А. В. Бараненко. Холодильные машины
.pdfПри условии, что высота Н и ширина В аппарата находятся в соотношении В/Н = К, число рядов труб в секции
(11.168)
Полученное значение т округляют до целого четного числа и
по уравнению (11.168) уточняют значение К. Его следует прини
мать таким, чтобы СООтношение В/Н обеспечивало равномерный
обдув фронтальной поверхности воздухом. '.
Если отвод теплоты в воздухоохладителе обеспечивается хо
лодным рассолом (хладоносителем), то его среднюю температуру tsm находят исходя из следующих соображений. Задавшись изме
нением температуры рассола в воздухоохладителе Ыг и несколь |
||
кими значениями средней температуры рассола tsm |
(в пределах |
|
tw - tsm = 0,5 -;- 2 ОС), определяют расход рассола Gs и его C~OPOCTЬ |
||
в трубах |
4Q |
|
Ш г = |
2 о, |
(11.169) |
, |
1[dвиZСs~tsрs |
|
где Сг - теплоемкость рассола при принятых средних температу
рах, кДж/(кг. К); z - число секций аппарата; Рг - плотность рассола при принятых температурах, кг/м3 •
В соответСтвии с определенными скоростями Шгустанавлива
ют характер движения хладоносителя и выбирают расчетное урав
нение для коэффициента теплоотдачи к рассолу [см. формулы
(11.1)-(11.3)].
Плотность теплового потока со стороны рассола с учетом тер
мического сопротивления стен-
f
Рис. 11.47. ГрафиЧеское определение
температуры кипении рабочего _веще
ства в сухом воздухоохладителе
ки и загрязнений
_ |
|
tw - tsm |
|
|
) .(11.170) |
|
qFви - / |
а |
' |
"( |
/ |
Л1 |
|
1 |
г |
+ k.. 01 |
|
|
||
Так как |
|
tsm = var, |
то и qF ВИ |
по уравнению (11.170) имеет не сколько значений. Истиннуюсред
нюю температуру рассола tsm на
ходят графическим путем, для
чего по уравнению (11.170) стро
ят зависимость qFви = f(tsm )
и по ее значению из уравнения
(11.161) определяют tsm•
в том случае, когда в труб
ках воздухоохладителя кипит
рабочее вещество, его темпера
туру кипения t o вычисляют
в следующей последовательнос
ти. В соответствии с холодопро
изводительностью воздухоохла-
дителя Qo и числом параллельных секций аппарата z определяют
массовую скорость рабочего вещества шр при нескольких температурах кипения to(в пределах tw - to = 1 -;- 10 ОС). С учетом применимости одного из уравнений (11.65), (11.66) или (11.67) устанавливают
зависимость плотности теплового потока qF ВИ СО стороны рабоче
го вещества от to при переменных температурах стенки. эти зависи
мости строят в виде графиков qFви = f(t) (рис. 11.47). Искомую t o находят из графика при qFви' определенном по уравнению (11.161).
При расчете сухих воздухоохладителей целесообразно руко водствоваться следующими рекомендациями. Толщина ребер из
латуни должна быть 0,2-0,4 мм, -из стали - 0,3-0,5 мм. Шаг
ребер при положительных температурах кипения должен состав лять 3-4 мм, при отрицательных (вследствие инееобразования) - 7-10 мм. Наибольшая компактность достигается пластинчатыми
поверхностями с ребрами о = 0,2 мм и шагом 2 мм. В пластинча
тых аппаратах применяют медные (иногда мельхиоро~ые) трубы диаметром 9 х 1 или 18 х 1 мм.
Увеличение коэффициентатеплоотдачи состороны воздухадостига-
ereяповышением массовой скоростиво:щухадо ШВР = 5 -;- 6 кг/(м2 . с),
обеспечивающей спокойное стекание конденсата по поверхности. Целесообразно применять трубы малых диаметров. Это сни жает вместимость аппарата по рабочему веществу, увеличивает его компактность и приводит к более благоприятной в отноше нии теплообмена гидродинамической структуре потока рабочего
вещества.
Контактное сопротивление для монолитных и оцинкованных
ребер R |
= О, |
дЛЯ насадных ребер с воротниками при наличии |
||
конденс';;; или инея Rконт' =0,005 |
(при' Р =10 + 20), для сухих |
|||
поверхностей |
R |
= 0,01 м· К/Вт. |
Теплопроводность инея при |
|
Р = 250 кг/м3 |
п~О~;имают равной |
ЛИН =0,2 Вт/(м,К), толщина |
слоя инея оии = 5 + 6 мм.
При высоких коэффициентах оребрения (р =15 + 25) скорость рассола (теплоносителя) принимают не менее 1-1,5 м/с, при ма-
лых (р = 5 + 10) - не менее 0,5-0,8 м/с.
МО1(рые воздухоохладители. Расчет мокрых воздухоохладите
лей в отличие от других аппаратов имеет существенную особен
ность: здесь отсутствует теплопередающая поверхность. В форсу
ночных воздухоохладителях поверхностью теплообмена является поверхность капель, в воздухоохладителях с насадкой - поверх ность струй, орошающих насадку, и поверхность самой насадки. В связи с этим вводят условное понятие • площадь теплопередаю щей поверхности., за которую принимают площадь сечения воз
духоохладителя, перпендикулярную к движеншо воздуха.
