А. В. Бараненко. Холодильные машины

Плотность орошения Г находят по формуле

Г:: G/2LTP '

где G - массовый расход раствора, кг/с; Lтp - длина трубы при

ее горизонтальном расположении, м.

Формула (11.75) с достаточной точностью согласуется с зави­ симостями, полученными теоретическим пyreм Накоряковым В. Е. и Григорьевой Н. И., и рекомендуется при расчете взаимосвязан­ ного тепло- и массообмена как при десорбции, так и при абсорб­

ции. Влияние теплового потока на коэффициент теплоотдачи

в диапазоне qF =5000 + 50000 Вт/м2 оказалось незначительным

в пределах погрешности эксперимента (10%). Формула (11.75)

справедлива в диапазоне изменения определяющего комплекса

1 ~ PeToo/L ~ 20.

Коэффициент теплоотдачи при десорбции аммиака из пленки

водоаммиачного раствора, стекающей внутри вертикальных труб,

вычисляют по формуле

<х :: З,Оq~51гО.7зро,19 (11.76)

в диапазонах изменения параметров: Р:: 0,6 + 1,4 МIIa; qF =

=(14 + 28) ·103 Вт/м2 ; Г = 0,089 + 0,144 кг/(м, с); ~ = 30 + 50%.

В исследуемом диапазоне изменения ~ влияние ее на значение <х не обнаружено. Рекомендуется плотность орошения поддержи­

вать минимаЛьной, но обеспечивающей полное смачивание по­

верхности труб.

Сопоставление эффективности процессов теплоотдачи в гене­

раторах затопленного и пленочного типов показывает, что коэф­ фициенты теплоотдачи в последних являются более высокими

при одинаковых параметрах процессов.

Результаты исследования процессов в пленочном генераторе

показали [47], что конц'ентрация и температура растворов раз­

личных солей в опытах изменялись линейно по всей высоте труб­ ного пучка. В одинаковой области изменения параметров процес­ сов средние значения kFh в пленочном генераторе в 2,5-3,0 раза выше, а A~г в 1,5-2,0 раза ниже, чем в генераторе затопленного

типа с верхней подачей раствора, и зависят от qFh' ~г' Ph И плот­

ности орошения Г трубок аппарата [47]. Коэффициент теплоот­

дачи при кипеНIJИ водоаммиачного раствора в пленке при одина­

ковых параметрах процессов в 1,3 раза больше, чем при кипении его в большом объеме.

Установлено также, что при кипении водоаммиачного раство­ ра в пленке, стекающей по вертикальной трубе, имеет место теп­ ломассоперенос между стекаюJЦей жидкостью и движущимся вверх

водоаммиачным паром, в результате чего в аппарате пленочного

типа происходит не только выпаривание раствора, но и частич­ ная ректификация пара стекающей пленкой жидкости.

Исследования адиабатно-изобарного процесса десорбции пара из водного раствора бромистого лития показали, что эффектив­

ность процесса зависит от степени предварительного перегрева

раствора и при его мелкодисперсном распылении адиабатно-изо-

барный процесс десорбции протекает практически мгновенно (на расстоянии не более 70 мм пОСле среза форсунок).

Теплоотдачу при кипении воды, стекающей по наружной по­

верхности горизонтальной трубы рассчитывают по формуле

гдеg - ускорение силы тяжести, м/с2; Р- плотность жидкости, кг/мЗ; ~ - удельная теплоемкость, Дж/(кг·К); л. - теплопроводность,

нт/(м. К) ; Р - давление кипения, Па; dи - наружный диаметр

трубы, м; r - теплота парообразования, дж/кг; cr - поверхност­

ное натяжение, Н/м; р" - плотность сухого насыщенного пара,

кг/мЗ; Г - плотность орошения, кг/(м . с) ; qFи - плотность тепло­

вого потока, Вт/м2.

Формула (11.77) получена в диапазоне изменения плотности

орошения 0,28 ~ Г ~ 0,84 кг/(м, с).

В СПБГАХПТ при исследованиях процессов кипения чистой воды и слабоконцентрированных водных растворов соли бромис­

того лития на орошаемом пучке горизонтальных труб под вакуу­

мом при малых плотностях орошения определяли влияние на

теплоотдачу от наружной поверхности стенки трубы 1< стекаю­

щей пленке воды и растворов следующих факторов: давления,

плотности орошения, плотности теплового потока и концентра­

ции (для раствора). Плотность орошения изменялась в широком

диапазоне - от 6,9·10-З дО 69·10-З кг/(м, с) С учетом двухсто­

роннего омывания пленкой наружной поверхности трубы. Плот­

ность теплового.потока В испарителе изменялась в пределах 1000-

7000 Вт/м2 С шагом около 1000 Вт/м2.

