• Гідрологія і Гідрометрія
• Господарське право
• Економіка будівництва
• Економіка природокористування
• Економічна теорія
• Земельне право
• Історія України
• Кримінально виконавче право
• Медична радіологія
• Методи аналізу
• Міжнародне приватне право
• Міжнародний маркетинг
• Основи екології
• Предмет Політологія
• Соціальне страхування
• Технічні засоби організації дорожнього руху
• Товарознавство продовольчих товарів

Конденсатори

Призначені для передавання теплоти від робочого тіла навколишньому середовищу чи джерелу теплоти високої температури (в теплових насосах). При цьому в апараті робоче тіло спочатку охолоджується до температури насичення, а потім конденсується (змінює свій агрегатний стан) та охолоджується на декілька градусів нижче температури конденсації.

Залежно від роду охолодного середовища, яке сприймає теплоту від холодильного агента, конденсатори поділяються на дві великі групи: з водяним чи повітряним охолодженням. До окремої групи можна віднести конденсатори, в яких охолодження відбувається технологічним продуктом, та випарники-конденсатори каскадних холодильних машин.

Залежно від принципу відведення теплоти конденсатори з водяним охолодженням поділяються на проточні, зрошувальні та випарні. Зрошувальні та випарні іноді називають конденсаторами з водоповітряним охолодженням.

До проточних конденсаторів відносяться горизонтальні та вертикальні кожухотрубні, пластинчаті, пакетно-панельні та елементні. Відведення теплоти в проточних конденсаторах відбувається за рахунок нагрівання води в середньому на 4-8°С. Рух води всередині труб чи каналів забезпечується насосами.

В зрошувальних конденсаторах значна частина теплоти витрачається на нагрівання води, проте частина теплоти витрачається на випаровування води в повітря.

У випарних конденсаторах теплота витрачається на випаровування води в повітря та нагрівання повітря. Температура води, що зрошує такий конденсатор практично не змінюється.

Повітряні конденсатори діляться на конденсатори з примусовим та вільним рухом повітря. Перший тип складається з теплообмінної поверхні та вентилятора з окремим електродвигуном чи приводом від двигуна компресора. Конденсатори з вільним рухом повітря не мають вентиляторів, вони прості у виготовленні та дешеві, не споживають електроенергії, не шумлять, однак мають меншу інтенсивність теплопередачі через низькі коефіцієнти тепловіддачі та більшу температуру та тиск конденсації. Область використання їхнього обмежується невеликими холодильними машинами.

У водяних конденсаторів інтенсивність теплопередачі значно вища, тому до останнього часу у холодильних машинах великої та середньої продуктивності використовувалися тільки вони. Однак дефіцит водних ресурсів спричинив необхідність переходу від конденсаторів з водяним охолодженням до водоповітряних та повітряних конденсаторів з примусовим повітряним охолодженням.

Класифікація конденсаторів холодильних машин побудована за вищенаведеними принципами наведена на рис.8..

Рис.8. . Класифікація конденсаторів холодильних машин

Вимоги, що ставляться до конденсаторів. Висока інтенсивність теплопередачі. Так зниження температури конденсації на один градус (з 30 до 29°С) дає, в середньому, економію 1,5% питомої витрати електроенергії. Зниження температури холодоагенту на 1°С нижче температури конденсації дає ще близько 1,5%. Для забезпечення високої інтенсивності необхідно забезпечити: швидке видалення конденсату з поверхні теплообміну та недопускання підтоплення поверхні рідким ХА; відсутність повітря та інших газів, що не конденсуються в зоні конденсації; відсутність, а при неможливості відсутності – вчасне та повне видалення мастила з конденсаторів; недопущення забруднення поверхні теплообміну зі сторони охолодного середовища, а при неможливості недопущення – своєчасне очищення цих поверхонь.