При расчете форсуночного воздухоохладителя допускаются
различные сочетания между заданными и искомыми величинами.
Если заданы параметры воздуха при входе t 1 и ер!' холодопроиз-
856 |
857 |
водительность QO и количество влаги Wo, которую нужно отвес
ти, то в результате расчета определяют состояние воздуха на
выходе из аппарата t 2 и <Р2' количество воды (теплоносителя) GW'
подаваемой через форсунки, и площадь поперечного сечения воз духоохладителя F. Могут быть и другие сочетания.
В начале расчета принимают коэффициент орошения J..L и мас
совую скорость воздуха ШВР [обычно 2,5 кг/(м2·с)]. по графику
зависимости энтальпийного '111 и температурного 'I1t коэффициен тов охлаждения определяют их значения (рис. 11.48). Далее по уравнению (11.152) находят отклонение действительного процес
са в воздухоохладителе от условного. ПО уравнению (11.153) ис числяют коэффициент влаговыделения действительного процесса
~д и по уравнению (11.154) ~y для условного про~есса. Теплов
лажностное отношение для условного процесса Sy находят по
уравнению (11.155).
Проведя в d-i -диаграмме из точки начального состояния возду
ха 1 (см. рис. 11.45) лини~ 1-Ш2 с уклоном Sy находят в точке ее
пересечения с линией q> =1 температуру tw2 и энтальпию i w2• Ис
пользуя уравнение (11.150), определяют энтальпию воздуха на вы ходе из воздухоохладителя i 2• С помощью уравнения (11.151) вы
числяют температуру воздуха t2д'
При массовом расходе воздуха GB по уравнению (11.163) КО личество отводимой влаги
(11.171)
Значение этой величины должно соответствовать заданному
условиями задачи. В противном случае расчет повторяют при
другом коэффициенте орошения J..L.
Расход воды, разбрызгиваемой через
форсунки, |
Lt~,:...-__-~_ |
Gw = J..LGB' |
(11.172) |
Начальная температура воды
tw1 = tw2 - Qo/{cwGw). (11.173)
|
d |
|
Рис. 11.48. Зависимость 11, и 11, от КOЭФl>и |
Рис. 11.49. Процесс охлаждении |
|
воздуха в воздухоохладителе с на |
||
циеиrа орошения 11 [при w,J' =2,5 :кr/(M2.c)] |
||
садкой |
Площадь поперечного сечения воздухоохладителя
(11.174)
Приняв число рядов форсунок z (обычно два-три), число форсу
нок на 1 м2 площади сечения n, получим общее число форсунок в
воздухоохладителе |
|
nобщ = zFn. |
(11.175) |
Расход воды на одну форсунку |
|
gw = Gw/nобщ • |
(11.176) |
ПО расходу g w можно определить диаметр выходного отвер стия форсунки.
Если в форсуночном воздухоохладителе теплота отводится рас
солом, можно использовать ту же методику расчета. При этом
необходимо учесть различие между упругостью водяного пара над
рассолом и упругостью пара над водой.
При расчете мокрого воздухоохладителя с насадкой задают
начальное состояние воздуха t 1 ИJ>J' холодопроизводительность
Qo' количество отводимой влаги W о' температуру воздуха после аппарата t 2 или количество охлаждаемого воздуха. Рассчитыва
ют расход теплоносителя GB , площадь поперечного сечения воз
духоохладителя F (площадь решетки, на которую уложена на
садка) и высоту орошаемой насадки.
По начальным параметрам воздуха и тепловлажностному от
ношению S [см. уравнение (11.144)] в диаграмме d-i проводят линию 1-3, характеризующую процесс охлаждения (рис. 11.49) воздуха рассолом. Если охлаждеН!fе осуществляereя водой, точка 3
лежит на линии q> =1 .
Задавшись степенью нагрева теплоносителя Мг (обычно 2-4 ос),
определяют расход теплоносителя
(11.177)
где СВ - теплоемкость теплоносителя при температуре ts и при
нятой концентрации, кДж/(кг, К). ПО принятой скорости возду ха во фронтальном сечении ШВ = 0,8 + 1,5 м/с находят площадь
решетки F [см. уравнение (11.174)]. Высоту слоя насадки (колец
Рamига) 8 определяют в зависимости ОТ высоты дождя ИЛй интен
сивности орошения Нш' массовой скорости воздуха шв~ и услов ного коэффициента теплопередачи, отнесенного к 1 м сечения решетки, k,
(11.178)
где е - средняя логарифмическая разность температур в аппа |
|
рате,"Ас; ~ - |
коэффициент влаговыделения действительного про |
цесса [см:уравнение (11.153)].
