкцию конденсаторов выполняют дорожками на печатном монтаже или скручивают два провода в полиэтилене. Простой провод, который называют «лапшой», имеет свою емкость. Чем длиннее провод, тем больше емкость.
Все кабели еще имеют сопротивление R, кроме емкости С. Свойства распределяются по длине кабеля, во время сигналов в виде импульсов являются цепочкой интеграции RС.
Импульс искажается специально. Для этого собрана схема. Емкость кабеля влияет на сигнал. На выходе появится измененный сигнал – «колокол», при коротком импульсе сигнал совсем пропадает.
Классификация и основные характеристики конденсаторов
Воздушные конденсаторы малых холодильных машинах можно классифицировать следующим образом.
По способу циркуляции охлаждающего воздуха различают конденсаторы с естественной циркуляцией (свободное движение) и с принудительным движением воздуха.
По условиям движения хладагента в секциях аппарата конденсаторы разделяются на следующие типы: с последовательным, параллельным и последовательно-параллельным движением.
По месту установки конденсаторы классифицируют на встроенные (установленные непосредственно на раме агрегата рядом с компрессором) и выносные (установленные отдельно от компрессора, обычно снаружи здания, сбоку или на крыше машинного отделения).
По виду выполнения теплопередающих поверхностей конденсаторы могут быть гладкотрубные, ребристо-трубные, листотрубные и панельные.
Аппараты с естественной циркуляцией (конвекцией) воздуха используют преимущественно в бытовых холодильниках. Такой аппарат имеет односекционную конструкцию с последовательным движением хладагента. Наибольшее распространение имеют два типа конструкции: листотрубная (представляющая собой плоский змеевик из круглой трубки, обычно диаметром 6 мм, плотно прижатый к металлическому листу, имеющему просечки различного вида) и ребристо-трубная (представляющая собой плоский трубчатый змеевик, аналогичный предыдущей конструкции, но имеющий снаружи оребрение, выполненное из отрезков толстой проволоки диаметром 1,5-2 мм, приваренной к трубкам по высоте всего змеевика).
В отдельных случаях конденсатор бытового холодильника может иметь панельную конструкцию, где, как и в испарителе, хладагент проходит по каналам внутри двухслойного листа.
Аппараты с принудительным движением воздуха выполняют преимущественно ребристо-трубными путем насадки на гладкие трубы пластинчатых ребер. Последние могут иметь различную форму (подробно этот вопрос будет рассмотрен ниже). Такие аппараты называют также пластинчато-ребристыми. Широкое распространение такие аппараты получили вследствие сравнительно низкой трудоемкости их изготовления.
Оребрение может выполняться также путем навивки на трубу ленты или выдавливанием ребер непосредственно из материала трубы. Иногда оребрение делают не только снаружи, но и внутри путем использования различных вставок-насадок на стороне хладагента. Как будет показано ниже, такие аппараты (имеющие двустороннее оребрение) обладают высокой теплопередающей способностью, но из-за технологических сложностей изготовления еще не нашли широкого применения в отечественной и мировой практике.
Воздушный конденсатор малой холодильной машины является одним из конструктивных узлов (элементов) холодильного агрегата, поэтому его характеристики и пути их совершенствования тесно связаны с развитием и совершенствованием других элементов: компрессора, ресивера, рамы и др.
В целях определения основных современных тенденций конструирования и оценки возможности прогнозирования характеристик малых холодильных агрегатов авторами проведен анализ характеристик агрегатов, выпускаемых десятью ведущими фирмами в девяти промышленно-развитых странах мира. Рассмотрены средне- и низкотемпературные агрегаты холодопроизводительностъю от 200 до 6000 Вт. Анализировались следующие их основные характеристики: холодильный коэффициент е; удельная материалоемкость М; удельный занимаемый объем V; корректированный уровень звуковой мощности U.
Принцип работы системы
Выносные конденсаторы воздушного охлаждения работают по стандартному принципу. Когда хладагент нагревается, он поступает в теплообменник конденсатора. В этот момент фреон находится в парообразном состоянии. От горячего хладагента теплообменник нагревается, его охлаждают вентиляторы. Фреон конденсируется и охлаждается, в жидком состоянии он возвращается в чиллер.
Объем воздуха, который нужен для охлаждения фреона, зависит от ситуации. Именно поэтому работу оборудования можно регулировать. Вентиляторы выносного воздушного конденсатора настраивают на определенную скорость работы.