Для зменшення витрати електроенергії на привід водяних насосів проточних та вентиляторів повітряних конденсаторів необхідно, щоб вони мали низький гідравлічний опір. Як відомо, гідравлічний опір суттєво залежить від швидкості потоку. Однак зменшення швидкості і, відповідно гідравлічного опору, призведе до зменшення інтенсивності процесів теплообміну. Таким чином, під час розроби нових типів теплообмінних апаратів, необхідно так врахувати вимоги, що протирічать одна одній, щоб отримана конструкція мала найвищу ефективність та мінімальні капітальні та експлуатаційні витрати.

Горизонтальні кожухотрубні конденсатори. Отримали широке поширення в аміачних та фреонових холодильних машинах у великому діапазоні холодопродуктивності. Схематичне зображення аміачного конденсатора наведена на рис.8. .

До циліндричного корпусу 1 з двох сторін приварено трубні решітки 2, в отворах яких закріплені теплообмінні труби (вальцюванням, зварюванням і т.п). Між трубами, трубними решітками та корпусом утворюється замкнений простір, який називають міжтрубним. До фланців трубних решіток болтами закріплюють кришки 3 з внутрішніми перегородками 20, кількість та розташування яких залежить від кількості ходів води через трубний пучок апарата. Пара аміаку поступає у міжтрубний простір через вентиль 4 і конденсується на зовнішній поверхні теплообмінних труб, віддаючи теплоту охолодній воді, яка рухається в них. У випадку великої довжини труб для рівномірного подавання пари на поверхню теплообміну, на вході може бути облаштовано вхідний паровий колектор з’єднаний з міжтрубним патрубком кількома окремими патрубками.

Рис.8. . Схематичне зображення кожухотрубного аміачного конденсатора

Рідкий аміак та мастило, що може міститися у парі, збираються у мастилозбірнику 17. З верхньої частини мастилозбірника аміак відводиться через вентиль 19 у лінійний ресивер, а мастило з нижньої частини через вентиль 18. Кількість мастила незначна, тому воно відводиться з конденсатора періодично по мірі накопичення.

Всередині корпусу можуть облаштовуватися перегородки 7 щоб запобігти вібрації труб від пульсації пари (при великій довжині).

Охолоджувана вода подається в нижній патрубок 14, проходить всередині труб кілька разів (як правило парну кількість, що не перевищує восьми) та виходить через патрубок 13.

Конденсатор обладнано патрубком для приєднання лінії вирівнювання тиску 5 (для випадку паралельної роботи кількох конденсаторі), запобіжним клапаном 8, манометром 9, вентилем для випускання повітря 10, вказівником рівня 16. Вентилі 11 та 15 служать для випускання повітря та зливання води відповідно. В патрубки підведення та відведення води вварені термометричні гільзи 12.

На рис.8. . зображено горизонтальний кожухотрубний аміачний конденсатор типу КГТ

Густина теплового потоку таких конденсаторів віднесена до внутрішньої поверхні становить 5800-6500 Вт/м² при середній логарифмічній різниці температур 5-6°С. Аміачні конденсатори використовуються також на R22. Однак більшість фреонових холодильних машин комплектуються іншими за конструкцією конденсаторами. Вони мають мідні труби, поверхня яких має накатані чи насадні ребра. Нижня частина корпусу вільна від труб і виконує роль ресивера. Заміна стальних труб мідними здорожує апарат, проте густина теплового потоку в них досягає 12000 Вт/м² при середній різниці температур 7-10°С.

Конструкція горизонтального фреонового конденсатора наведена на рис. 8. .