858 |
859 |
Условный коэффициент теплопередачи также можно вычис
лить с помощью эмпирического уравнения
k, = (0,1015 + 0,59438)105 Н~·42(Wвр)О,5+0.6б. |
(11.179) |
Совместное решение уравнений (11.178) и (11.179) позволяет
определить 8. Это решение лучше выполнить графоаналитичес
ким методом, находя зависимость k, ={(8). f
§ 11.3. ТИПЫ, КОНСТРУКЦИИ И ОСНОВНЫЕ МЕТОДИКИ
РАСЧЕТОВ АППАРАТО1З ПАРОЭЖЕКТОРНЫХ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ
Пароэжекторные холодильные машины обычно выполняют в виде агрегатов, включающих теплообменные аппараты, эжекто ры и внутримашинный трубопровод с различной арматурой [86]. Одним из основных требований при разработке указанных ма шин является их компактность, для достижения которой кон
струкции теплообменных аппаратов пэхм по сравнению с таки
ми же аппаратами паровых компрессорных холодильных машин
имеют свои особенности.
Типы и конструкции конденсаторов ПЭХМ. В пэхм приме
няют коНденсаторы двух типов: поверхностные и смешивающие
баРометрические [68,86]. Конденсаторы по конструкции сходны с конденсаторами паровых турбин, но отличаются меньшими разме рами и более низкими значениями рабочих давлений (4,0-8,5 кПа).
Поверхностные 1(онденсаторы. На рис. 11.50 приведена одна
из конструкций главного поверхностного КО!lденсатора круглого сечения. В нем пар, поступающий из главных эжекторов в продольный приемник, движется в направлении воздухоохла дителя (трубного пучка, отгороженного от остального простран ства конденсатора перегородками с- вырезами). В этой части кон денсатора воздухоотсасывающие устройства поддерживают наи более низкое давление. По пути к воздухоохладителю основная масса пара конденсируется. На поверхности трубного пучка воз
духоохладителя охлаждается воздух и частично конденсируется ос
тавшийся пар. Несконденсировавшийся пар отсасываereя с воздухом. Чтобы уменьшить разность между температурой конденсации и температурой воды на выходе из конденсатора, конденсаторные
трубки выполняют из материалов с небольшим термическим со противлением и устойчивых к ,Коррозии, резко увеличивающей термическое сопротивление. Обычно применяют трубки диамет ром 19г1 и 16г1 мм из латун'и Л-68, дЛЯ морской воды - из
сплава МНжМц30-1-1. Корпус стальной, сварной. Стальные ре
шетки приваривают к корпусу. При использовании морской воды
решетки выполняют из цветных материалов (ЛС-59-1, ЛО-62-1)
и устанавливают на парусиновых прокладках, предварительно
промазанных мастикой из свинцовых белил и свинцового сурика. Конденсаторные трубки укрепляют и уплотняют вальцовкой.
Чтобы уменьшить
термические напря
жения и обеспечить
достаточную жест
кость в случае виб раций при большой
длине конденсато
ров, трубки при ус
тановке изгибают и
зажимают в проме жyroчных перегород ках, имеющих сме щенную ось размет
ки трубного пучка по
отношению к труб ной доске. Дляумень
шения сопротивле ния потоку пара в
конденсаторе и для
улучшения условий конденсации труб ный пучок ЧаСТО име
ет разреженную раз
бивку и проходы для
пара.
другая конструк ция главного по
верхностного кон денсатора овального
сечения приведена
на рис. 11.51. Она представляет собой
горизонтально рас
положенный аппарат
овального сечения,
состоящий из корпу
са, трубных решеток 1, привернутых
к фланцам корпуса,
трубок 12, концы ко
торых развальцова
ны в решетках. для
уменьшения сопро тивления движению
пара в конденсаторе
трубные решетки,
в которые ввалъцова
ны трубки, имеют
разрежен ную раз-
861
860
бивку. Выбор значений
скорости воды в Трубках
ограничивается гидрав лическим сопротивлени
ем конденсатора и так на
зываемойударной эрозией.
Ударная эрозия входных
концов трубок для мор
ской воды возникает при
СКQРОСТИ 1,5 м/с, для пресной - при 2,5 м/с.
Применение трубок боль
шого диаметра рекомен
дуется для загрязненной
охлаждающей воды, ис пользование трубок мень
шего диаметра позволя
ет разместить в заданном
06ъеме ОО'Носиreлъноболь
шую поверхность охлаж
дения и получить более вы
сокие коэффициенты теп
лопередачи.
С.мешuвающue lФндеи
саmоры. Смешивающие
конденсаroры в конструк тивном отношении про ще поверхностных KQH-
денсаторов, так как в них
отсуrствуют трубчатая
охлаждающая поверх
ность, трубные решетки
и другие элементы, опре
деляющие более высокую
стоимость и размеры по
верхностных конденсато
ров. ПО способу отвода смеси охлаждающей воды
и конденсата смешиваю щие конденсаторы делят на два вида: конденсато ры низкого уровня и кон
денсаторы высокого УРОВ
ня (барометрические).