Температура охлаждаемых сред изменялась в пределах от 20

до -20 ос. ДЛЯ исследования процессов кипения использовали

дистиллированную воду и водный раствор соли бромистого лития

двух концентраций 4,6 и 7,8% по массовому содержанию соли бромистого лития. Температура стекающей пленки воды и рас­

твора изменялась в опытах от 28,6 до -1,5 ос. Давление пара

в испарителе находилось в пределах 0,48-4,0 кПа.

Экспериментально установлено, что кипение воды и раствора

является неизотермическим, так как температура пленки моно­

тонно увеличивалась при движении сверху вниз по высоте труб­

ного пучка в среднем на 1,0 ос.

С ростом плотности орошения коэффициент теплоотдачи уве­

личивался незначительно. Значения минимальной плотности оро­

шения, обусловливаемые появлением сухих пятен на орОшаемых

трубах, находились в пределах 0,015-0,020 кг/ (м. с).

В пределах изменения Рето/ L =0,2 + 4,0 опытные данные обоб­

щаются зависимостями:

для воды

(11.78)

и слабоконцентрированного водного раствора соли бромистого ли­

тия.

Теnм- и массообмен. при абсорбции паров рабочих веществ

ра3lШчн.ы.ми растворами. Коэффициент теплоотдачи со стороны

пленки водоаммиачного раствора, стекающей по вертикальной

в пределах изменения параметррв раствора: ~ =10 + 50%: tox =

= 10+ 50 ОС: г =0,028 + 0,42 кг/(м, с).

Для расчета <х от раствора к стенке трубы барботажного ВОдО­

при qF =1740 +23 300 Вт/м2 •

Коэффициент теплоотдачи со стороны пленки водных раство­ ров солей, стекающей по наружной поверхности горизонтальных труб, можно вычислить по формулам (11.14), (11.15), (11.75),

(11.77).

В связи с тем что в абсорберах АХМ осуществляются как раз­

дельные, так и совмещенные процессы тепломассопереноса, мно­

го работ различных авторов посвящено экспериментальному ис­

следованию указанных процессов. Большинство ~з них сводится к получению численных значений коэффициентов теплопередачи

ивеличин недонасыщения растворов в абсорберах опы~ных

ипромышленных АХМ. При этом установлено, что на насыще­

ние раствора в абсорбере влияет степень его предварительного

переохлаждения. При мелкодисперсном распылении достаточно полное насЫ'цение раствора наблюдается на расстоянии 300-450 мм

от среза ФОi-~УНОК.

Следует О'l'метить, что процессы, протекающие в пленочных

абсорберах современных АХМ, являются по существу комбини­ рованными. В зависимости от параметров рабочих режимов АХМ раствор в абсорберы может поступать в недогретом или перегре­

том состояниях. Соответственно после распыления раствора на

участке от форсунок до верхнего ряда труб будет осуществляться адиабатно-изобарная абсорбция или десорбция пара. При поступ­

лении в абсорбер раствора в состоянии равновесия указанные

процессы не набладаются. На наружной поверхности трубок аб­ сорберов будет протекать абсорбция пара пленкой раствора, а между трубами при горизонтальном их расположении, а также на участке после нижнего ряда труб и до верхнего уровня раство­ ра в абсорбере - адиабатно-изобарная абсорбция. Следует иметь

798

в виду, что адиабатно-изобарная абсорбция протекает при этом

как на струях, так и на каплях раствора, а при стекании раство­

ра с горизонтадьно расположенной трубки вследствие образова­ ния струек возможны турбулизация пленки и интенсификация

При осуществлении циклов АХМ без рециркуляции слабого раствора через абсорбер плотность орошения труб увеличивается

в направлении стекания раствора сверху вниз, и на нижнем ряде

труб она выше, чем на верхнем, на 5-10%. Трубные пучки аб­ сорберов, охлаждаемых жидкими средами, могут иметь раз.лич­ ную конфигурацию: прямоугольной формы (вытянутые по гори­ зонтали или вертикали), в виде трапеции и Т.п. При этом, чтобы

снизить гидравлическое сопротивление прохождению пара, шаг

расположения труб в пучке можно принять переменным, увели­ чивающимсii от центрально расположенных до периферийных трубок: выполняют также разрядку труб. Такое конструктивное выполнение трубных пучков требует внесения дополнительной корректировки в методы расчета абсорбции. Абсорберы, охлаж­ даемые жидкими средами, изготавливают в подавляющем боль­

шинстве многозаходными с четным числом ходов по охлаждаю­

щей среде; в зависимости от требуемых условий работы аппарата число ходов составляет обычно два-шесть, а иногда и больше.

Последовательность расположения ходов при~имают также раз­

нообразной. Они могут быть расположены по многослойной схеме с движением охлаждающей среды снизу вверх - сначала по хо­

дам нижнего слоя, а затем ра'Сположенного выше и т. д.; может

быть принята схема расположения ходов с движением среды по

слоям сверху вниз;'применяют и другие схемы расположения хо­

дов, не связанные с характером наиболее эффективного обеспече­ ния абсорбции. Охлаждающая вода нагревается в абсорбере обыч­ но на 5-6 ОС, а раствор охлаждается на ОС, и поэтому в абсорберах,промышленных АХМ происходит неизотермическая абсорбция. Скорость движения пара, например водяного, в меж­

трубном пространстве абсорберов бромистолитиевых АХМ дости­

гает 30-50 м/с, что может влиять на интенсивность абсорбции.