Разумеется, у устройства есть предел производительности. Поэтому при покупке такого оборудования надо учитывать потребности объекта в охлаждении. Если приобрести устройство недостаточно мощное, то оно не будет справляться с нагрузкой.
Накопление энергии в конденсаторе
На схеме показан конденсатор с большой емкостью для медленного течения разряда. Можно взять лампочку от фонарика и проверить работу схемы. Такую лампочку можно найти в любом магазине электротоваров. Когда переключатель SA находится во включенном состоянии, то конденсатор получает заряд от батареи через резистор. Процесс изображен на рисунке.
Напряжение повышается по кривой — экспоненте. Ток отражается на графике в зеркальном виде, и имеет обратную зависимость от напряжения. Только в самом начале он подходит для приведенной формулы.
Через определенное время конденсатор получит заряд от источника до значения 4,5 вольт. Как можно вычислить время заряда конденсатора?
В формуле τ = R*C величины умножаются, итог получается в секундах. Это количество времени нужно для заряда уровня 36,8% от источника. Чтобы зарядить конденсатор полностью, нужно время = 5*т.
Если в формулу ставить емкость в мкФ, сопротивление в Ом, то время будет в микросекундах. Для нас удобнее секунды. На схеме емкость 2000 мкФ, сопротивление 500 Ом, время получается т = R * C = 500 * 2000 = 1000000 микросекунд. Это равнозначно одной секунде. В итоге, чтобы конденсатор получил полный заряд, необходимо время 5 секунд.
После этого времени переключатель переводим вправо, конденсатор разряжается по лампочке. Будет видна вспышка разряда конденсатора. Время, необходимое для разряда вычисляется величиной «т».
По схеме можно убедиться в вышеописанном утверждении.
При замыкании переключателя лампа вспыхивает — конденсатор получил заряд по лампочке. На графике видно, что в момент включения значение тока наибольшее, с течением заряда ток снижается до полного прекращения. При качественном конденсаторе и небольшой степенью саморазряда включение не выдаст вспышку лампы. Чтобы лампа снова вспыхнула, нужно разрядить конденсатор.
Любой проводник создает вокруг себя электрическое поле. Электрическое поле можно описать с помощью такой величины, как электрический потенциал. В каждой точке пространства потенциал имеет какое-то значение. Потенциал на бесконечном расстоянии равен нулю. Приближаемся мысленно от бесконечности к проводнику. Чтобы пробиться к проводнику, необходимо совершить работу. Эта работа идет на увеличение потенциальной энергии пробного заряда.
Максимальное значение потенциальная энергия достигнет тогда, когда мы вплотную подойдем к проводнику. После проникновения внутрь проводника, потенциальная энергия перестает меняться. Если мы разделим потенциальную энергию на величину пробного заряда, то получим электрический потенциал.
Потенциал проводника зависит от заряда. Если мы удвоим заряд проводника, то потенциал так же удвоится. Потенциал проводника прямо пропорционален заряду, который несет на себе этот проводник. Отношение заряда проводника к потенциалу является характеристикой проводника, называется электрической емкостью.
Чтобы понять это определение электроемкости, представим себе высоту жидкости в сосуде, имеющим широкое дно. Высота жидкости будет мала, то есть, потенциал мал. Если сосуд узкий и высокий, то такое же количество жидкости приведет к тому, что уровень жидкости будет высоким.
Свойства материалов-диэлектриков
В формуле значение проницаемости диэлектрика находится в знаменателе, увеличение ведет к повышению емкости. Для воздуха, лавсана, фторопласта величина не отличается от вакуумного состояния. Существуют вещества-диэлектрики, у которых проницаемость больше. Конденсатор, залитый спиртом, повышает свою емкость в 20 раз.
Такие вещества кроме проницаемости имеют хорошую проводимость. Конденсатор с таким веществом держит заряд хуже, разряжается быстрее. Это свойство назвали током утечки. В качестве диэлектриков применяют материалы, позволяющие создавать нормальные токи утечки при большой удельной емкости. Поэтому существует много видов конденсаторов для различных условий применения.
Конденсатор воздушный Prima
Prima — серия легких воздушных конденсаторов. Разработана для применения в кондиционировании и коммерческой холодильной технике.
