книги из ГПНТБ / Хордас, Г. С. Техническое кондиционирование воздуха и инертных газов на судах

Хладоноситель — пресная вода, отепленная в центральных кон­ диционерах, через коллектор 42, запорный клапан 23 по трубе 18 поступает в испаритель 11. В испарителе вода, как сказано выше, охлаждается за счет частичного ее испарения.

Испаритель представляет собой стальной полуцилиндрический аппарат с плоской верхней образующей, разделенный внутри глу­ хими перегородками на несколько частей. На патрубках, в верхней плоской части испарителя, расположены паровые коробки с сетча­ тыми фильтрами и сопловые доски с соплами. В каждой секции испарителя имеется патрубок для подвода воды и сливная труба с отверстиями в нижней части для стока воды в испаритель. В ниж­ нюю часть испарителя напротив патрубков с паровыми коробками и сопловыми досками вварены диффузоры главных эжекторов. Выступающая наружу часть этих эжекторов является опорой испа­ рителя в креплении его к главному конденсатору. Испаритель снабжен поплавковым регулятором уровня, через который произ­ водится подача конденсата в испаритель для пополнения выпарив­ шейся части воды. Регулятор пропускает только такое количество конденсата, которое соответствует количеству выпарившейся воды в испарителе. Это осуществляется путем поддержания постоянного уровня воды в испарителе и тем самым поддерживается постоянство объема циркулирующего хладоносителя — воды — в системе. На­ блюдение за уровнем воды в испарителе производится через плоское смотровое стекло, установленное в оправе в двух крайних секциях. Корпус испарителя стальной. Охлажденная вода откачивается из испарителя двумя последовательно включенными насосами 30 и 40 по трубам 21, 29 и через запорные клапаны 25, 28 и 44 и коллектор 45 подается к потребителям.

Главные эжекторы, отсасывающие пар из испарителя, приспо­ соблены для работы рабочим паром давлением 0,8—1,2 МПа (8—■

12кгс/см2).

Рабочий пар через запорный клапан 1 поступает в редук­

в испарителе, за счет чего приобретает большую скорость (по­ рядка 1300 м/с), с которой следует в диффузоры эжекторов. За счет кинетической энергии рабочего пара холодный пар увлекается в диффузоры. В диффузорах происходит сжатие смеси рабочего и холодного пара с уменьшением скорости этой смеси.

Сжатый пар из диффузоров поступает в главный конденсатор 12. Главные эжекторы могут сжимать пар до давления, в 6,5 раза пре­ вышающего давление в испарителе. При температуре охлажденного хладоносителя 280 К (7° С), когда давление в испарителе состав­ ляет 1 кПа (7,5 мм рт. ст.), для обеспечения нормальной работы эжекторов давление в главном конденсаторе не должно превы­ шать 6,5 кПа (49ммрт. ст.). При превышении указанного давления

166

в главном конденсаторе эжекторы не в состоянии преодолеть проти­ водавление, что приведет к прекращению нормальной работы ма­ шины.

Давление в главном конденсаторе, необходимое для конденса­ ции пара, зависит от температуры и количества охлаждающей забортной воды, поступающей в главный конденсатор при помощи насоса 17. Чем выше температура охлаждающей воды, тем выше да­ вление конденсации. При одной и той же температуре охлаждаю­ щей воды давление конденсации тем ниже, чем больше количество воды проходит через конденсатор.

Пар, поступивший в конденсатор, конденсируется, отдавая свое тепло охлаждающей воде, проходящей по трубкам конденсатора.

Конденсатор представляет собой горизонтально расположенный теплообменный аппарат овального сечения и состоит из корпуса, трубных решеток, привернутых к фланцам корпуса, и трубок, развальцованных своими концами в решетках. Внутри корпуса конденсатора закреплены одна-две, в зависимости от длины кон­ денсатора, перегородки, являющиеся дополнительными опорами для трубок, что придает им большую устойчивость против вибрации.

С наружной стороны к корпусу приварены ребра из полосовой стали, для увеличения его жесткости. В верхней части конденса­ тора расположены патрубки, на которые установлен испаритель с помощью выступающих наружных частей диффузоров главных эжекторов. К внутренней стороне этих патрубков приварены стойки, к которым на болтах с зазором по отношению трубок, равным 3— 5 мм, прикреплены отбойники, предохраняющие трубки от эрозии потоком пара из диффузоров эжекторов. Трубные решетки с двух концов конденсатора закрываются крышками. В задней крышке имеется перегородка, делящая ее на две части и обеспечивающая движение охлаждающей воды по трубкам конденсатора в двух на­ правлениях.