Таким образом можно отметить, что расчет тепломассообмена

при абсорбции - сложная задача. Его проводят с помощью ЭВМ,

используя математическое моделирование совместно протекающих

процессов тепло- и массообмена как в пределах отдельной охлаж­ даемой трубки, так и всего трубного пучка абсорбера с учетом конфигурации и шага размещения в нем труб. В результате расче­ та определяют площадь поверхности тепломассообмена и парамет­ ры раствора на выходе из абсорбера [47, 79].

Теплоотдача при ректификации пара рабочего вещества. Необходимость ректификации возникает в тех случаях, когда из­

за сравнительно низкой разности температур кипения абсорбента и абсорбируемого вещества (растворителя) при одинаковом дав­ лении из раствор!! частично десорбируются и пары абсорбента.

799

Считается, что необходимость в ректификации пара отпадает,

если разность нормальных температур кипения абсорбента и рас­

творителя составляет более 200 ОС. Разность нормальных темпе­

ратур кипения воды и аммиака равна 133,4 ОС, что приводит К необходимости ректифицировать пары аммиака в АВХМ. Для

водного раствора бромистого лития указанная разность темпера­

тур кипения компонентов смеси составляет 1210 ОС, поэтому в парах воды после генератора практически отсутствует соль бромистого ли­

тия и необходимость в ректификации паров ВОДЫ в АБХМ отпадает.

Следует отметить, что введение процесса РеКТИфикации приво­

дит к увеличению капитальных и эксплуатационных затрат на

абсорбционную водоаммиачную холодильную машину (АВХМ). В то же время вследствие ректификации повышается эффек­

тивность процессов тепломассопереноса в конденсаторе и испа­

рителе, обеспечивается проведение конденсации и кипения ра­ бочего вещества при постоянных температурах, увеличивается удельная массовая холодопроизводительность АВХМ до макси­ мально возможной при выбранном рабочем веществе и задан­ ных параметрах работы, максимально снижается количество флегмы, накапливающейся в испарителе, и повышается эксплу­ атационная надежность АВХМ.

При ректификации обеспечивается разделение компонентов

смеси в результате многократного или непрерывного противо­

точного контакта образующихся при десорбции паров с жидкос­

тью, которая получается при конденсации пара. Ректификацию

осуществляют в тарельчатых или насадочных колоннах, смон­

тированных в верхней части генераторов АВХМ. После ректи­ фикационной колонны устанавливают дефлегматор, предназна­ ченный для конденсации части паров и орошения колонны флегмой.

дефлегматоры АВХМ обычно охлаждаются водой или холод­ ным крепким раствором, подаваемым из абсорбера. В ряде случа­ ев дефлегматор в АВХМ отсутствует и пар ректифицируется час­ тью крепкого раствора, отводимого в генератор из абсорбера помимо теплообменника растворов, или частью конденсата, отво­ димого из конденсатора, а также другими способами.

Теплообмен при ректификации водоаммиачного пара ~олод­

ным крепким раствором исследован экспериментальным iIyтeM.

Ректификатор представлял собой аппарат, в котором каналы для

пара и охлаждающего раствора выполнены из гофрированных и

плоских листов, причем каналы для пара и стекающей флегмы

вертикальны, а для охлаждающего раствора - горизонтальны.

Аппарат состоял из 120 вертикальных каналов высотой Н =0,395 м

для проход'8 пара и стекающей флегмы с эквивалентным диамет­

ром d = 0,0026 м, поверхностью массообмена F = 0,394 м2

и жив':'м сечением 6,78 .10-4 м2• Часть крепкого раствора пода­

валась из абсорбера насосом помимо теплообменника и протекала по горизонтальным каналам сверху вниз. Таким образом, осу­ ществлялся перекрестный противоток пара и раствора.

800

На основании сопоставления расчетных данных с опытными

значениями оказалось, что процесс теплоотдачи от флегмы

к стенке аппарата в сечении, характеризуемом высотой пленки Н,

достаточно точно определяется зависимостью

где бор =[Il2/(gp)]0.зз - приведенная толщина пленки, м; Рг =: v/a;

Reол =r/Il; Н - высота поверхности, м.

Для эффективной регенерации теплоты в АВХМ следует стре­

миться к минимальной подаче раствора, необходимого для про­

ведения процесса дефлегмации. При определении высоты Н деф­

легматора-ректификатора необходимо, чтобы соблюдался лами­

нарный режим течения пленки флегмы. Для удобства выполне­

ния расчета аппарата предложена номограмма (рис. 11.11),

с помощью которой по заданным значениям давления Ph в гене­

раторе, конденсации пара или равновесной ему жидкости мож­

но найти число единиц переноса n при различных значениях

коэффициента ректификации 't1 ' равного отношению теоретичес­ p

кой теплоты дефлегмации к действительной.