Конденсатор воздушный Norma
Norma серия коммерческих воздушных конденсаторов разработана для применения в вентиляции, кондиционировании и холодильной технике. Конденсатор имеет усиленный корпус из оцинкованной стали, покрытый порошковой краской. Серия Norma имеет как вертикальное, так и горизонтальное исполнение.
Norma 630 25,7 (21,7) — 476,8 (384,6) кВт
Конденсатор воздушный BVCA
V-образный конденсатор представляет собой оптимальное сочетание трубчато-оребренных теплообменников, высокоэффективных вентиляторов и конструкции корпуса. Это все позволяет обеспечить максимальную мощность по отношению к размерам оборудования.
BVCA 080 96,4 — 948,7 кВт
BVCA 091 107,3 — 1149,6 кВт
Конденсатор воздушный Alta
Серия — серия промышленных воздушных конденсаторов. Серия Alta имеет вертикальное, горизонтальное, а также реверсное исполнение.
КОНДЕНСАТОРЫ ВОЗДУШНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ: ПРИНЦИП РАБОТЫ И ВИДЫ
Воздушный конденсатор — один из основных узлов климатического оборудования. Он передает тепловую энергию окружающей среде посредством хладагента.
Конденсатор функционирует следующим образом:
Теплообменная поверхность конденсатора состоит из медных труб и алюминиевых пластин. Внутри первых конденсируется фреон, а вторые увеличивают поверхность теплосъема теплообменника.
В зависимости от температуры наружного воздуха, различно его количество, необходимое для охлаждения теплообменной поверхности. Поэтому регуляторы вентиляторов уменьшают или увеличивают скорость вращения вентиляторов в зависимости от значения температуры или давления конденсации. Конденсатор с воздушным охлаждением состоит из следующих узлов:
Разновидности чиллеров с воздушным конденсатором
Моноблочные с осевыми вентиляторами — готовы к уличной установке и охлаждаются посредством наружного воздуха. Главное преимущество – возможность применения незадействованных площадей для установки систем кондиционирования, например, на крыше. Основной минус — шум работы механизмов. Для минимизации или устранения этого недостатка производители используют вентиляторы с пониженным уровнем шума и лопастями особой формы. Это приводит к увеличению габаритов конструкции, поэтому приходится выбирать между пониженным уровнем шума и малыми размерами.
Моноблочные с центробежными вентиляторами – монтируются внутри здания и охлаждаются наружным воздухом, который поступает с улицы по сети воздуховодов. Отвод тепла происходит также через воздуховоды. Достоинство оборудования такого типа — всесезонность, его можно использовать при разнообразных погодных условиях и при больших перепадах температуры окружающей среды. Под агрегаты должна быть выделена специальная площадка внутри сооружения. Кроме того, на создание сети воздуховодов потребуются вспомогательные затраты.
Использование воздушных конденсаторов позволяет повысить эффективность работы климатического оборудования на 30–35%.
Для чего оребряются трубки конденсатора воздушного охлаждения и испарительных батарей
Тепло, которое выделяется в конденсаторе, примерно на 30% превышает холодопроизводительность холодильной машины. Например, если холодопроизводительность машины равна 20 кВт, то конденсатор выделяет 25-27 кВт тепла.
Конденсаторы с воздушным охлаждением
1. медные трубки конденсатора
Конденсаторы с воздушным охлаждением наиболее распространены.
Выбор диаметра трубок зависит от многих факторов: потерь давления, легкости обработки материала и т.д.
Тип оребрения может быть различным и значительно влияет на тепловые и гидравлические параметры теплообменника в целом. Например, сложный профиль оребрения с многочисленными выступами и просечками создает турбулентность (завихрения) воздуха, омывающего теплообменник. В результате эффективность теплопередачи от хладагента к воздуху увеличивается, и повышается холодопроизводительность холодильной машины.
Применяют два типа соединения трубок с ребрами:
Дополнительно теплоотдачу хладагента повышают путем рифления внутренней поверхности трубок теплообменника. Это создает турбулентность течения хладагента.
Обычно в конденсаторе имеется от одного до четырех рядов трубок, расположенных по направлению потока хладагента. Часто трубки располагают в шахматном порядке для повышения эффективности теплопередачи.
Интенсивность теплообмена неодинакова на протяжении движения хладагента по трубкам. Горячий хладагент поступает в обменник сверху и перемещается вниз.
