Теплообменная аппаратура

В состав холодильных машин, по­мимо компрессоров, входят тепло- обменные аппараты. К основным теплообменным аппаратам паро­компрессионных холодильных ма­шин относят конденсаторы и ис­парители. В каскадных пароком­прессионных холодильных маши­нах применяют совмещенный аппа­рат конденсатор-испаритель, выпол­няющий одновременно две функ­ции. В абсорбционных холодиль­ных машинах часто также приме­няют совмещенные в одном корпу­се теплообменные аппараты, вы­полняющие две функции: напри­мер, испарителя и абсорбера, кон­денсатора и генератора.

В испарителе происходит ки­пение жидкого хладагента с пре­вращением его в пар, в конден­саторе — обратный процесс, т. е. превращение паров хладагента в жидкость. В процессе мшення теп­лота отводится от охлаждаемоіі среды и передается кипящему хла­дагенту.

В процессе конденсации, наобо­рот, теплота от конденсирующихся паров хладагента передается ох­лаждающей конденсатор среде.

Как правило, смешение хлада­гента со средами не допускается, поэтому в любом теплообменном аппарате есть как минимум одна замкнутая полость, через которую циркулирует хладагент. Охлажда­емая или охлаждающая среда ча­сто также циркулирует через зам­кнутую соседнюю полость. Тепло­передача происходит через непро­ницаемую для жидкостей и газов стенку.

Конденсаторы в зависимости от вида охлаждающей их среды, ко­торой передается теплота от хлада­гента, бывают воздушные, водяные и смешанного охлаждения (если не считать аппаратов каскадных машин, в которых конденсирую­щийся хладагент нижней ветви ка­скада охлаждается кипящим хлад­агентом верхней ветви).

Среди испарителей различают аппараты, предназначенные для охлаждения жидких хладоносите — лей (в частности, воды), газов (чаще всего воздуха) и твердых тел (например, технологического оборудования, бетонных моноли­тов, грунта и др.).

Конструкции конденсаторов и испарителей довольно разнообраз­ны, рассмотрим наиболее распро­странен ные.

КОНДЕНСАТОРЫ

Среди водяных конденсаторов самую большую группу составля­ют кожухотрубные конденсаторы.

Основные элементы кожухо — трубного конденсатора (рис. Ь): кожух (сваренная из стального листа обечайка), приваренные к его торцам трубные доски с от­верстиями, в которые вставлены теплообменные трубы. Концы труб в трубных досках уплотнены раз­вальцовкой либо сваркой.

Через патрубок внутрь кожуха сверху подаются пары хладагента, заполняющие все пространство между трубами. Внутри труб протекает охлаждающая вода. Теп­лота от паров хладагента к воде пе­редается через стенки труб. При этом на наружной поверхности труб и происходит кондеисаиин хлада­гента.

В горизонтальных конденсато­рах сконденсированные капли хлад­агента под влиянием силы тяже­сти стекают в нижнюю часть ко­
жуха аппарата. Как правило, здесь предусматривают свободное от труб пространство, служащее для сбора жидкого хладагента.

Для организации потока воды служат крышки, соединяемые с кожухом с помощью фланцев, бол­тов и уплотнительных прокладок. Вода может поступать во все трубы одновременно через входной пат­рубок в одной из крышек и вы­текать через выходной патрубок и противоположной крышке. В этом случае конденсатор называют о д — ноходовым, так как вода совер­шает через него один ход.

Однако поток воды может быть организован и по-другому. Сначала он проходит через половину всех труб в одном направлении, затем разворачивается и через оставшу­юся половину труб протекает в об­ратном направлении. Конденсатор в этом случае называют двух­ходовым. На рис. 1 изображен именно такой аппарат. Перегород­ка в правой крышке не позво­ляет воде перемещаться из вход­ного (нижнего) патрубка в вы­ходной. Левая глухая крышка пе­регородок не имеет, в ней проис­ходит поворот потока, переход его из нижней половины труб в верх­нюю.

Кроме одно — и двухходовых встречаются аппараты и с большим количеством ходов.

