3. Порядок виконання роботи

1. Познайомитися з конструкціями наявних у лабораторії прямотечійних і непрямотечійних поршневих компресорів;

2. У машинному залі виміряти необхідні величини для розрахунку мертвого простору компресора ФУ –25.

3. Обчислити величину відносного мертвого простору.

Протокол лабораторної роботи повинен містити:

1. Індикаторну діаграму поршневого компресора.

2. Ескіз 2^Х-циліндрового непрямотечійного поршневого компресора із зазна-ченням на ескізі не менше за 10 деталей.

3. Принципи маркірування холодильних компресорів.

4. Обмірювані величини параметрів компресора.

5. Розрахунок відносної величини мертвого простору компресора ФУ –25.

Контрольні питання

1. У чому конструктивна відмінність прямоточного компресора від непрямоточного?

2. Розшифруйте марки компресорів: 4ФУ –12; ПБ –6; ВХ410-2-3.

3. Поясните сутність процесу 3—4 на діаграмі. Які клапани відкриті при цьому?

4. Що такий відносний мертвий простір компресора?

Лабораторна робота № 3 Дослідження характеристик теплообмінних апаратів холодильних машин

1. Мета роботи - поглиблення знань з теорії теплопередачі, вивчення конструкцій теплообмінних апаратів і методів їхнього розрахунку і вибору.

У результаті виконання роботи повинно бути засвоєне:

1. Обладнання і конструктивні особливості різноманітних типів теплообмін-них апаратів.

2. Основні критерії оцінки ефективності їхньої роботи.

3. Методи розрахунку і добору теплообмінних апаратів.

Література (1, с.237-251, 270-279; с.166-176, 186-196; 3).

Остання монографія рекомендується студентам для більш глибокого вивчення окремих питань.

Завдання

1. Ознайомитися з конструкцією і принципом дії різноманітних теплообмін-них апаратів.

2. Провести випробування конденсатора холодильної машини і визначити ефективний коефіцієнт теплопередачі.

2. Загальні відомості

Холодильна машина складається з чотирьох основних елементів: випарника, конденсатора, компресора та дросельного вентиля. Розглянемо роботу випарника і конденсатора.

Випарник — це теплообмінний апарат, в якому теплота відводиться від охолоджуваного середовища до холодоагента.

Конденсатор призначений для відведення теплоти фазового переходу в процесі конденсації холодоагента до охолоджуваного середовища. Іноді в конденсаторі здійснюється також охолодження рідкого холодоагента до температури, нижчої від тієї, за якої відбувається конденсація (переохолодження).

У каскадних холодильних машинах, які використовуються для одержання температур –170…- 200 °С, при високих температурах конденсації, крім конденсатора й випарника, є апарат, що називається випарником-конденсатором. У ньому відводиться теплота конденсації від холодоагента, який здійснює зворотний цикл у нижчому ступені каскаду, до киплячого холодоагента, який здійснює цикл у верхньому ступені каскаду.

Регенеративний теплообмінник РТО забезпечує перегрівання пари холодоагента після випарника і переохолодження рідкого холодоагента перед дроселюванням.

Градирня забезпечує надходження оборотної охолоджуючої води до конденсатора холодильної машини.

ВИПАРНИКИ

Випарники класифікують за найбільш характерними ознаками.

За характером охолоджуваного середовища (за призначенням) випарники бувають: 1) для охолодження рідких холодоносіїв та технологічних продуктів, повітря та газоподібних технологічних продуктів (тобто, коли відбувається безпосередній теплообмін між охолоджуваним об'єктом та холодоагентом), твердих технологічних продуктів; 2) випарники-конденсатори.

У холодильній техніці теплообмінні апарати, що використовуються для охолодження рідких холодоносіїв та рідких технологічних продуктів, називають випарниками, а апарати для охолодження повітря — батареями та повітроохолоджувачами.

Залежно від умов циркуляції охолоджуваної рідини випарники можуть бути відкритого або закритого типу. Випарниками закритого типу називають випарники із закритою системою циркуляції охолоджуваної рідини, що прокачується насосом. До них належать кожухотрубні та кожухозмійовикові випарники. Випарниками відкритого типу називають випарники з відкритим рівнем охолоджуваної рідини, циркуляція якої створюється мішалкою. До них відносяться вертикально-трубні та панельні випарники.