Рис. 8. . Фреоновий горизонтальний кожухотрубний конденсатор

Конденсатори холодильних машин малої продуктивності, як правило, виконуються кожухозмійовиковими. При цьому труби можуть бути як U – подібними, так і у вигляді змійовика, при цьому корпус також виконує роль ресивера. Однак в таких конденсаторах ускладнена очистка поверхні теплообміну. На рис. 8. показано конструкцію конденсатора КТР–3 з площею поверхні теплообміну 3 м². Вісім U- подібних труб 4 зі стальними оцинкованими ребрами розвальцьовані в трубній решітці 2. Корпус конденсатора виконаний із стальної цільнотягнутої труби 1 заварено з однієї сторони днищем 5. З іншої сторони до корпусу приварена трубна решітка, до якої болтами кріпиться чавунні лита кришка 3 з внутрішніми перегородками та двома отворами з різьбою для кріплення патрубків підведення та відведення води, яка протікає через апарат чотирма ходами.

Рис. 8. . Кожухозмійовиковий конденсатор КТГ-3

В конденсаторах фреонових турбохолодильних машин (рис. 8. ) подавання пари здійснюється в нижню частину конденсатора, що дозволяє здувати плівку конденсату з мідних ребристих труб. Встановлення ж перегородок в міжтрубний простір не дозволяє конденсату з верхніх рідів труб стікати на нижні. Швидкість води в конденсаторах становить до 2,5 м/с. Густина теплового потоку до 17000-23000 Вт/м².

Рис.8. . Конденсатор фреонової турбохолодильної машини

Вертикальні кожухотрубні конденсатори. Ці апарати відрізняються від попередніх вертикальним розміщенням корпусу та труб (рис.8 ) та способом розподілення води.

До корпусу 4 з двох сторін приварено трубні решітки 12, в отворах яких розвальцьовані гладкі сталеві труби 11 діаметром 57х3,5 мм.

Пара аміаку поступає у міжтрубний простір через патрубок 1, розташований у верхній частині корпусу. Конденсат стікає по зовнішній поверхні труб та відводиться через патрубок 11 приварений на 80 мм вище нижньої трубної решітки. На верхній трубній решітці розташовано водорозподільний бак 7 з циліндричною перегородкою 8. Пристрій кріпиться болтами до корпусу та ущільнюється за допомогою резинової прокладки 10. Охолодна вода подається зверху у кільцевий простір водорозподільного баку, звідки через прорізи в перегородці поступає до трубного пучка. В кожну трубу вставлена пластмасова насадка 9, на бічній поверхні якої виконано спіральні канали. Дякуючи цьому вода стікає по внутрішній поверхні труб у вигляді плівки.

Повітровіддільник підключено до конденсатора через патрубок 2 розташований на 500-560 мм вище нижньої трубної решітки.

Для періодичного видалення мастила слугує патрубок 9, вигнута трубка якого опущена до трубної решітки. Конденсатор обладнано запобіжним клапаном 4, манометром 7, вентилем для випускання повітря 5, патрубком для приєднання вирівнювальної лінії 3.

Ці конденсатори використовуються в холодильних машинах великої продуктивності. Основна перевага – відносна легкість очистки поверхні теплообміну зі сторони води. Густина теплового потоку, віднесена до внутрішньої поверхні, становить 4700-5200 Вт/м². Виготовляються серійно площею поверхні 50-250 м².

Рис.8. . Вертикальний аміачний кожухотрубний конденсатор КВ

Пакетно-панельні конденсатори. Виникли в результаті бажання замінити більш дорогі труби на штампований листовий прокат. На рис.8. представлено панельно-пакетний конденсатор.

Рис.8. . Пакетно-панельний аміачний конденсатор: а)схема, б)панель, в)схема руху середовищ

Конденсатор складається з кількох секцій, основним елементом яких є панель 2. Кожна панель утворена двома листами, на яких за допомогою штампа зроблені впадини та виступи. Листи по довгим кромкам зварені між собою суцільним, а по впадинам – точковими швами. Таким чином, в панелі утворюється ряд вертикальних каналів, у яких конденсується аміак.

Вода входить через патрубок 3, виконаного у вигляді колектора з отворами, проходить між секціями і виходить через патрубок 4. Послідовний рух води між секціями забезпечується вертикальними щілинами між кромками та вертикальним стояком рами. Щілини розташовано почергово з правої та лівої сторін суміжних секцій.