В крышке, кроме того, сделано два протекторных люка с протек­ торами и два крана для выпуска воздуха и слива воды. Для наблю­ дения за уровнем конденсата в конденсаторе установлены два ука­ зателя уровня с плоскими стеклами.

Корпус конденсатора стальной, трубки — мельхиоровые, крышки — из медно-никелевого сплава.

Давление в конденсаторе контролируют с помощью реле 41. Конденсат, образующийся в главном конденсаторе, откачи­ вается конденсатным насосом 15 и нагнетается в конденсатную систему. Воздух, попавший с конденсатом во всасывающую полость насоса, возвращается в конденсатор по трубе 16, чем обеспечивается спокойная, без кавитации, работа насоса. Конденсатный насос должен быть расположен ниже главного конденсатора с тем, чтобы

был обеспечен подпор на всасывании насоса.

Основное количество конденсата, равное массе рабочего пара, подведенного к эжекторам, поступает в конденсатную систему, а остальная часть через клапан 9 и поплавковый регулятор уровня поступает в испаритель для пополнения выпарившейся части воды.

167

В том случае, когда поплавок по какой-либо причине не работает, конденсат поступает в испаритель через клапан 10. Регулирование уровня рабочей воды в испарителе осуществляется в этом случае вручную посредством большего или меньшего открытия клапана 10.

Невозвратно-запорные клапаны 14 и 13 на нагнетательном тру­ бопроводе конденсатного насоса препятствуют обратному про­ току конденсата или воздуха в машину, обеспечивая тем самым нормальную работу как конденсатного насоса, так и машины в целом.

При работе машины во всасывающую полость бустерного на­ соса 30 вместе с водой попадает воздух, который по трубе 22 через клапан 24 возвращается в паровое пространство испарителя. Благо­ даря этому уменьшается возможность попадания воздуха в корпус насоса и тем самым уменьшается возможность возникновения кави­ тации в насосе.

Испаритель и главный конденсатор в рабочих условиях нахо­ дятся под вакуумом, для достижения которого при пуске машины и поддержания во время работы необходимо устройство для отсоса воздуха из машины. Из испарителя вместе с холодным паром глав­ ные эжекторы отсасывают и воздух. Отсос воздуха из главного кон­ денсатора по трубе 19 с выбросом в атмосферу осуществляется вспо­ могательными эжекторами ступеней I и II, к которым подается пар через клапаны 33, 39. Необходимость двух ступеней объясняется тем, что воздух отсасывается со степенью сжатия в пределах 15—30, что не может быть обеспечено одним эжектором. Вспомогательные эжекторы работают по тому же принципу, что и главные эжекторы, отличаясь от последних только меньшими размерами и количеством

сопел.

Вместе с воздухом эжекторы ступеней I и II отсасывают и неко­ торое количество пара. Паровоздушная смесь из эжектора 31 сту­ пени I поступает в конденсатор 32 ступени I, где пар конденсируется, а освободившийся воздух из конденсатора ступени I отсасывается

мосферу.

В конденсаторе ступени II давление ненамного более атмосфер­ ного, а в конденсаторе ступени I давление устанавливается как промежуточное между давлением в главном конденсаторе и атмос­ ферным давлением.

Конденсаторы ступени I и II смонтированы в единый блок, бла­ годаря чему охлаждающая вода из первого перетекает во второй без промежуточного трубопровода между ними, и изготовляются из тех же материалов, что и главный конденсатор.

Охлаждающая вода из полости крышки главного конденсатора по трубе 27 поступает в блок конденсаторов, из которого по трубе 26 сливается обратно в полость крышки главного конденсатора.

Конденсат из конденсатора ступени I под влиянием разности давлений по U-образной трубе 35 через уравновешивающий клапан 20 перетекает в главный конденсатор. Столб воды в U-образной трубе и уравновешивающий клапан поддерживают разность давлений

168

между давлениями в главном конденсаторе и конденсаторе сту­ пени I, обеспечивая тем самым нормальную работу.

Конденсат из конденсатора ступени II через перепускной кла­ пан 36 поступает в конденсатор ступени I и далее в главный конден­ сатор.

Как указывалось ранее, для работы главных эжекторов тре­ буется рабочий пар давлением 0,8—1,2 МПа (8—12 кгс/см2). Вели­ чина давления рабочего пара определяется в зависимости от темпера­ туры охлаждающей воды, поступающей в конденсатор. Давление, равное 0,8 МПа (8 кгс/см2), устанавливается при температуре воды до 295—297 К-

Давление, равное 1,2 МПа (12 кгс/см2), устанавливается при температуре воды 300—301 К. Промежуточное давление пара соот­ ветствует промежуточной температуре охлаждающей воды.