Рис. 11.11. Номограмма для определения числа единиц переиоса n ШIеиочио­ ro дефлегматора-реКТИфикатора в зависимости от концентрации жИДкого во­

доаммиачиоro раствора, равновесноro начальному состоянию пара ~', давле­ ния РА и коэффициента ректифнкации l1р

3аконизменения n по высоте определяется зависимоСТЬЮ n =11,6нО.67• Пользуясь этой зависимОСТЬЮ, можно найти высо-

ту аппаРата.

Теплоотдачу при дефЛегмации водоаммиачного пара на наруж-

ной поверхности одиночной трубы, охлаждаемой водой, вычис­

ляют по критериальной зависимОСТИ

где ПW= qFdз/(11J.) - безразмерный компл;кс, характеризующий

поперечный поток вещества; qF - ПЛОТНОСТЬ теплового потока; r - теплота парообразования флегмы; Il - ВЯЗКОСТЬ газового

потока.

Для расчета дефлегматоров подобного типа можно пользоваться приближенной формулой

где А = 0,077 + 0,108 и возрастает с увеличением концентрации

входящего пара. _

Исследована дефлегмация водоаммиачного пара крепким рас­

твором в горизонтальном дефлегматоре - теплообменнике типа

4труба в трубе. для случая, когда температура стенки теплооб­

менной поверхности аппарата выше температуры конденсации

аммиака при рабочем давлении. В результате предложена обоб­

щенная зависимОСТЬ для определения коэффициента теплоотда-

чи от пара к стенке

(11.85)

Пределы изменения критериев следующие: NU T = 53 + 125;

Re =(6,4 + 17,5) . 103; ПW =0,26 + 0,51. Исследования проводились

при средних скоростях пара 0,24-1,2 м/с, давлениях Е8,1 + +13,8) .105 Па, температурах 60 - 80 ос и концентрациях 0,968-

0,988 кг/кг.

Более подроБНО особенности всех видов теплообмена в раз-

личных аппаратах холодильных машин рассматриваются в спе­

циальных учебниках [39, 73, 77] и справочниках [31, 78].·

§ 11.2. ТИПЫ, КОНСТРУКЦИИ И ОСНОВНЫЕ МЮ'ОДИКИ РАСЧErOВ

АППАРАТОВ ПАРОВЫХ КОМПРЕССОРНЫХ

ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН

Типы, конструКЦИИ И методикИ расчетов конденсаторов.

Конденсатор служит для передачи теплоты рабочего вещества

охлаждающей среде или источнику теплоты высокой температу­

ры. В общем случае перегретый пар рабочего вещества в конден­ саторе охлаждается до температуры насыщения, к~нденсирует­ ся и охлаждается на несколько градусов ниже температуры кон-

денсации.

Пор о Д у о х л а ж Д а ю щей с р е Д ы конденсаторы

можно разделить на две большие группы: с водяным и воздуш­

·ным охлаждением. К специальным конденсаторам относятся

испарители-конденсаторы каскадных холодильных машин и кон­

денсаторы с охлаждением технологическим продуктом.

Поп р и н Ц и п у о т в о Д а т е п л о т ы конденсаторы

сводяным охлаждением делятся на проточные, оросительные

ииспарительные. Два последних типа аппаратов называют так­

же конденсаторами с водовоздушным охлаждением.

К проточным конденсаторам относятся горизонтальные и вер­ тикальные кожухотрубные, пакетно-панельные и элементные. В последние годы проводятся интенсивные исследования опытных образцов пластинчатых конденсаторов. Полученные результаты

свидетельствуют о перспективности применения этих аппаратов.

Теплота в проточных конденсаторах отводится за счет нагрева воды в среднем на 4-8 ос. Движение воды внутри труб или кана­ лов обеспечивается насосами. В оросительных конденсаторах ос­

новная часть теплоты отводится также за счет нагрева воды,

кроме того, определенная часть теплоты идет на испарение воды

в воздух. В испарительных конденсаторах обеспечиваются усло­

вия более интенсивного тепломассообмена воды и воздуха, при

которых теплота рабочего вещества расходуется на испарение воды и нагрев воздуха. Температура воды, ерошающей поверх­

ность теплопередачи испарительного конденсатора, практически

не меняется.

Воздушные конденсаторы делятся на конденсаторы с принуди­

тельным и со свободным движением воздуха. Первый тип конден­

сатора представляет собой агрегат, состоящий из теплопередаю­

щего пучка и вентилятора с aBT0!l0MHblM приводом или с приво­

дом от электродвигателя компрессора. Конденсаторы со свобод­

ным движением воздуха не имеют вентилятора, они проще в из­

готовлении и дешевле, имеют лучшие акустические показатели.