Для ПЭХМ наиоолее
приемлемым является
смешивающий противо
точный конденсатор с ба
рометрическим отводом
воды из конденсатора. На рис. 11.52 показана кон
струкция такого конден
сатора. Корпус представ ляетсобой вертикальный сосуд, состоящий из ци
линдрического сварного
кожуха и приваренных
к немуднищ ВнyIpИ кор
пуса расположены слив
ная коробка, два кольце
вых и два центральных
лотка. IIap, поступающий
через патрубки, располо женные в нижней части
конденсатора, двигаясь
вверх, в направлении от
соса воздуха, встречает
водяную завесу, образуе-
мую с помощью тарелок
с отверстиями. Конденса
ция пара происходит на
поверхности дождя. Ох
лаждающая вода вместе с
конденсаroм~ че
рез нижний патруб-ок.
Диаметр корпуса конден
сатора определяют исхо-
дя из скорости пара 1215 м/с. Высота конденса
тора 2-3 м, число таре-
лок 3-6 шт.
Раоочую воду и кон
денсат откачивают непо средственно из аппаратов
центробежными насоса
ми типа конденсатных,
предназначенных для
раооты при минималь
ных кавитационных за
пасах. Кавитационный
~
~500
IDХЛdJlfUdющан t 6оиа
Рис. 11.52. Главный противоточный конденса
тор смешивающего тнпа: |
|
|
|
||
1 - |
кожух; 2, 3 - |
штуцеры для отсоса воздуха н |
|||
входа ВОДЫ; 4 - днище; 5, 11 - |
сливные коробка |
||||
и штуцер; 6, 8 - |
кольцевые |
лотки; |
7, |
9 - |
|
центральные лотки; 10 - отбойник; 12 |
- |
шту |
|||
цер |
дли присоедивении эжектора |
|
|
запас на входе в рабочее колесо этих насосов определяется гео метрическим уровнем свободной поверхности воды в испарителе или конденсаторе относи~льно оси рабочего колеса насоса за
вычетом гидравлических потерь во всасывающем труб-опроводе и скоростного напора. Для ПЭХМ используют насосы раоочей воды
и конденсата, как правило, одноступенчатые в отличие от высо конапорных конденсатных насосов пароэнергетических установок.
862 |
863 |
|
Специальные насосы имеют кавитационный запас от 0,6 до
1,5 м, кпд таких насосов составляет 0,4-0,7. В них предусмат
ривают отвод несконденсировавшихся газов и пара из всасываю
щей полости в испаритель или конденсатор и тщательное гидрав
лическое уплотнение сальников, препятствующее проникновению
атмосферного воздуха.
При отсутствии специальных насосов машины располагают на
отметке, обеспечивающей геометрический уровень, необходимый для общепромышленных насосов. '.
При барометрическом отводе рабочей воды и конденсата из аппаратов, для откачивания воды из сборников используют обыч ные центробежные насосы.
Методики расчетов конденсаторов ПЭХМ. Поверхностный
1(онденсатор. На практике принят следующий порядок расчета площади теплообмена поверхностного конденсатора: сначала про
изводят предварительное определение площади поверхности кон денсатора
|
|
|
(11.180) |
где QK - тепловой поток на конденсатор, кВт, |
|
||
QK = (Gх.п + Gр.пХtп - |
tK)· |
(11.181) |
|
в уравнениях (11.180), (11.181): Gх.п, Gр.п ~массовый рас |
|||
ход холодного и рабочего пара соответственно; lп - |
энтальпия |
||
пара, поступающего в конденсатор; i K - |
энтальпия конденсата |
||
при выходе из конденсатора, iK |
=cKtK; |
ск - теплоемкость кон |
|
денсата, СК ~ 4,187 кДж/(кг, К); |
tK - температура конденC!iта при |
выходе из конденсатора; k - коэффициент теплопередачи, BT7(~·К),
который вычисляют по зависимостям, приведенным в § 11.1; ет -
средняя логарифмическая разность температур, которую опреде
ляют по формулам (11.88), (11.182).
Подогрев охлаждающей воды в главном конденсаторе
Мш = (tп - tJ/(mcw ) ,
где т - кратность охлаждения, Т.е. масса охлаждающей воды, затраченной на конденсацию 1 кг пара,
т = Gw/(Gр•п + Gх.п).
Чем выше кратность охлаждения, тем ниже при прочих рав
ных условиях давление конденсации. Обычно кратность охлаж
дения для поверхностных конденсаторов составляет от 80 до 160 кг
на 1 кг пара. Оптимальное значение т выбирают исходя из усло
вий работы холодильной машины на основании технико-эконо
мических расчетов.
Получив значения Мш и зная температуру поступающей на конденсатор воды t wl' находят температуру уходящей из конден
сатора воды
во всех случаях стремятся" чтобы давление конденсации было
как можно ближе к давлению насыщения, соответствующему тем пературе охлаждающей воды на выходе из конденсатора tw2 ' т. е.
к минимальному значению температурного напора конденсатора
~ t = tK - tw2 '
где t K - температура конденсации.
Обычно для поверхностных конденсаторов ~t = 3 -;- 5 ·С. Более
низкие значения 8t принимают в случае охлаждения воды
в градирнях.
Средняя логарифмическая разность температур
е = |
|
!:J.t |
|
|
|
|
u> |
(11.182) |
|
т |
ln[(tK - |
tw1 )/(tK - tw2 )]' |
||
|
Увеличение ет вызывает повышение давления конденсации.