В вертикальных конденсаторах вода протекает по трубам под действием силы тяжести, поэтому отпадает необходимость в крыш­ках. Такие конденсаторы всегда одноходовые. При входе воды в трубу ее поток закручивается спе­циальной насадкой так, что вода стекает по стенкам, не заполняя всего сечения трубы.

Разметка трудной доска 26

РИС. I. Кожухотрубный конден­сатор на труб с оребрением » виде навитой приваренной про­волоки

ВидА

Аммиак

К.

5850

В кожухотрубных конденсато­рах имеется ряд дополнительных устройств, облегчающих обслужи­
вание и обеспечивающих соблю­дение правил техники безопасно­сти. Это — запорные вентили, ука­затели уровня жидкости, входные коллекторы для равномерного рас­пределения хладагента гю объему крупных конденсаторов, предохра­нительные клапаны и др.

Из-за высокой химической ак­тивности аммиака по отношению к цветным металлам для изготовле­ния теплообменных аппаратов ам­миачных холодильных машин ис­пользуют исключительно сталь и чугун.

Во фреоновых холодильных ма­шинах из стали делают только корпусные детали (обечайки, крышки, трубные доски, элементы крепления), трубы же в основном используют медные. В последнее время нее более широкое распро­странение получают алюминиевые сплавы.

Термическое сопротивление ма­териала стенки влияет на интен­сивность теплопередачи. Оно неве­лико у металлических труб, если только их поверхность чистая. Раз­личные загрязнения (слои окислов, масла, водяного камня) затрудня­ют теплопередачу через стенку, поэтому необходимо тщательно следить за чистотой теплообмен­ных поверхностей.

На интенсивность теплопереда­чі) большое влияние оказывают также условия теплообмена на поверхностях стенки, т. е. условия перехода теплоты от конденсиру­ющегося хладагента к стенке и от стенки к потоку воды. Они характе­ризуются коэффициентами тепло­отдачи а.

Эти коэффициенты вместе с термическим сопротивлением стен­ки 6Д (где 6 — толщина стенки, к — коэффициент теплопроводно­сти) определяют коэффициент теп­лопередачи к — количество тепло­ты, проходящее за 1 с через 1 м* поверхности при перепаде темпе­ратур в 1 °С (К) от одной среды к другой.

Коэффициент теплопередачи

(Х| X. <Х2

Всегда несколько меньше, ч. ем наименьший из коэффициентов теп­лоотдачи И| ИЛИ <22.

Во фреоновых конденсаторах обычно коэффициент теплоотдачи «і от конденсирующегося хлад­агента к стенке существенно мень­ше,’чем коэффициент теплоотдачи а2 от стенки к потоку воды. Поэтому, чтобы повысить интенсив­ность теплопередачи, желательно увеличить поверхность теплообме­на со стороны фреона, но увели­чивая ее со стороны воды. С этой целью на наружной поверхности труб, соприкасающейся с фреоном, делают ребра, чаще всего мето­дом накатки.

В аммиачных конденсаторах, где теплоотдача несколько выше, до последнего времени использова­ли гладкостенные стальные трубы в основном из-за трудности их ореб — рения. Однако в современных кон­струкциях все чаще применяют оребренные трубы (см. рис. I).

В последнее время широкое распространение получили пла­стинчатые конденсаторы (рис. 2). Они состоят из штампованных пла — стип, собранных в пакет, концевые плиты которого стянуты стальными шпильками. В пакете образованы дна извилистых капала, по кото­рым навстречу друг другу двига­ются хладагент и вода.

Этот тип конденсаторов отли­чается компактностью и малой металлоемкостью (особенно если пластины из алюминиевых спла­вов). Однако для механической ОЧИСТКИ пластин ОТ отложений ВО; дяного камня аппарат всякий раз требуется полностью разбирать, в то время как у кожухотрубных конденсаторов для очистки труб нужно только снять крышки, а у вертикальных не требуется даже и этого.