В то же время теплоотдача в них хуже, поэтому они работают при более высоких давлениях и температурах конденсации. Об­

ласть применения конденсаторов со свободным движением возду­

ха ограничена малыми холодильными машинами, преимущест­

венно бытового назначения.

При охлаждении водой интенсивность теплопередачи значи­ тельно выше, чем при охлаждении воздухом. По этой причине для машин средней и большой производительности до недавнего

времени использовали исключительно конденсаторы водяного ох­

лаждения. В связи с возникшей проблемой сокращения потреб­ ления пресной воды ряд отраслей промышленности, в том числе

и холодильная, переходят от водяного охлаждения к воздушному

или водовоздушному.

Высокая эффеК'I'ивность работы конденсатора - непременное условие экономичности холодильной машины. Так, понижение температуры конденсации на один градус (с 30 до 29 ОС) для

холодильной машины с поршневым компрессором, работающей

при средних температурах кипения, приводит к уменьшению

удельного расхода энергии примерно на 1,5%. Такой же энерге­

тический эффект достигается при охлаждении жидкого рабоче­

го вещества на 1 ос ниже температуры конденсации. Из этого

видно, что требование высокой интенсивности процесса тепло­

передачи является для конденсатора особенно важным. Для вы­

полнения этого требования необходимо, чт?6ы конструкция кон­ денсатора обеспечивала: быстрое удаление.конденсата с поверх­

ности теплопередачи; выпуск воздуха и других неконденсируЮ­ щихся газов; удаление масла в аммиачных аппаратах: удаление

загрязнений со стороны охлаждающей среды: водяного камня

и других отложений в аппаратах водяного охлаждения, пыли,

копоти, ржавчины в конденсаторах воздушного охлаждения.

Практика показывает, что выполнить в полной мере все тре­

бования (многообразные и в ряде случаев противоречивые) не­

возможно. Максимально полное их выполнение и составляет

основы разработки рациональных конструкций теплообменных

аппаратов.

Кон.ден.саторы. водян.оzо ох",ажден.uя. Для конденсаторов

с водяным охлаждением применяют две системы водоснабже­

ния: прямоточную и оборотную. При прямоточной системе вода

забирается из водоема или водопроводной сети и после исполь­ зования в конденсаторе возвращается в водоем или сливается

в канализацию. Такой способ имеет ряд недостатков, основные

из которых следующие: высокая стоимость водопроводной воды;

повышенная затрата энергии при значительном удалении ис­

точника воды от потребителя; необходимость в сложных устрой­

ствах для сбора и фильтрации воды; возможное загрязнение

естественных водоемов.

Широкое и все более возрастающее применение находит систе-

ма оборотного водоснабжения, схема которой показана на рис. 11.12.

Охлаждающая вода, пройдя конденсатор 1, направляется

в охлаждающее устройство 7, выполненное в виде градирни или

брызгательноro устройства (бассейна). Охлажденная вода забира­

ется насосом 5 и подается в конденсатор. По линии 6 происходит

подпитка системы свежей водой.

На схеме показаны элементы хо­ лодильной машины: компрессор

2, испаритель 3 и регулирую­

щий вентиль 4.

Вопрос об использовании той

или другой системы водоснабже­

ния решается технико-экономи­

ческим анализом с учетом кон­

кретных условий [18]. Большое

практическое значение имеет

Рис. 11.12. Схема оборотного водосвабочистка подаваемой в конденса­

жения

торы воды от загрязнений и снижение ее жесткости. Отложение

водяного камня на теплопередающие поверхности приводит к рез­

кому снижению коэффициента теплопередачи, так как теплопро­

водность осадка в несколько ·десятков раз меньше теплопровод­

ности матерИaJlОВ, применяемых в аппаратах. Для очистки воды от механических, органических и других загрязнений использу­

ют отстаивание, добавление коагулирующих веществ, сетчатые

фильтры различных конструкций. Более сложными являются

способы смягчения жесткой воды. Большой интерес представля­

ют магнитный и ультразвуковой способы обработки воды, ·полу­

чившие в последние годы широкое распространение.

На рис. 11.13 показано устройство для магнитной обработки

воды, успешно применяемое на ряде промышленных предпри­

ятий [18]. Стальной сердечник 3 с навитыми на него катушками помещен в трубу 6 ие немагнитного материала (коррозионно­ стойкоА стали, латуни). Один конец трубы заглушен, через дру­ гой, имеющий уплотнение 4, выведены два электрода для подсо­ единения источника постоянного тока напряжением 90-110 В.

Устройство монтируют вертикально, вода в него поступает через

нижний патрубок 1, протекает через кольцевое пространство меж­

ду корпусом 2 и внутренней трубой со скоростью 1-1,5 м/с

и уходит через патрубок 5. Количество обрабатываемой воды со­

ставляет (4,7 + 6,9) .10-3 м3/с; потребляемая МОЩНОСТЪоколо350 Вт.