Понижения ет можно достигнуть, увеличивая кратность охлаж
дения.
От полученной по формуле (11.180) площади теплопередаю
щей поверхности 5% выделяют на теплопередающую поверхность
воздухоохладителя - трубного пучка, отгороженного от основ
ного пучка перегородками с вырезами (см. рис. 11.50 и 11.51).
Исходя из предварительно найденной площади поверхности оп
ределяют конструктивные размеры аппарата: число ходов воды,
диаметр, число и длину трубок, разбивку трубной доски и т. д.
(см. § 11.2). .
Затем производят поверочный расчет принятой конструкции
конденсатора. Для этого рассчитывают действительный КQэффИ циент теплопередачи kд в следующей последовательности.
Приведенная скорость пара в межтрубном пространстве
(11.183)
где DTP - |
диаметр трубной доски, м, DTP = 1,058~n/тtTP; и |
- |
удельный объем смешанного пара на входе в конденсатор, м3/кг4 |
; l, |
|
dи• 8, n - |
соответственно длина, наружный диаметр, шаг и число |
|
трубок; тtтp - коэффициент заполнения трубной доски, тt = 0,72. |
|
Затем определяют паровое сопротивление конденса1Рора. Паро
вым Сопротивлением конденса:гора !:J.p называется разность между
давлением пара на входе в конденсатор и давлением в воздухоох
ладителе, под действием которого происходит движение пара
в паровом пространстве. При проектировании конденсатора стре
мятся получить в нем возможно малое паровое сопротивление.
Значение парового сопротивления в конденсаторах пэхм не пре
вышает 70-210 Па.
Приближенно !:J.p (Па) можно определить по формуле
(11.184)
864 |
55 |
П/р л. С. ТимodIeевского |
865 |
|
где с - константа, отражающая конструкцию конденсатора, зна
чение ее определяю.т из опытных данных, с=5,38; шп - скорость
пара, м/с; V |
4 - м3/кг. |
|
Зная !:J.p, |
находят абсолютное давлеНИе в конденсаторе вблизи |
|
места отсоса воздуха |
|
|
|
p~ = Рк -!:J.p, |
|
где Рк - давление конденсации, Па. |
, |
Температуру насыщения t~, соответствующую давлению p~, находят по таблицам водяного пара.
Уточненное значение среднелогарифмической разности темпе
ратур в конденсаторе
(11.185)
где tw1 задана, а tw2 и tK известны из ранее принятых соотношений. Тогда действительный коэффициент теплопередачи можно оп
ределить по формуле
(11.186)
где QK - тепловой поток на конденсатор по формуле (11.181); F -
предварительно определенная по формуле (11.180) площадь по
верхности конденсатора.
. Полученное по формуле (11.186) значение коэЩфициента теп
лопередачи недолжно бытьбольшенайденного ранее зНачения k. Если
это условие не выполняется, необходимо ИЗ!'fенить конструктив
ные размеры. конденсатора.
Смешивающий конденсатор. С методиками расчетов смешива
ющих конденсаторов пэхм можно ознакомиться в специальной
литературе [68].
ТmIЫ и конструкции испариrелей ПЭХМ. В пароводяных эжек торных холодильных машинах рабочее Вещество (вода) одновре
менно является и теплоносителем (рабочая вода). Поэтому в кон струкции испарителей не нужна теплопередающая поверхность и, следовательно, отсутствуют необратимые потери на термичес
кое сопротивление теплопередающей поверхности и, что особен
но важно, исключается гидравлическое сопротивление прохожде
нию пара в межтрубном пространстве, наблюдающееся в поверх
ностных испарителях.
В испарителях без теплообltfенной поверхности предУсматри
вают устройства для образования достаточной поверхности испа рения циркулирующей рабочей воды и паровое пространство, обес печивающее такую скорость холодного пара, при которой достигается минимальный унос капель воды. , - Испарители выполняют горизонтальными, вертикальными,
одно,- и многоступенчатыми. Последние применяют при охлажде-
866
2,20 |
8S |
5
z
Рис. 11.53. Горизовтальиый испаритель 'со встроеивыи эжекторами:
1 - |
эжекторы: 2 - указатель УРОВНЯ;' 3 - поплавковый регулятор УРОВНЯ; 4 - |
перегородкв: |
|
5 - |
ребро жесткости; 6, 7 - |
патрубки ДЛЯ подвода и отвода рабочей воды; 8 - |
кврман; 9 - |
дождевое устройство; 10 - |
паровая коробка; 11 - Сетчатый фильтр; 12 - |
сопло; 13 _ |
сопловая доскв
нии воды более чем на 8-10 ос и для уменьшения расхода рабо
чего пара.
В качестве устройств, обеспечивающих требуемую поверхность
испарения воды, используют плоские, цилиндрические или сфе
рические сетки, разделяющие поток воды на большое число С'l'pуй
(дождевые сетки) и переливы, образующие тонкую пленку воды.