За технологічними та малогабаритними показниками вони близькі до горизонтальних кожухотрубних конденсаторів.

Секційні конденсатори та конденсатори типу труба в трубі. Кожна секція секційного конденсатори представляють собою горизонтальний кожухотрубний конденсатор з малим числом труб. На рис. 8. показано такий конденсатор. Достоїнством такого конденсатора є можливість отримання переохолодженого конденсату на виході з апарата. Відношення l/D в таких апаратах сягає 15–20, тому відношення ваги корпуса та кришок в загальній масі досить велике (до 100 кг/м²). Пара аміаку поступає через патрубок 1, а рідкий аміак відводиться з аміачного ресивера через патрубок 4. Вода на секції конденсатора подається та відводиться паралельно через патрубки 5 та 6 відповідно. Мастило відводиться з мастилозбірника через вентиль 3. Для контролю рівня аміаку встановлено мірне скло 2.

Рис.8. . Секційний аміачний конденсатор

Конденсатори типу труба в трубі (двотрубні) останнім часом не випускаються і зустрічаються на старих працюючих холодильних установках. Достоїнством цих конденсаторів є можливість переохолодження конденсату при організації протитечійного руху пари та охолодної води. На рис.8. наведено конденсатор типу труба в трубі.

Подібна конструкція може використовуватися для переохолодження аміаку після кожухотрубних конденсаторів.

Секційні та двотрубні конденсатори останнім часом не випускаються із-за значної металоємності.

Рис.8. . Конденсатор (переохолодник) типу труба в трубі

В автономних кондиціонерах невеликої продуктивності отримали поширення двотрубні конденсатори, що представляють собою дві трубки, вставлені одна в одну і закручені у змійовик. Якщо зовнішня трубка виконана з резини, то конденсація холодильного агента відбувається у внутрішній трубці. Всередину спірального змійовика в такій конструкції встановлюють герметичний компресор, що дозволяє отримати компактну конструкцію кондиціонера.

Пластинчаті конденсатори. Конденсатори цього типу останнім часом знайшли широке використання у комплексних холодильних машинах для охолодження рідких холодоносіїв – “чилерах”, особливо там, де принциповим є вміст системи по холодильному агенту (аміаку через небезпечні властивості, фреону – через вартість). Ці конденсатори вигідно відрізняються від інших конструкцій своєю компактністю, високою ефективністю та малим вмістом холодильного агенту.

Поверхня такого апарата збирається з гофрованих пластин. Пластини по контуру можуть мати резинове ущільнення або бути звареними. При збиранні між пластинами утворюється щільові канали, через які почергово проходять охолодна вода та холодильний агент (рис.8. ). Дві плити стискають пластини гвинтовими пристроями. На плитах розташовано штуцери приєднання трубопроводів.

Рис.8. . Схема організації потоків у пластинчатому конденсаторі

В даний час знайшли поширення напіврозбірні (рис.8. ) та цільнозварні (рис.8 ) конструкції. В напіврозбірних конструкціях є можливість механічного чищення поверхні теплообміну зі сторони охолодного середовища, а в цільнозварних чищення можливе лише хімічним шляхом. Останні здебільшого використовують як конденсатори теплових насосів, де охолодним середовищем слугують проміжні теплоносії, які не забруднюють поверхню теплообміну – дистильована чи хімічно очищена вода, гліколь, спиртові розчини тощо.

Рис.8. . Напіврозбірний пластинчатий конденсатор

Рис.8. . Цільнозварний пластинчатий конденсатор

Зрошувальні конденсатори. Зрошувальними називають конденсатори, в яких тепло конденсації передається через стінку труби до води, яка стікає по зовнішній поверхні у вигляді плівки. Теплота конденсації відводиться від поверхні як шляхом нагрівання води, так і за рахунок її випаровування у повітря. Частина води, яка випаровується компенсується добавлянням свіжої води. Якщо свіжої води недостатньо, то частина нагрітої води скидається, а замість неї подається свіжа, більш холодна. Принципова схема конденсатора показана на рис. 8. .