При использовании воды, обработанной магнитным методом,

на поверхности труб не образуется накипи, соли жесткости вы­

падают в осадок, который легко смывается потоком.

. Горuзонтальные 1l0жухотрубные 1l0HaeHcamopbt. Аппараты

этого типа широко распространены для аммиачных и хладоно­

вых холодильных машин В большом интервале производительнос­

тИ. Рассмотрим конструкцию аммИачного конденсатора (рис. 11.14).

К цилиндрическому кожуху 1 с обеих сторон при~арены труб­

ные решетки 2, в которых развальцованы трубы 6, образующие поверхность теплопередачи. К фланцам трубных решеток на бол­

тах прикреплены крышки 3 с внутренними перегородками 20. Пары аммиака поступают в верхнюю часть кожуха через вен­ тиль 4 и конденсируются в межтрубном пространстве аппарата.

Рис. 11.13. Устройство для магнитной обработки воды

IJ

ЛtlЫ

20

Пра8аR

крышкu

Рис. 11.14. ГОРИ30В'l"8ЛЬНЫЙ кожухотруБНЫЙ аммиачный конденсатор

Жидкий аммиак выходит из маслосборника 17 через вентиль 19.

Масло, проникающее в конденсатор с парами рабочего вещест­

ва, как более тяжелое и малорастворимое в аммиаке осаждается

в маслосборнике 17 и периодически удаляется через вентиль 18.

Внутри корпуса приварены перегородки 7, предотвращающие

вибрацию трубного пучка от пульсации пара.

Охлаждающая вода подается в нижний патрубок 14, прохо­

дит внутри труб и выходит через патрубок 13. Расположение

и конфигурация внутренних перегородок в крышках определя­ ют число ходов, а следовательно, и скорость протекания воды'В аппаратах. Число ходов кожухотрубных аппаратов, как прави­

ло, четное и не превышает восьми.

Конденсатор снабжен патрубком для присоединения урав­

нительной линии 5, предохранительным клапаном 8, манометром 9,

вентилем для выпуска воздуха 10, указателем уровня 16. Венти­

ли 11 и 15 служат соответственно для выпуска воздуха и слива

воды. В патрубки для воды вварены термометровые гильзы 12.

Поверхностная плотность теплового потока, отнесенная к пло­

щади внутренней поверхности, составляет для таких аппара'l'ОВ

5800 - 6500 Вт/м2 при средней логарифмической разности темпе-

ратур 5-6 ОС.' '

Аммиачные конденсаторы применяют также для работы на

хладоне R22, но большей частью хладоновые машины комплек­

туют специальными аппаратами, имеющими некоторые особен­

ности. Для изготовления теплопередающих пучков хладоновых

конденсаторов используют трубы из меди М3, имеющие наруж­ ные накатные или насадные пластинчатые ребра. Нижняя часть

XдafItJН

Рис. 11.15. ГОРИ30В'l"~ кожухотруБНЫЙ хладОИОВЫЙ конденсатор

таких конденсаторов используется как ресивер для сбора жид­ кости, поэтому ее оставляют свободной от труб.

Наряду с рассмотренной конструкцией применяют конденса­ торы с U-образными трубами с одной крышкой или с заварен­ ным кожухом. Такие аппараты получили название кожухозмее­ виковых. Они проще в изготовлении и надежнее в отношении герметичности, но в них затруднена очистка труб со стороны

воды.

Замена стальных труб медными удорожает конденсатор, но применение м~ди, коэффициент теплопроводности которой в 8,5 раз больше, чем у стали, уменьшает термическое сопротивление стенки трубы, облегчает накатку ребер и обеспечивает чистоту

системы. Благодаря этому плотность теплового потока, отнесенная

к площади внутренней поверхности, достигает 12000 вт/м2 при раз­

ности температур 7-10 ос.

Конструкция горизонтального хладонового конденсатора по­

казана на рис. 11.15.

Конденсаторы малой производительности имеют, как прави­

ло, кожухозмеевиковую конструкцию. На рис. 11.16 изображен

конденсатор КТР-3 с площадью наружной поверхности 3~. Восемь

U-образных труб 4 со стальными оцинкованными ребрами раз­ вальцованы в трубной решетке 2. Кожух аппарата изготовлен из стальной цельнотянутой трубы 1 диаметром 194 х 7 мм и с одной стороны заварен днищем 5. С другой стороны к кожуху

Рис. 11.16. Кожухозмеевиковый конденсатор

крепятся трубная решетка и чугунная литая крышка 3 с внут­ ренними перегородками и двумя резьбовыми отверстиями для

входа и выхода воды, которая протекает в аппарате по четырем

ходам.