Конденсаторы с водяным охлаждением
Существует три типа конструкции конденсаторов с водяным охлаждением:
Кожухотрубные конденсаторы
В верхнюю часть стального кожуха поступает горячий пар хладагента из компрессора. Он омывает трубки с холодной водой и заполняет пространство между кожухом и трубками. В нижней части располагается патрубок отвода жидкого хладагента.
Холодная вода поступает по трубкам снизу и выходит сверху.
Пар хладагента охлаждается при контакте с холодной водой, конденсируется и скапливается на дне кожуха. В некоторых случаях конденсатор содержит участок дополнительного охлаждения. Он расположен на дне конденсатора и состоит из пучка трубок, отделенных от остальных трубок перегородкой. Вода, только что поступившая в конденсатор и имеющая минимальную температуру, в первую очередь проходит через участок дополнительного охлаждения конденсатора.
Вода, охлаждающая хладагент в кожухотрубных конденсаторах, берется обычно из системы оборотного водоснабжения. Температура конденсации хладагента примерно на 5 градусов выше, чем температура выходящей воды. Для передачи 1кВт тепла от хладагента проточной воде расход воды составляет около 170 литров в час.
Конденсаторы типа «труба в трубе»
Конденсаторы типа «труба в трубе» используют в автономных установках кондиционирования и маломощных установках охлаждения.
Недостаток конденсаторов этого типа состоит в том, что конструкция неразъемная, и возможна только химическая очистка трубки.
Пластинчатые конденсаторы
Пластинчатые конденсаторы состоят из рядов стальных пластин, расположенных «елочкой». Внутри теплообменника хладагент и вода движутся навстречу друг другу по независимым контурам циркуляции.
Преимущества этого типа конденсаторов:
Поэтому они широко применяются в холодильных машинах небольшой и средней мощности.
Если температура воды на входе в конденсатор составляет 16 градусов, то температура конденсации равна 32-36 градусов. При температуре воды +24°С хладагент конденсируется при 38-40°С.
К теплообменным аппаратам холодильных машин относятся конденсаторы, испарители, воздухоохладители, переохладители, регенеративные теплообменники.
Теплопередача в теплообменных аппаратах
Коэффициент теплопроводности λ. определяет количество теплоты, проходящее через плоскую стенку толщиной 1 м в единицу времени через единицу поверхности при разности температур между поверхностями стенки 1 °С. Для различных тел коэффициент теплопроводности различен и зависит от структуры, плотности, влажности, температуры.
Конвективный теплообмен осуществляется между поверхностью твердой стенки и омывающей ее жидкостью или газом при их соприкосновении. В этом случае теплота передается одновременно конвекцией и теплопроводностью. Такой теплообмен, называемый теплоотдачей, связан с переносом самой среды (жидкости или газа).
В теплообменных аппаратах теплота передается от одной среды к другой главным образом через стенку. Такой процесс теплообмена называется теплопередачей. Теплопередача включает теплоотдачу от среды к поверхности стенки, передачу теплоты через стенку теплопроводностью и теплоотдачу от поверхности стенки к среде.
На теплопередачу в конденсаторах влияют: характер движения и состояния пара хладагента, наличие в нем примеси воздуха и неконденсирующихся газов, неравномерность температуры стенки, затруднение свободного стока конденсата, загрязнение теплопередающей поверхности, изменение скорости охлаждающей воды или воздуха.
Типы конденсаторов. Различают конденсаторы с водяным, воздушным и водовоздушным охлаждением. Водяные конденсаторы по конструкции разделяют на кожухотрубные (горизонтальные и вертикальные), кожухозмеевиковые и элементные. Воздушные конденсаторы бывают с принудительным и свободным движением воздуха. Конденсаторы с водовоздушным охлаждением разделяются на оросительные и испарительные.
В судовых холодильных установках наибольшее распространение получили горизонтальные кожухотрубные и кожухозмеевиковые конденсаторы, охлаждаемые забортной водой, и воздушные конденсаторы с принудительным движением воздуха.
Горизонтальный хладоновый кожухотрубный конденсатор (рис. 2.57) состоит из стальной обечайки (корпуса) 1 с приваренными по концам латунными трубными решетками 2. Трубные решетки могут быть стальными с наплавленным слоем меди 3 или залитые эпоксидной смолой для защиты от коррозии. Трубки 6 из мельхиора (медно-цинкового сплава, содержащего 70% меди и 30% никеля) или меди имеют с наружной стороны накатные ребра.