При температуре охлаждающей воды выше 295—297 К давление конденсации в главном конденсаторе увеличивается настолько, что для преодоления степени сжатия главных эжекторов требуется уве­ личение расхода рабочего пара за счет повышения его давления.

Регулирование холодопроизводителыюсти производится путем выключения или включения в работу отдельных секций испарителя, что достигается закрытием или открытием парового клапана на ли­ нии той или иной группе главных эжекторов. При автоматическом регулировании холодопроизводительности сигнал к закрытию и открытию автоматических паровых клапанов поступает от реле 43.

Термобаллоны этих реле ввертываются в гильзы, вваренные в трубопровод хладоносителя, в местах, указанных на схеме. Одно реле, воздействующее на клапан, установленный на трубе подачи пара к эжекторам левой секции испарителя, настроено на закрытие при температуре охлажденной воды 278 К и на обратное включение этого клапана при температуре 281 К. Другое реле, воздействую­ щее на клапан, установленный на трубе подачи пара к эжекторам средней секции испарителя, настроено на закрытие при температуре охлажденной воды 276 К и на обратное включение при температуре охлажденной воды 279 К. Третье реле, воздействующее на клапан, установленный на трубе подачи пара к эжекторам правой секции испарителя, настроено на закрытие при температуре охлажденной воды 274 К с целью защиты машины от замерзания воды в испа­ рителе. С выключением третьего клапана охлаждение воды в ма­ шине прекращается. Последующий пуск машины в работу в этом случае производится вручную.

Все три автоматических клапана сблокированы также с реле давления, действующего на закрытие клапанов в зависимости от давления в главном конденсаторе. Реле давления настраивается на отключение клапанов при давлении в главном конденсаторе, равном 40—47 кПа (300—350 мм рт. ст.), с целью защиты машины от чрезмерного повышения давления.

Ручное регулирование холодопроизводительности (запорными клапанами 4, 6, 8) предусматривается на случай выхода из строя автоматического управления.

169

Вкрупных машинах испаритель может быть разделен глухими перегородками на три части по четыре главных эжектора в каждой, что будет допускать работу машины на полную холодопроизводительность, на 2/3 и 1/3 полной холодопроизводительности.

Вмашинах меньшей производительности испаритель может быть разделен перегородками также на три части; тогда в двух частях находятся по два главных эжектора и в третьей части — четыре главных эжектора. Согласно указанной ранее последовательности последней выключаемой секцией будет секция испарителя с четырьмя главными эжекторами. Таким образом эти машины будут иметь возможность работать на полную холодопроизводительность, на 3/4

и1/2 полной холодопроизводительности.

Аналогичный способ регулирования принят и в машинах, уста­ новленных на судне «Орсей». Каждая машина имеет четыре глав­ ных эжектора, вынесенных из испарителя, разделенного, в свою очередь, на четыре секции. Корпус эжектора чугунный, паровая коробка — стальная литая, сопловая доска — из латуни, а сопла — из легированной стали. К трем эжекторам пар подается с помощью автоматических электромагнитных клапанов, получающих импульс от термореле, чувствительный элемент которого находится в отлив­ ном трубопроводе. В машине, установленной на танкере «ИдэмицуМару», имеется один внешний главный эжектор, паровая коробка которого изготовлена из бронзы, сопло — чугунное, диффузор — стальной. Уровень воды в испарителе регулируется не с помощью поплавкового регулятора, а электромагнитным клапаном, пополняю­ щим испаритель от конденсатного насоса. Регулирование произво­ дительности осуществляется двухпозиционным электромагнитным клапаном подачи пара к главному эжектору (0 и 100%). Предусмот­ рена подача пара непосредственно под уровень воды в испарителе для ее подогрева в зимнее время.

Несмотря на конструктивную простоту пароводяных эжектор­ ных машин, их работа в системе хладоснабжения имеет ряд особен­ ностей, связанных с необходимостью обеспечения тепловой и гидро­ динамической устойчивости.

Объемная производительность главных эжекторов является по­ стоянной величиной. Поэтому, так же как и в компрессорной холо­ дильной машине, при уменьшении тепловой нагрузки давление испарения (а с ним и температура) будет понижаться до тех пор, пока при увеличении удельного объема не восстановится объемный расход отсасываемого холодного пара. Следовательно, при отсут­ ствии автоматического или ручного регулирования постоянное соответствие холодопроизводительности тепловой нагрузке испари­

испытания большого количества эжекторных холодильных машин самых разнообразных конструкций, работающих в диапазоне темпе­ ратур испарения от 275 до 288 К. По данным этих испытаний была построена обезличенная графическая зависимость Q0 = f (7%), дей-

170

ствительная для любой эжекторной холодильной машины, описы­ ваемая формулой

номинала (рис. 84).