Конденсатор, предназначенный для хладоновой турбохоло­ дильной машины, отличается следующими конструктивными особенностями (рис. 11.17). Пар подводится к боковому патруб­

ку 4 и далее через перегородку с отверстиямJ,I 3 поступает в меж­ трубное пространство аппарата. Кинетическая энергия поступа­ ющего пара используется для сдува с труб пленки образующего­

ся конденсата. УcTaHoBl\a в межтрубном пространстве перегоро­

док 2 препятствует стеканию конденсата с верхних труб на ниж­

ние, что увеличивает интенсивность теплопередачи со стороны

конденсирующегося хладона. Между трубной решеткой аппара­ та и его крышкой расположена камера 1 с патрубками для входа

и выхода воды. Вода проходит через конденсатор в два хода со

скоростью до 2,5 м/с. Внутреннюю поверхность труб очищают,

не отсоединяя трубопроводы для подвода и отвода охлаждаю­ щей воды.

Указанные меры в сочетании с применением медных ореб­

ренных труб повышают плотность теплового потока до 17000-

23 000 вт/м2•

Вертикальные кожухотрубные конденсаторы. Эти аппара­

ты отличаются от предыдущего типа вертикальным расположе­

нием кожуха и труб (рис. 11.18) и способом распределения воды.

К кожуху 4, с двух сторон приварены трубные решетки 12 в

которых развальцованы гладкие стальные трубы 11 диаметром

57 х 3,5 мм.

Пары аммиака поступают в межтрубное пространство через

патрубок, расположенный в верхней части кожуха. Конденсат

стекает по наружной поверхности труб и отводится через патру­

бок; вваренный на 80 мм выше нижней трубной решетки. На верхней трубной решетке установлен водораспределительный бак

7 с цилиндрической перегородкой 8. Устройство крепится бол­

тами к кожуху и уплотняется с помощью резиновой прокладки 10.

Охлаждающая вода подается сверху в кольцевое пространство

водораспределительного бака, откуда через прорези в перегородке

-5{J(J(]

Рис. 11.17. Кондевсатор турбохолодильвой машины

808·

10

Рис. 11.18. Вертикальвый кожухотрубиый кощевсатор

поступает к трубам теплопередающего пучка. В каждую трубу

вставлена пластмассовая насадка 9, на боковой поверхности ко­

торой выполнены спиральные каналы. Благодаря этим каналам вода стекает пленкой по внутренней поверхности труб, не запол­

няя всего их сечения.

Воздухоотделитель подключается к аппарату через патрубок 1,

расположенный на 500-560 мм выше нижней трубной решет­

ки, так как именно здесь, вблизи уровня конденсата, наблюда­

ется максимальная концентрация неконденсирующихся газов.

Для периодического удаления масла служит патрубок 1, изо­

гнутая трубка которого опущена до трубной решетки. Конденса­ тор имеет предохранительный клапан 5, вентиль для выпуска

воздуха 6. манометр 3 и патрубок для присоединения уравни­

тельной линии 2. Вертикальные кожухотрубные конденсаторы применяют для аммиачных холодильных машин большой про­

изводительности. Основное преимущество этих аппаратов - от­

носительная легкость очистки от загрязнений со стороны воды.

Плотность теплового потока, отнесенная ~ площади внутренней

поверхнос·ти, составляет 4700-5200 Вт/м; площадь поверхнос­

ти теплопередачи серийных конденсаторов находится в' преде­

лах 50-250 м2•

Пакетно-nанельные конденсаторы. Работа по совершенство­

ванию технологии изготовления аммиачных теплообменных ап­ паратов, а также стремление к замене бесшовных труб более

809

Рис. 11.20. Оросительный конденсатор

лектор 3 и оттуда в нижние трубы секций. По мере продвижения

вверх аммиак конденсируется и удаляется через проме­

жуточные отводы в вертикальный стояк 6, откуда сливается в

ресивер 4, соединенный с верхней частью конденсатора уравни­

тельной линией 5. Подача паров аммиака в нижнюю трубу сек­

ции предотвращает попадание масла в верхНие трубы и уменьша­

ет их термическое сопротивление. Промежуточный отвод конден­

сата из четырех, восьми, десяти и двенадцати труб каждой сек­

ции исключает затопление нижней части змеевика, что также

повышает интенсивность.теплопередачи.

Вода подается насосом в водоприемный бак 1 и далее в водо­

распределительные желобы треугольного сечения, расположен­

ные над каждой секцией. Переливаясь через края желоба, вода

равномерно орошает трубы и сливается в поддон. Из поддона

часть нагретой воды удаляется в дренаж, а часть после добавле­

ния свежей воды направляется на рециркуляцию. Расход оро­

шающей воды, включая и свежую, на каждую секцию составляет

10-12 МЗ/Ч. В целях экономии СВЕ;~ей воды вблизи оросительно­ го конденсатора сооружaioт водоохлаждающие устройства - пруд

или градирню.

Конденсатор характеризуется достаточно интенсивной раб~-

той: плотность тепло,ого потока составляет 4100-5200 Вт/м,

масса 40-45 кг на 1 м теплопередающей поверхности.