Оребрение теплообменных труб кожухотрубных конденсаторов, как правило, осуществляется с помощью накатки наружной поверхности на трубонакатном станке. Оребрение осуществляется с целью увеличения поверхности теплоотдачи со стороны хладона для компенсации более низкого значения коэффициента теплоотдачи конденсирующегося хладагента по сравнению с коэффициентом теплоотдачи от стенки к воде.
Концы теплообменных трубок 6 развальцованы в трубных решетках. По трубкам протекает забортная вода, а межтрубное пространство заполнено паром конденсируемого хладагента, поступающего из компрессора.
Трубные решетки через резиновые прокладки закрываются бронзовыми крышками 4 с перегородками, изменяющими направление движения воды по трубкам конденсатора. Скорость воды в трубках достигает 2,5 м/с, что обеспечивает высокую интенсивность теплопередачи. На одной из крышек в ее верхней и нижней частях имеются пробки 5 для выпуска воздуха из водяной полости и спуска воды.
Для защиты трубок, трубных решеток и крышек от коррозионного воздействия морской воды крышки конденсатора снабжены протекторами из цинка или магниевого сплава МЛ-4 и алюминиевого сплава АМц-15-10. Процесс защиты от коррозии происходит следующим образом. При контакте двух металлов, погруженных в электролит (морскую воду), создается гальваническая пара из металла конструкции и протектора. В результате электролитической диссоциации активный металл протектора, являющийся анодом, разрушается, а основной металл-катод сохраняется.
Пар в конденсатор поступает сверху через патрубок 7 (см. рис. 2.57). Сконденсированный жидкий хладон собирается в сборнике жидкости 12, расположенном в нижней части конденсатора, откуда через запорный вентиль 11 поступает в жидкостной трубопровод. На верхней части корпуса конденсатора установлены предохранительный клапан 8, клапан 9 для спуска воздуха и угловой запорный клапан 10 для присоединения уравнительной трубы или манометра.
Горизонтальные аммиачные кожухотрубные конденсаторы всех конструкций с водяным охлаждением отличаются, от хладоновых тем, что в них применяют стальные трубные решетки и гладкие утолщенные трубки (d = 25 мм; δ = 4 мм), так как аммиак агрессивен к цветным металлам.
Сборник жидкого хладагента в аммиачном конденсаторе одновременно является и маслоотстойником, из него масло выпускают через клапан, расположенный на сборнике. В судовой конструкции конденсатора предусмотрены два сборника жидкого хладагента, которые расположены в противоположных концах конденсатора. Такое расположение сборников обеспечивает постоянный отвод жидкости при креке и дифференте судна. Подвод пара в конденсатор осуществляется через коллектор, расположенный сверху над корпусом по оси и соединенный с ним несколькими патрубками. Число ходов в конденсаторах восемь.
В табл. 2.12 представлены основные характеристики судовых хладоновых кожухотрубных конденсаторов, а также аммиачных кожухотрубных конденсаторов, находящихся в эксплуатации на рыбопромысловых судах. Основные характеристики судовых хладоновых кожухотрубных конденсаторов нового ряда типа МКТНР приведены в табл. 2.13.
Основные характеристики кожухозмеевиковых конденсаторов с водяным охлаждением приведены в табл. 2.14.
Конденсаторы с воздушным охлаждением могут быть как с принудительным, так и со свободным движением воздуха.
Конденсаторы с принудительным движением воздуха применяют в холодильных машинах охлаждаемых шкафов, контейнеров, автономных кондиционеров, в изотермическом авто- и железнодорожном транспорте, а также в установках на судах с воздушной подушкой.
Принудительное движение воздуха создается вентиляторами, которые интенсифицируют отвод теплоты от конденсатора. Для этой же цели наружную поверхность теплообменных трубок, обдуваемых воздухом, делают ребристой.
Конструкции конденсаторов с принудительным движением воздуха в основном одинаковы. Конденсатор состоит из двух и более секций, соединенных последовательно калачами или параллельно с помощью коллекторов. Секции изготовляют из прямых или U-образных трубок, на которые насажены общие ребра (стальные или алюминиевые). Стальные или медные трубки секции соединяют калачами. Секции для защиты от коррозии и обеспечения плотного контакта между стальными трубками и ребрами оцинковывают. Надежный контакт между медными трубками и алюминиевыми ребрами достигается протяжкой через трубку стального шарика диаметром на 0,5-0,6 мм больше внутреннего диаметра трубки.