За характером заповнення холодоагентом випарники розподіляють на затоплені й незатоплені. До останніх належать зрошувальний, кожухотрубний з кипінням у трубах та змійовиковий випарники з верхньою подачею рідини.

Випарники також розподіляють на групи залежно від того, на якій поверхні кипить холодоагент: -в міжтрубному просторі (кожухотрубні затоплені та зрошувальні) чи всередині труб і каналів (кожухотрубні з кипінням у трубах, вертикально-трубні та панельні). Останній поділ важливий з точки зору вибору моделі для розрахунку тепловіддачі киплячої рідини.

За характером руху холодоагента розрізняють випарники з природною та змушеною циркуляцією.

КОНДЕНСАТОРИ

Залежно від виду охолоджуваного середовища конденсатори можна поділити на такі групи: з газовим, переважно повітряним, охолодженням; з рідинним, переважно водяним, охолодженням; з рідинногазовим, переважно водоповітряним охолодженням; з охолодженням киплячою рідиною; з охолодженням шляхом відведення теплоти до грунту — грунтові конденсатори.

Залежно від умов, за яких подається холодоагент до апарата, він може конденсуватися на зовнішній поверхні теплообміну (кожухотрубні конденсатори), всередині труб і каналів (зрошувальні, випарні й повітряного охолодження та пластинчасті).

За характером омивання поверхні теплообміну охолоджуваним середовищем розрізняють конденсатори з природною та примусовою циркуляцією середовища, із зрошенням поверхні апарата охолоджувальною рідиною, з кипінням охолоджувальної рідини.

Конденсатори з водяним охолодженням

Конденсатори кожухотрубні горизонтальні (КТГ). Найчастіше використовуються в установках середньої та вищої продуктивності.

Кожухотрубні конденсатори можуть бути виконані з труб як прямих, так і U-подібних, коли апарати мають одну кришку.

Трубний пучок в аміачних конденсаторах набирають із сталевих труб.

Густина теплового потоку (питомий теплозйом) в аміачних кожухотрубних конденсаторах становить 4—5 , швидкість води 0,8—1,5 м/с. Іноді ці апарати використовують і для R22. Однак для фреонів у більшості випадків виготовляють спеціальну апаратуру, яка має свої особливості та відмінності порівняно з аміачною, зокрема оребрення труб.

Профіль оребрення впливає на інтенсивність процесу. Перевагу надають профілю з меншим розміром ребер: висота до 3, крок між ребрами 0,9—1,27мм.

Конденсатори кожухотрубні вертикальні (КТВ). Апарати цього типу — це вертикальна циліндрична обичайка з привареними до неї ґратами, в яких розвальцьовані стальні труби. Конденсація відбувається на зовнішній поверхні труб, а вода у вигляді плівки стікає всередині труб під дією сили тяжіння. На конденсаторі установлюють живильний бак з отворами та ковпачками для розподілу води.

У промисловості використовують аміачні конденсатори KB, що відрізняються компактною конструкцією, високими коефіцієнтами теплопередачі (К=800 )) та можливістю використання як охолоджувального середовища, крім циркуляційної, так і річкової чи ставкової води, навіть забрудненої. Середній температурний рівень у таких конденсаторах становить  = 4—7 °С.

Пластинчасті конденсатори. Для однофазних рідин апарат пластинчастого типу (рис. 3.4) вперше почали застосовувати у молочній промисловості, потім у хімічній та інших галузях народного господарства. Поверхні такого типу набирають з гофрованих пластин товщиною близькою до 1 мм.

Розрізняють три типи пластинчастих апаратів: розбірний, напіврозбірний та зварний. Перший тип апаратів набирають з гофрованих пластин, ущільнених за периметром гумовими прокладками, другий ‑ з попарно зварених за периметром пластин, ущільнених між собою гумовими прокладками, третій тип — суцільно-зварений.

Випарні конденсатори

Застосування випарних конденсаторів (ВК) в зонах із сухим і спекотним кліматом може бути більш економічно доцільнішим, ніж використання кожухотрубних конденсаторів та градирень. Вони дають змогу при високих температурах зовнішнього повітря одержувати достатньо низькі температури конденсації tк. При цьому витрати води будуть мінімальними.