При этом необходимая высота дождя (300-600 мм) зависит от
55* |
867 |
l Pai(Jvall 600а il
'(/1/1 лоmРlltlиmllАе
КОНСТРУКЦИИ испарителя, количества ра
бочей воды и степени ее распыления.
Очень мелкое распыление воды форсун ками не рекомендуется во избежание уноса
капель воды холодным паром. Поэтому
скорость пара в паровом пространстве ог
раничивают значением 8-17 м/с.
На рис. 11.53 ПQказан одноступенча
тый испаритель пэхм малых размеров, который представляет собой горизонталь
ный аппарат со встроенными главными
эжекторами 1. Он разделен герметичной
перегородкой 4 'на две. автономные сек
ЦИИ, работающие параллельно. Числом
работающих секций изменяют холодопро
I |
изводительность машины. |
в двухступенчатом вертикальном иcnaри- |
|
, 6 tJ, |
теле (рис. 11.54) рабочая вода охлаждается |
="!:"'e~A~It |
сначала в верхней секции, азатем в нижней. |
|
Гидравлический затвор препятствует вырав |
Рис. 11.54. Вертикальвый ниванию давлений в секциях аппарата.
двухступенчатый испаритель В некоторых конструкциях испарителей
предусматривают сепараторы для уменьшения уноса воды.
При расчете диаметров всасывающих патрубков исходят из
допускаемой скорости холодного пара 70-90 м/с. Гидравличес
кие затворы рассчитывают на максимально возможную в эксплу
атации разность давлений в конденсаторе и испарителе или меж
ду полостями ступенчатого испарителя.
Материал корпуса и внутренних устройств - Ст.3, сталь
Х18Н9Т. В главных эжекторах сопла выполняют из латуни ЛС-59-1
или из коррозионно-стойкой стали. Диффузоры литые чугунные
или сварные из коррозионно-стойкой стали с полировкой внут
ренней поверхности.
В случае охлаждения в испарителях не воды, а других тепло
носителей, а также в хладоновых пароэжекторных холодиль
ных машинах применяют поверхностные кожухотрубные испа
рители. При этом в водяных пэхм используют оросительные
испарители, а в хладоновых - кожухотрубные испарители за
топленного типа.
Методи"и расчетов испарителей ПЭХМ. Испарители без
теплопередающей поверхности. Расчет таких испарителей срав нительно прост. Его осуществ~яют в следующей последователь
ности.
Определяют массовый расход отсасываемого из испарителя
пара (кг/с)
(11.187)
868
где Qo - холодопроизводительность испарителя, кВт; |
х = 0,95 - |
принимаемая степень cyJЦости холодного пара; ro - |
теплота па |
рообразования при температуре испарения, которую находят по |
таблицам водяного пара, кДж/кг; to- температура испарения, ОС; t K - температура конденсата, поступающего в испаритель для
компенсации испарившейся части воды (эта температура близ
ка к температуре конденсации), ОС; С - удельная теплоемкость
воды, КДЖl(КГ . К).
. Вычисляют объемный расход холодного пара (м3/с)
~.п = Gх.пvх.п,
где Vх.п- удельный объем холодного пара при условиях всасыва
ния, Vх.п =х/v;.п ; v;.п - удельный объем холодного пара в состоя
нии насыщения при температуре кипения воды to' |
|
Определяют массовый расход рабочей воды Gp •B • |
кг/с, цирку- |
лирующей через испаритель, |
. |
Gp •B = Qo/(CAtw)' |
|
где At - разность температур между входящей и выходящей
водой~ испарителе; обычно принимают 3-5 ОС.
Затем заДаются диаметром корпуса испарителя, скоростью пара в паровом пространстве, расположением оси разбрызгивающего воду устройства и рассчитывают длину аПIfарата, в плоскости которого расположено разбрызгивающее устройство, например
труба. Скорость пара в паровом пространстве принимают в пре
делах 8-17 м/с. При необходимости создания машины с малыми
размерами эту скорость можно увеличить.
Поверхностные испарители. Поверхностные горизонтальные
кожухотрубные испарители оросительного типа (для водяных
пэхм) рассчитывают по формулам, приведенным в § 11.1, для
случая испарения в стекающей по наружной поверхности труб
, пленке воды, а также при вынужденном движении теплоносителя
внутри трубы. Следовательно, теплопередающую площадь аппа
рата вычисляют по известной методике расчета горизонтального
кожухотрубного испарителя. Однако при этом необходимо опре
делить паровое сопротивление межтрубного пространства аппа
рата по формуле (11.184), для чего предварительно находят при
веденную скорость в межтрубном пространстве испарителя по
формуле
(11.188)
где V 10 - удельный объем холодного пара на выходе из испа
рителя.
Затем определяют абсолютное давление в центральной части
трубного пучка по формуле
РО =РО + Ар
869
итемпературу насыщения tb, соответствующую этому давлению.
Далее уточняют среднелогарифмическую разность температур
виспарителе и вычисляют действительный коэффициент тепло
передачи в аппарате.
Кожухотрубные испарители хладоновых ПЭХМ рассчитывают
по тем же методикам, что и кожухотрубные испарители паровых
компрессорных холодильных машин (см. § 11.2).