Основные характеристики конденсаторов с воздушным охлаждением даны в табл. 2.15.
На рис. 2.58 показан хладоновый конденсатор с воздушным охлаждением марки 4-12 для R12. Площадь наружной поверхности конденсатора 14 м2. Конденсатор состоит из пяти секций, изготовленных из медных трубок диаметром 12×1 мм, и стальных ребер толщиной 0,5 мм. Оребренные трубки секции соединены между собой в плоский змеевик с помощью калачей 1. Секции соединены паровым 4 и жидкостным 3 коллекторами. Пар из компрессора подается в коллектор 4 сверху, а жидкий хладагент отводится через коллектор 3 снизу. Секции конденсатора закреплены в кожухе 2, который имеет диффузор 5 для равномерного обдува секций воздухом.
Конденсаторы со свободным движением воздуха применяют в домашних холодильниках. Они бывают проволочно-трубными и листотрубными. Проволочно-трубный конденсатор состоит из змеевика, к которому с обеих сторон приварены ребра из стальной проволоки диаметром 1-2,5 мм.
Листотрубные конденсаторы выполняются щитовыми и прокатносварными. Листотрубный щитовой конденсатор состоит из змеевика, который приварен или припаян к металлическому листу, заменяющему сплошное ребро. Листотрубный прокатно-сварной конденсатор изготовляют из двух алюминиевых листов, свареных прокаткой в горячем состоянии. Несваренными остаются ранее размеченные специальным составом участки, которые после того, как их раздули жидкостью или воздухом под давлением 4-10 МПа, принимают форму каналов.
Вертикальные кожухотрубные, элементные и водовоздушные конденсаторы применяют преимущественно на стационарных холодильниках большой холодопроизводительности.
Вертикальный кожухотрубный конденсатор состоит из цилиндрического кожуха с приваренными по торцам трубными решетками. В решетках развальцованы бесшовные стальные трубы диаметром 57 х 3,5 мм. В межтрубное пространство верхней части конденсатора поступает пар хладагента (R717). По трубкам сверху вниз стекает охлаждающая вода. Каждая трубка снабжена колпачком с направляющими прорезями, благодаря которым вода проходит по неполному сечению (по стенкам трубок). Конденсат отводится через жидкостный штуцер, расположенный в нижней части конденсатора.
В элементных конденсаторах каждый элемент представляет собой кожухотрубный конденсатор, в трубных решетках которого развальцованы 14 труб диаметром 38×3,5 мм. Элементы, расположенные один над другим, объединяются в секции. Снизу каждой секции имеется ресивер. Пары хладагента подводятся сверху в межтрубное пространство верхнего элемента. Вода подается через коллектор параллельно во все элементы. В каждом элементе вода проходит последовательно по нескольким ходам.
Водовоздушные конденсаторы относятся к конденсаторам со смешанным охлаждением (водой и воздухом). В этих конденсаторах процесс охлаждения водой сопровождается ее одновременным испарением и охлаждением. Водовоздушные конденсаторы применяют при недостатке охлаждающей воды.
Оросительный конденсатор состоит из плоских, вертикально расположенных змеевиков из стальных трубок диаметром 57 х 3,5 мм, орошаемых снаружи водой. Пары аммиака поступают внутрь трубок, где конденсируются, а из трубок жидкость стекает в ресивер. Теплота от хладагента отводится орошаемой водой, а также в результате ее частичного испарения. Конденсаторы устанавливают в местах, хорошо продуваемых воздухом.
В испарительном конденсаторе змеевики из стальных трубок расположены в плотном кожухе. Теплота отводится в результате испарения воды при обдувании ее воздухом. Принудительное движение воздуха в противоток движению воды улучшает процесс теплопередачи, поэтому температура охлаждающей воды практически не повышается. Стекающая с труб вода вновь направляется насосом для орошения змеевиков конденсатора.
По назначению различают испарители для охлаждения жидких хладоносителей (рассола, воды) и испарители для охлаждения воздуха.
По характеру заполнения хладагентом испарители делят на затопленные, в которых поддерживается уровень хладагента, и незатопленные или сухие (кожухотрубные и кожухозмеевиковые с кипением в трубах).