Рис. 3.1 – Горизонтальний хладоновий кожухотрубний конденсатор.

Рис. 3.2 – Горизонтальний хладоновий кожухозмійовиковий конденсатор.

Рис. 3.3 – Горизонтальний аміачний кожухотрубний конденсатор:

1—запобіжний клапан; 2 — зрівнювальна лінія; 3—вихід аміаку; 4 — манометр; 5, 6— спуск повітря; 7, 8 — вихід і вхід води; 9 — злив води

Рис. 3.4 – Просторова схема організації потоків у пластинчастому конденсаторі:

темні стрілки—охолоджуюча рідина, світлі—пара; заштриховані—конденсат; 1, 3—ліві та права притискні плити, 2 — теплообмінні гофровані пластини.

Рис. 3.5 – Випарний конденсатор:

1-вентилятор з електродвигуном; 2-корпус; 3-фільтр; 4-краплевідбійник; 5-вхід газоподібного холодоагента; 6-вихід рідкого холодоагента; 7 - жалюзі, 8 - водозбірник, 9-злив води; 10- насос, I-IV-зони зміни температури повітря.

Конденсатор випарного охолодження — це розміщений у кожусі пучок гладких чи оребрених труб, який зрошується ре циркулюючою водою та продувається повітрям. З метою економії суцільно стягнутих труб поверхня конденсатора може бути складена з листоканальних елементів.

Розрахунок теплообмінних апаратів зводиться до визначення необхідної поверхні теплообміну F за рівнянням теплопередачі

, (3.1)

де - теплове навантаження на конденсатор;  - температурний напір, що звичайно обчисляють як середньологарифмічну різницю температур агента й охолоджуючого середовища

, (3.2)

де - температура конденсації агента;

, - температура води на вході і на виході з конденсатора.

У проточних конденсаторів  = 5 - 8 С.

Коефіцієнт теплопередачі k для оребренных труб, віднесений до внутрішньої їхньої поверхні, може бути обчислений за формулою

, (3.3)

де _А і _В - коефіцієнти тепловіддачі з боку агента і води відповідно ;

F _ВН і F_З - внутрішня і зовнішня поверхня труби;

_і  _і - сума термічних опорів стінок труби і забруднень.

Таким чином, при обчисленні значення k задача зводиться в основному до визначення _А і _В .

У літературі наведена методика розрахунку цих значень (див. [1], с. 246-248). Проте на практиці частіше користуються графоаналітичним методом розрахунку ( [1] с.248-251). Крім того, в інженерних розрахунках поверхні теплообмінного апарата можна задатися розміром k у залежності від типу апарата і роду холодильного агента.

Розміри k, що рекомендуються для різноманітних типів конденсаторів і випарників, наведені у табл. 3.1.

Таблиця 3.1

Конденсатор	k, Вт/(м2 К)	Випарник	k, Вт/(м2 К)
Горизонтальний кожухотрубний: для аміаку для хладоіов		Кожухотрубний для аміаку для хладонів
			460-580
	800-1000		230-350
	460-580
Зрошувальний	700-900	Кожухозмійовиковий	300-1000
Повітряний (із примусовою циркуляцією повітря)	20-40	Панельний	460-580

Експериментальне значення коефіцієнта теплопередачі k визначають із формули (3.1)

При цьому теплове навантаження на конденсатор визначають по воді з умови теплового балансу в конденсаторі (кількість тепла, яка віддається холодоагентом у конденсаторі, дорівнює кількості тепла, прийнятої охолоджуючою водою).

Q_K^A = Q_K^B = V_B С_В  (t_ВИХ-t_ВХ) , (3.4)

де V_B – об'ємні витрати води, м³/с ; _B – густина води, кг/м³ ; С_В – теплоємність води, кДж/(кгК).

Розмір теплопередаючої поверхні конденсатора приймають із технічного паспорта агрегату F_K = 4 м², а температурний напір розраховують за формулою (3.4) з урахуванням отриманих експериментальних даних по  (треба побудувати графік зміни температури води і хладона по довжині конденсатора).

Рис. 3.6 – Зміна температури води і хладона у конденсаторі.