§ 11.4. ТИПЫ, КОНСТРУКЦИИ И ОСНОВНЫЕ МЕТОДИКИ РАСЧЕТОВ АППАРАТОВ
АБСОРБЦИОННЫХ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН И АГРЕГАТОВ
Разработанный АО ВНИИхолодмаш параметрический ряд аб
сорбционных бромистолитиевых холодильных машин содержит
сл~ющиехолодопроизводительности,кВт:290,580,1160,1860,
2900, 5800 [86, 97).
В настоящее время в России серийно выпускают абсорбцион
ные бромистолитиевые машины в виде агрегатов АБХА-1000, АБХА-2500 и АБХА-5000 с номинальной холодопроизводитель ностью соответственно 1160, 2900 и 5800 кВт. Машины предна
значены для получения холодной воды с температурой 7 ос при температуре охлаждающей воды 26 ос и температуре греющего
источника (горячей воды) 90-120 ос. Генератор может обогре ваться также насыщенным паром с давлением 0,14-0,16 МПа. Машины типа АБХА разработаны АО ВНИИхолодмаш. Разрабо
таны и прошли промышленные испытания также и холодильный
агрегат АБХА-2500-2В с двухступенчатой генерацией пара с но минальной холодопроизводительностью 2800 кВт, агрегат АБХА2500ХТ дЛЯ одновременной выработки холода (2800 кВт) и теп лоты (2900 кВт), а также агрегат АБХА-2500ТН дЛЯ выработки только теплоты (производительность 9300 кВт). Рядом организа
ций также разработано и находится в эксплуатации множество
~пециалъных АБХМ и понижающих термотрансформаторов.
Абсорбционные водоаммиачные холодильные машины в насто
ящее время в России серийно не выпускают, а изготавливают
отдельными партиями, в основном ДЛЯ типовых технологических
линий в химической промышленности. В соответствии с утверж
денным ocr 26.03-286-77 условное обозначение этих машин вклю
чает в себя наименование (АВХМ), холодопроизводительность
[в тысячах килокалорий в час (тыс. ккал/ч)), температуру кипе
ния, исполнение генератора в зависимости от греющего источни
ка (1 - водяной пар, 11 - горячая вода, 111 - парогазовые смеси), указание способа охлаждения конденсатораводой (К) ИЛИ воздухом (В).
В АО ВНИИхолодмаш разработан параметрический ряд аб сорбционных водоаммиачных машин [86, 98], включающий сле дующие значения холодопроизводительности, кВт: 580, 1160, 1860, 2900,4650, 7330, 9280. ПО температурам кипения приня-
то четыре расчетных режима: -5, -15, -25 и -45 ос при темпе
ратурах конденсации 35 ос (водяное охлаждение) и 48 ос (воз
душное охлаждение). В то же время в России разработано раз
личными организациями и находится в эксплуатации значитель ное число машин, характеристика которых существенно отлича
ется от приведенной выше как по холодопроизводительности, так
и по режиму работы.
Теплообмеввые aIПIараты абсорбциоввыx БРОМИСТОJlИТИевых
холодильных машии и агрегатов. Генераторы, конденсаторы,
абсорберы, испарители выполняют горизонтальными КОЖУХОТ рубными. во всех моделях АБХМ и АБХА генераторы выполне
ны затопленного типа, а испарители и абсорберы - ороситель
ными. Генератор с конденсатором и абсорбер с испарителем объ
единены попарно в соответствующие блоки. Конструкции аппа
ратов агрегатов АБХА-2500 и АБХА-5000 приведены соответст венно на рис. 5.20 и 5.21. Конструкция блока абсорбер-испари
тель агрегата АБХА-1000 показана на рис. 11.55. Трубные пуч_
ки абсорбера и испарителя ВЫТЯНУТЬJ по вертикали, что позволя
ет сократить количество соответственно раствора и воды на оро
шение их трубных пучков. Теплопередающая конструкция аб
сорбера представляет собой ленточную компоновку ТРУбного пуч_
Рис. 11.55. ICoвструкция блока абсорбер-испаритель аг
регата АБХА-I000:
1 - абсорбер; 2 - испаритель; 3 - Ж8Люзийнаи решетка; 4 - место
отбора паровоо.цушноЙ смеси
870 |
871 |
ка, что снижает паровое сопротивление межтрубного пространст
ва аппарата.
Корпуса блоков АБХА выполняют из коррозионно-стойкой стали, а теплообменные трубки - из медно-никелевых сплавов или коррозионно-стойкой стали.
Теплообмениые аппараты абсорбциониых водоаммиачных холодильных машии. Генераторы, теплообменники, дефлегмато
ры, паровые переохладители, конденсаторы и испарители выпол
няют из материалов, применяемых для аппаратов аммиачных
компрессорных холодильных машин.
Расчетное давление аппаратов стороны высокого давления при нимают равным 1,96 МПа, низкого давления - 1,57 МПа.
Ген.ераторы. АВХМ. По принципу действия они подразделя ЮТСЯ на пленочные (оросительные) и затопленные, по конструк
ции - на кожухотрубные (вертикальные и горизонтальные), ко жухозмеевиковые, элементные и двухтрубные.