Однако тепловая устойчивость машины при дальнейшем увели­ чении нагрузки и особенно при достаточно высокой температуре забортной воды, поступающей в конденсатор Tw,, начинает нару­ шаться. При увеличении Q„ возрастает тепловая нагрузка на глав­ ный конденсатор, которая слагается из тепла, вносимого холодным паром и равного холодопроизводительности машины Q0, и тепла,

171

вносимого рабочим паром и остающегося неизменным при постоян­ ном давлении рабочего пара. Возрастание тепловой нагрузки на конденсатор приводит к тому, что из-за нехватки теплопередающей поверхности максимально допустимое давление в конденсаторе Р к тах,

при котором машина работает без срывов, достигается при меньшем значении TWl. Кроме того, в случае увеличения количества отсасы­ ваемого холодного пара G„ при неизменном расходе рабочего пара Gp.n

в конденсаторе и испарителе машины) и уменьшению значения TWl, при котором машина работает устойчиво.

(когда холодопроизводительность машины еще сохраняется посто­ янной) и критической Тк.кр (когда наступает срыв машины, потеря тепловой устойчивости — значение Q0 резко падает) температур конденсации от температуры испарения при различных давлениях рабочего пара (рис. 85). Были определены также предельные TWlпр

икритические TWl кр температуры забортной воды, соответствующие полученным величинам Тк. пр и Тк, кр.

Одновременно с опасностью потери тепловой устойчивости при возрастании тепловой нагрузки или температуры забортной воды существует опасность потери машинной гидродинамической устой­ чивости.

Во избежание вторичного вскипания воды на входе в бустерный насос, вызывающего кавитацию и срыв работы — отсутствие подачи, насос должен быть расположен с определенным занижением по отношению к уровню воды в испарителе. При секционной работе машины уровень в испарителе изменяется. Это оказывает влияние

ина надежную работу отливного коллектора, в который может

1 72

попасть пар из неработающей секции испарителя, где устанавли­ вается давление конденсации [37].

Для получения экспериментальных данных по оптимальному расположению бустерных насосов и отливных коллекторов относи­

Чтобы обеспечить перемещение насоса и коллектора по высоте во время работы машины, на отливе хладоносителя из испарителя к коллектору, от коллектора к бустерному насосу и от бустерного насоса к насосу хладоносителя были установлены гибкие вставки —

1 — секционный испаритель; 2 — подпитка испарителя конденсатом; 3 — смотровые стеклянные трубы; 4 — отливной коллектор; 5 — гибкий рукав; 6 — бустерный насос; 7 — подача хладоносителя; 8 — насос хладоносителя.

резинотканевые рукава. Перемещение насоса производилось по вертикальной опоре при помощи талей, а перемещение коллектора — домкратами, установленными под коллектором.

Уровень воды при отливе ее из крайних секций испарителя опре­ деляли по уровню в стеклянных смотровых трубах, установленных параллельно гибким вставкам.

Машина работала с поочередным отключением крайних секций испарителя, при заглушенной трубе отсоса паровоздушной смеси, связывающей всасывающую полость бустерного насоса с паровым пространством испарителя. Этим устранялось влияние на всасы­ вающую полость бустерного насоса повышенного давления, которое создавалось в отключаемой третьей секции испарителя. Режим ра­ боты машины — температура испарения 275 К и температура охла­ ждающей воды 301 К. Эти условия создавали значительную разницу в уровнях воды работающих и неработающей секций испарителя, при котором возможна эксплуатация машины. Отключение одной секции испарителя сопровождалось перераспределением воды по

173

секциям: в неработающей секции уровень понижался, а в работаю­ щих секциях уровень повышался за предел, который поддержи­ вается поплавковым регулятором. Перемещение насоса и коллек­ тора производилось после того, как в результате выпаривания уровень воды в работающих секциях испарителя снижался до нор­

Как указывалось ранее, с выключением одной секции уровень воды

вработающих секциях повышался.

Свыключением первой секции под­

боту ранее неработающей секции испарителя и первоначальном нормальном уровне воды в двух работающих секциях уровень воды во всех трех секциях снижался на 40—50 мм по сравне­ нию с нормальным.

174