Испарители для охлаждения хладоносителя. Для этих целей используют кожухотрубные, кожухозмеевиковые и панельные испарители.
Кожухотрубные испарители имеют широкое применение. Наиболее распространенными судовыми испарителями для охлаждения хладоносителей являются горизонтальные кожухотрубные испарители затопленного типа. По конструкции они имеют сходство с кожухотрубными конденсаторами. В кожухотрубных испарителях рассол охлаждается при циркуляции внутри трубок, а хладагент кипит в межтрубном пространстве. Аммиачные и хладоновые кожухотрубные испарители принципиально не отличаются один от другого. Различие состоит в конструкции поверхности теплообмена и материалах, применяемых для их изготовления.
Трубные решетки со стороны рассола покрыты защитным слоем из наплавленной меди. К трубным решеткам через резиновые прокладки болтами прикреплены бронзовые крышки с внутренними перегородками. Перегородки в крышках изменяют направление движения охлаждаемого рассола по трубкам.
Подогретый в охлаждаемом помещении рассол подается насосом в испаритель через нижнее отверстие крышки. В процессе охлаждения рассол в испарителе делает шесть ходов и охлажденный выходит через верхнее отверстие крышки. Скорость движения рассола в трубках благодаря многоходовости составляет 0,75-1 м/с.
На испарителе (см. рис. 2.59) установлены предохранительный клапан 6, штуцер и клапан 1 для присоединения мановакуумметра, клапан для выпуска воздуха 3. Для удаления из испарителя хладагента и масла при ремонте служит клапан 9. Жидкий хладагент подводится к корпусу 4 испарителя снизу через угловой запорный вентиль 8 и заполняет межтрубное пространство испарителя на 0,6-0,8 диаметра корпуса.
Верхние незатопленные трубки испарителя выполняют функцию пароперегревателя. Выходящий из испарителя пар перегревается на 1-2 °С. Образующийся при кипении пар отсасывается компрессором через сухопарник 5, который служит для отделения капель жидкого хладагента в случае бурного вскипания.
В некоторых конструкциях хладоновых испарителей теплообменные трубки, по которым протекает рассол, разбрызгивают жидкий хладагент для увеличения коэффициента теплоотдачи кипящей жидкости. Есть конструкции кожухотрубного горизонтального испарителя, у которых сухопарник (отделитель жидкости) является теплообменником. По змеевику, расположенному в сухопарнике, проходит из ресивера жидкий хладагент, который снаружи переохлаждается парами хладагента, при этом пары перегреваются.
В аппаратах с большой теплопередающей поверхностью хладагент подводится от общего коллектора в нескольких точках по длине испарителя. Отвод пара также осуществляется через несколько патрубков, объединенных одним коллектором, что обеспечивает равномерное омывание поверхности потоком хладагента.
Достоинства горизонтальных кожухотрубных испарителей: простота изготовления и компактность конструкции, эффективность теплопередачи, возможность применения в закрытых рассольных системах охлаждения.
Существенный недостаток испарителей этого типа: возможность замерзания рассола в трубках при случайной остановке рассольного насоса. Кроме того, на работе этих испарителей отрицательно сказывается влияние дополнительного гидростатического давления столба жидкого хладагента; в нижних слоях жидкого хладагента температура кипения повышается.
В кожухотрубных и кожухозмеевиковых испарителях с внутритрубным кипением хладагента перечисленные выше недостатки устранены. Основное отличие этих испарителей от кожухотрубных испарителей затопленного типа заключается в том, что хладоноситель заполняет межтрубное пространство, а хладагент проходит и кипит в трубках. Кожухотрубные испарители выполняют с прямыми и U-образными трубками (кожухозмеевиковые).
Схема кожухозмеевикового хладонового испарителя типа ИТВР с кипением в U-образных трубках показана на рис. 2.60. Испаритель имеет одну крышку 6 с двумя патрубками для подвода жидкого хладагента 7 и отвода паров 1, одну трубную решетку 5, в которой развальцованы входные концы испарительных трубок 4. Крышка испарителя имеет внутреннюю перегородку 8, которая разделяет полость подачи жидкости от полости паров. В межтрубном пространстве кожуха 3 для повышения интенсивности теплообмена со стороны хладоносителя устанавливают поперечные перегородки 2.