Вертикальный пленочный кожухотрубный генератор показан
на рис. 11.56. Греющий пар поступает в верхнюю часть, а обра
зующийся конденсат стекает из нижней части межтрубного про странства. Крепкий раствор подаеТ.ся на насадку из цилиндри
ческих колец и, проходя через распределительные колпачки, рас
положенные на верхних концах труб, стекает тонкой пленкой по их поверхности. Ректификация паров рабочего вещества осущест вляется вначале стекающим по трубам раствором, температура
которого повышается по мере его выпаривания, а затем поступа
ющим из теплообменника крепким раствором на насадке из ци
линдрических колец и далее на ректификационных тарелках (хо лодной флегмой, стекающей из дефлегматора). Слабый раствор
ОТВОДИТСЯ из сборника в теплообменник.
Преимуiцествами генератора являются высокий коэффициент теплопередачи, глубокий тепло- и массообмен между парами pa~
бочего вещества и раствором, обеспечивающим высокую степень
ректификации, малая металло- и раствороемкость, способствую
щие быстрому вводу аппарата в рабочее состояние, незначитель
ная занимаемая площадь. К недостаткам его конструкции отно СЯТСЯ трудность очистки и замены труб, а также необходимость устанавливать надежные фильтры, чтобы предохранить распре
делительные колпачки от засорения механическими примесями
раствора.
Вертикальные пленочные генераторы широко применяют в круп ных абсорбционных холодильных машинах где уменьшение ме талло- и раствороемкости имеет большое значение.
В вертикальном пленочном кожухотрубном генераторе, обо греваемом парогазовой смесью, раствор, стекая пленкой, ороша ет наружную поверхность труб. Парогазовая смесь поступает в трубы прямотоком стекающему раствору. Для восприятия темпе ратурных напряжений, возникающих при работе, особенно при
пуске машины, корпус аппарата частично выполняют в виде теп лового компенсатора.
872
Q,
Q
!
а!
ф
'~
>ISI
~
~...
Q
~
iE
Q
:.;
1
Q
1>:1
l!:
r:1
>ISI
~
~
t
~
:8
::=
u
&;
873
На рис. 11.57 показан генератор затопленного типа, обогре
ваемый теплотой отходящих дымовых газов. В межтрубном про странстве КИПИТ крепкий раствор, по трубкам проходят дымовые
газы. При начальной температуре газа выше 300 ос аппарат дол
жен иметь защитную автоматику, прекращающую выход слабого раствора в случае внезапной остановки водоаммиачного насоса.
Дефяеzматоры.. По конструкции ИХ выполняют кожухотруб ными элементными - для больших ПРОliзвоАительностей и двух трубными - для малых. Основным критерием выбора конструк
ции является следующий: скорость паров рабочего ~еществадолжна
быть выше 1-1,5 м/с, а"скорость воды не ниже 0,4 м/с, при этом
должен быть полностью осуществлен противоток между указан
ными веществами.
Элементный дефлегматор (рис. 11.58) состоит из двух эле
ментов, последовательно соединенных по парам рабочего вещест ва и воды. Нижний элемент, в КОТОРЫЙ поступают горячие пары, имеет водяную рубашку, выравнивающую температуру в обечай ке и трубах, что предохраняет от нарушения вальцовки труб.
Вода проходит по трубам верхнего элемента, затем по трубам
нижнего и после этого через водяную рубашку. Флегма, образуе мая в дефлегматоре, стекает из верхнего элемента в нижний, за тем на верхние ректификационные тарелки генератора. Важную
роль в эффективности теплообмена играет скорость движениясрЕЩ,
которая для пара должна быть не ниже 1,0-1,5 м/с, а для охлаж дающей среды не ниже 0,4-0,5 м/с. Скорость пара в соедини
тельных патрубках, по которым одновременно сливается флегма,
не должна превышать 2,5 м/с, для того чтобы флегма не уноси
лась обратно в дефлегматор. Аппарат расположен над генерато
ром, пОСкольку необходим свободный слив флегмы из дефлегма
тора.
Абсорберы.. По принципу действия абсорберы делятся на пле
ночные и затопленные барботажные. По конструкции их подраз
деляют на кожухотрубные, кожухозмеевиковые, элементные и двухтрубные.
Пленочные абсорберы используют в основном цля низкотемпе
ратурных АВХМ, в которых, как известно, важна высота гидро
статического столба раствора. Эти абсорберы имеют более высо
кие значения коэффициентов теплопередачи, поэтому их приме
няют также в случаях, когда требуется меньшая металлоемкость
машины. Пленочный аппарат работает ЭффеКТИВНО, если плот
H~ орошения труб раствором Превышает 150 л/(м,ч). Обычно не
обходимую плотность орошения труб не удается получить только
JI одном корпусе, поэтому применяют пленочный абсорбер, со
ставленный из отдельных элементов.
Элементный пленочный абсорбер (рис. 11.59) состоит из ко
жухотрубных элементов, установленных один под другим. Каж дый элемент имеет оросительное корыто, размещенное над труба-
875
874