К преимуществам оросительного конденсатора относятся: мень­

ший расход воды по сравнению с кожухотрубными аппаратами;

меньший удельный расход металла; простота в изготовлении и надежносТЬ в работе. Имеются и существенные недостатки: гро­ моздкость; необходимость установки в открытом пространстве; необходимость тщательного ухода за водораспределительным уст­

ройством; значительное загрязнение орошающей воды.

811

Пар хладона подводится сверху к цервой секции или к паро­ вому коллектору (рис. 11.22), жидкость отводится снизу из пос­ ледней секции или жидкостного коллектора.

Как уже отмечалось, в целях экономии пресной воды ведущие отрасли промышленности (энергетическая, нефтеперерабатываю­

щая, нефтехимическая, химическая) переходят от водяного ох­

лаждения к во:щушному.

Холодильным машиностроением освоен выпуск конденсато­

ров на базе аппаратов воздушного охлажденt;lя горизонтального и зигзагообразного типов общепромышленного назначения. В аппаратах применены унифицированные биметаллические тру­ бы, состоящие из стальной гладкой трубы диаметром 25 х 2 мм

и наружной Оребренной трубы из сплава АМг2 с наружным диа­ метром ребер 49 мм. Секция аппара.та состоит из четырех, шес­

ти или восьми рядов (по ходу воздуха) труб, развальцованных в прямоугольныхтрубных решетках и закрытых литыми крыш­

ками.

На рис. 11.23 показан аппарат с зигзагообразным располо­ жением секций, включающий электродвигатель 5, редуктор 6, колесо вентилятора 7, узел увлажнения воздуха 4, диффузор 3,

жалюзи 2 и секции 1.

Конденсаторы со свободным движением воздуха. Основное

конструктивное исполнение этих аппаратов - вертикальный или

наклонно расположенный ребристый змеевик. Широко распро­ странены конструкции двух типов: проволочнотрубные и лис­ тотрубные.

Проволочнотрубный конденсатор представляет собой змеевик,

к которому с обеих сторон с шагом 6~10 мм точечной сваркой

приварены ребра из стальной проволоки диаметром 1-1,5 мм.

Змеевик изготовлен из медных труб диаметром 5-7 мм с шагом 40-60 мм. Наряду с круглыми иногда применяют трубы с оваль.­ ным сечением. Коэффициент оребрения проволочнотрубного

конденсатора составляет 2,5-5.

Листотрубный щитовой конденсатор состоит из змеевика,

припаянного к металлическому листу. Лист выполняет роль сплошного ребра, кроме того, имеющиеся в нем прорези и ото­

гнутые язычки способствуют более интенсивной циркуляции

воздуха. Листотрубные прокатно-сварные конденсаторы изготав­

ливают из двух алюминиевых листов, в которых выштампованы

каналы. После сварки листов друг с другом каналы образуют змеевик, в котором происходит конденсация рабочего вещества.

Общая методика теплового и кокcmруктивкого расчета кокдексаторов. Задача теплового и конструктивного расчета со­

стоит в определении площади теплопередающей поверхности ап­ парата и его основных геометрич~ских размеров. Рассмотрим сначала общую методику решения этой задачи, а затем остано­

вимся на особенностях расчета отдельных типов конденсаторов [76].

Исходными данными для расчета конденсаторов обычно слу­ жат тепловой поток, температура конденсации, рабочее вещест-

во, начальная температура охлаждающей среды. В случае, если

тепловой поток не задан, его можно определить по формуле

QK =Ga {i2 - iз),

где Q - тепловоЙ поток на Ko~дeHcaTOp, Вт; Ga - массовый

расход рабочего вещества, кг/с; i 2 , iз - энтальпия рабочего ве­

щества на входе и выходе из аппарата, дж/кг.

Значение QK можно определить так же, как сумму холодопро­ изводительности машины Qo и индикаторной мощности ко~прес-

сора: QK ~ Qo + Nt •

Кроме исходных данных для расчета необходим еще ряд пара-

метров: скорость и степень нагрева охлаждающей среды, сред­

няя логарифмическая разность температур, геометрические раз­

меры элементов теплопередающей поверхности и др. ЭТИ пара­

метры можно либо выбрать по рекомендациям, основанным на

опыте конструирования и эксплуатации конденсаторов данного

типа, либо определить технико-экономическим расчетом. Для всех

типов конденсаторов справедливо основное уравнение теплопередачи

разность температур, К.

Коэффициент теплопередачи может быть отнесен к площади

внутренней, либо наружной поверхности теплопередачи, обозна­

чаемой соответственно F~и и Fи·

Чаще всего в качестве расчетной принимают поверхность,

обращенную к охлаждающей среде. Например, для кожухотруб­

ных конденсаторов расчетной является внутренняя поверхность труб, и коэффициент теплопередачи для нее имеет вид

верхности, к которой отнесены те мические сопротивления, м ;

L~ - сумма термических сопротивлений загрязнений и стен-

ки,А!м2 • К/Вт.

Формула (11.87) применима как для гладких, так и наруж­

но-оребренных труб при том условии, что эффективность ребер

близка к единице.