РИС. 2. Пластинчатый конденсатор: РИС. 3. Воздушный конденсатор: А — схема потоков; б — аппарат в собран — 1 —тсгілообменная поверхность; 2 — вен- Но. м виде; 1—9 — пластины; /J, t" — тем — тк.’іяти|г, ,ї — корпус Пературы хладагента; 1’г. t'{ — температуры Охлаждающей воды *

03 Холодильный

Агент

1_ 3,5

Mi

Хо/шдильный, іагент

Воздушные конденсаторы ха­рактеризуются сильно развитой теплообменной поверхностью со стороны воздуха — применяемые трубы имеют значительно большую поверхность ребер, чем в конден­саторах с водяным или смешан­ным охлаждением. Это вызвано не­высоким коэффициентом теплоот­дачи к воздуху.

Часто ребрами служат тонкие металлические листы, надетые сра­зу на несколько труб. Расстоя­ние между ребрами (шаг ребер) 2…4 мм. В воздушных конденса­торах обычно используют трубы из меди, а ребра из латуни, алю­миния, стали.

Повышения эффективности теп­лоотдачи со стороны воздуха до­стигают также увеличением скоро­сти воздуха около теплообменной поверхности. С этой целью воз­душные конденсаторы (за исключе­нием самых маленьких — в быто­вых и некоторых торговых хо­лодильниках) снабжают вентиля­торами, различными направляю­щими устройствами (короба, воз­духоводы, диффузоры), а также за- вихряюишми воздушный поток эле­ментами (гофры, просечки).

Крупный воздушный конденса­тор (площадь наружной поверхно­сти 405 м2) показан на рис. 3. Помещенные в диффузоры два мощных (по 4,4 кВт) вентилятора просасывают воздух через пакет оребренных труб, находящийся внутри кожуха.

В конденсаторах со смешанным охлаждением используются одно­временно две охлаждающие сре­ды — вода и воздух. Причем значи­тельная доля отводимой от хлад­агента теплоты идет на частичное испарение воды (скрытая теплота парообразования воды более чем в 500 раз превышает ее тепло­емкость) .

В ранний период развития хо­лодильной техники были распрост­ранены так называемые ороси* тельные конденсаторы. В них вода из распределительного желоба ка­пала на гладкие трубы, стекала вниз, частично испаряясь. Остав­шуюся воду собирали и, добавив свежей, насосом вновь подавали в желоб. Такие конденсаторы не­обычайно просты по устройству, но громоздки и неудобны а эксплу­атации. Тем не менее их кое-где используют до сих пор.

Сейчас все чаше применяют испарительные конденсаторы

(рис. 4). В них мощный поток воздуха, создаваемый размещен­ными вверху (или внизу) венти лягорами, направлен снизу вверх навстречу воде, стекающей по труб­ному змеевику основной секции, занимающей всю нижнюю часть корпуса. В змеевике происходит конденсация хладагента в резуль­тате интенсивного нспарения воды в воздушном. потоке.

Выше основной секции находит­ся элиминатор, служащий для за­держивания капель воды, уносимых воздухом.

Прежде чем попасть в основную секцию, пары хладагента проходят через так называемый форконден — сатор — небольшой змеевик, рас­положенный выше элиминатора. В нем предварительно снижается температура хладагента, что спо­собствует уменьшению образова­ния водяного камня на основной поверхности.

Между форконденсатором и основной секцией при необходимо­сти располагают маслоотделитель (на рисунке не показан).

Внизу корпуса имеется поддон для сливаемой воды. Из него она насосом подается обратно в раз­брызгиватели (форсунки) ороси­тельной системы. Так как часть воДы испаряется и уносится пото­ком воздуха, в систему необхо­димо постоянно добавлять некото­рое количество свежей воды: Это осуществляется автоматически с

Помощью поплавкового регулятора уровня в поддоне.

Испарительные конденсаторы отличаются компактностью и срав­нительно небольшим расходом во­ды. Они совмещают функции кон­денсатора и градирни, которая не­обходима для охлаждения воды при использовании кожухотрубных кон­денсаторов. Однако выпадение во­дяного камня вызывает определен­ные трудности в процессе эксплу­атации.

Posted in К холодильной технике