Для повышения коэффициента теплопередачи в таких аппаратах применяют трубки с внутренним оребрением (рис. 2.61). Оребрение медно-никелевой тонкостенной трубки при помощи вставленного алюминиевого сердечника позволяет сэкономить дорогостоящую медь. Хороший контакт трубки с сердечником достигается благодаря наружной опрессовке.
Для равномерного распределения парожидкостной смеси по трубкам пучка во входной полости крышки устанавливают распределительное устройство. Кожух и крышки кожухотрубных и кожухозмеевиковых испарителей теплоизолируют.
Достоинства кожухотрубных испарителей с внутритрубным кипением: отсутствие свободной поверхности жидкости, что улучшает работу аппарата при качке; снижение массы хладагента, наполняющего систему, в два-три раза; надежный возврат масла в компрессор; исключение опасности разрушения аппарата в результате намерзания льда на поверхности теплообменных трубок; уменьшение массы и габаритов испарителя за счет улучшения теплообмена.
Основные характеристики судовых аммиачных и хладоновых кожухотрубных испарителей приведены в табл. 2.16 и 2.17.
В табл. 2.18 представлены основные характеристики кожухотрубных и кожухозмеевиковых (ИТВР-5,0 и ИТВР-16,0) испарителей с внутритрубным кипением хладона.
Панельные испарители используют в стационарных аммиачных холодильных установках с открытой циркуляционной рассольной системой. На судах эти испарители не применяют.
Испаритель представляет собой стальной прямоугольный теплоизолированный бак, в котором размещены испарительные секции панельного типа. Панель выполнена из двух листов стали, отштампованных по специальному профилю листов и соединенных контактной точечной сваркой. Внутри изготовленной панели образуются вертикальные каналы, в которых кипит хладагент.
Панели собраны в секции, которые объединены общими жидкостными и паровыми коллекторами в пакеты. Пакеты устанавливают в бак, через который циркулирует рассол. Хладоноситель движется по баку вдоль секций под действием мешалки с приводом от электродвигателя. Направленное движение рассола в баке осуществляется с помощью установленных перегородок.
Испарители для охлаждения воздуха. К испарителям этого типа относят батареи и воздухоохладители непосредственного охлаждения. В этих аппаратах воздух охлаждается в результате его контакта с холодной поверхностью трубок, внутри которых кипит хладагент. Охлаждение воздуха в охлаждаемом помещении батареями непосредственного охлаждения происходит при естественной циркуляции воздуха. Такой теплообмен при свободном движении воздуха у поверхности батареи называется тихим охлаждением.
Воздухоохладители непосредственного охлаждения предназначены для охлаждения воздуха в охлаждаемом помещении путем принудительного перемещении его через теплопередающую поверхность аппарата.
Переохладители и теплообменники
Переохладитель представляет собой противоточный теплообменный аппарат из двойных труб („труба в трубе”), в котором жидкий аммиак охлаждается ниже температуры конденсации за счет охлаждающей воды, движущейся противотоком по внутренним трубкам.
Переохлаждение жидкости перед регулирующим клапаном увеличивает холодопроизводительность машины. Переохладители как самостоятельные аппараты применяют в основном в стационарных аммиачных холодильных установках.
В судовых условиях переохлаждение жидкого аммиака достигается в конденсаторах за счет охлаждения его забортной водой, а также в змеевиках, которые устанавливают в промсосудах или сухопарниках кожухотрубных рассольных испарителей.
Переохлаждение жидкого хладона в судовых холодильных установках осуществляется в регенеративных теплообменниках за счет перегрева паров, идущих из испарителя в компрессор. Перегрев пара улучшает объемные и энергетические характеристики работы хладоновой холодильной машины.
По конструктивному исполнению теплообменники делят на двухтрубные и кожухозмеевиковые.
В кожухозмеевиковом теплообменнике (рис. 2.62) жидкость проходит по внутреннему тройному змеевику 3, а пар хладона из испарителя поступает по трубе 2 в кожух 1 и проходит по межзмеевиковому пространству противотоком. Пар, омывая змеевики и переохлаждая жидкий хладон, перегревается и по трубе 5 поступает в компрессор. На входе и выходе жидкости из кожуха установлены коллекторы 6, к которым присоединены жидкостные патрубки теплообменника. Для увеличения скорости обдува змеевиков внутри наименьшего змеевика установлен вытеснитель 4.
Литература
Судовые холодильные машины и установки (Петров Ю.С.) 1991 г.