Рис.8. . Принципова схема зрошувального конденсатора

Для нормальної роботи такого конденсатора необхідно мати систему оборотного водопостачання, оскільки лише невелика частина теплоти відводиться за рахунок конденсації, а отеплена вода потребує охолодження.

На рис.8. представлено серійний зрошувальний конденсатор. він складається з трубчатих секцій змійовиків, поверхнею теплообміну 15 м². Між собою секції поєднані колекторами, з яких аміак поступає в ресивер. Кожна секція виготовлена із сталевих труб діаметром 57х3,5 мм та має п’ять проміжних відводів для рідкого аміаку. Конденсатор обладнано водорозподільним пристроєм, запірною арматурою та двотрубним повітровід дільником, встановленим на ресивері.

Пара аміаку поступає у нижні труби секції та направляється вверх. Ззовні труби зрошуються водою, що стікає з водорозподільних жолобів. По мірі конденсації рідкий аміак стікає через проміжні відводи у ресивер.

Рис.8. . Зрошувальний аміачний конденсатор (тим МКО)

Густина теплового потоку конденсатора досягає 4100-5200 Вт/м². Витрата води складає 10-12 м³/год. До переваг можна віднести: менша витрата води в порівнянні з кожухотрубними; менша питома витрата металу (40-45 кг/м²); простота у виготовленні та надійність в роботі; можливість використання забрудненої води; простота очистки поверхні. Недоліки: громіздкість, необхідність встановлення у відкритому просторі, необхідність слідкувати за водорозподільним пристроєм, значне забруднення оборотної води.

Випарні конденсатори. З метою зменшення витрати води останнім часом широко використовуються випарні конденсатори. Використання випарних конденсаторів забезпечу деяку економію води та електроенергії навіть у порівнянні з варіантом кожухотрубного конденсатора з градирнею. В таких конденсаторах на відміну від зрошувальних повітря рухається примусово. Вся теплота відводиться повітрям та водою, що випаровується, тому температура води на вході та на виході з апарата практично однакова. Процес зміни стану повітря у випарному конденсаторі зображений у h-d діаграмі вологого повітря наведено на рис.8. . Точка 1 – стан повітря на вході у конденсатор, 2 – на виході з конденсатора, 3 – насиченого повітря поблизу водяної плівки, m – середній стан повітря у конденсаторі.

Рис.8. . Процес зміни стану повітря у випарному конденсаторі

Конструктивно випарний конденсатор ИК (рис.8. ) представляє собою змійовик 5 виконаний з ребристих труб, в середині яких конденсується холодильний агент. Змійовик розміщено в корпус, через який вентилятором 10 продувається повітря. Через зрошувальний пристій 11 (форсунки, перфоровані труби) надходить вода у кількості необхідній для повного змочування труб. Вода, що не випарувалася збирається на дні корпусу і насосом 2 знову подається на зрошувальний пристрій. Свіжа вода додається через поплавковий регулятор рівня 4 у кількості, що дорівнює випареній та винесеній повітрям воді. Для скорочення втрат за рахунок винесення повітрям встановлюють сепаратор 6. Пари аміаку поступають спочатку у форконденсатор 8, де охолоджуються майже до температури конденсації. При цьому відбувається також конденсація мастильних парів, тому після форконденсатора пара виводиться у мастиловіддільник, після якого повертається у конденсатор.

На рис.8. показано випарний конденсатор фірми “Baltimore Air-cools” з нижнім розташуванням вентиляторів.

Схема роботи випарного конденсатора виробництва Угорщини, які широко використовувалися і продовжують використовуватися в Україні, наведено на рис.8. .

Переваги: невелика витрата води, що складає 10-15% від витрати в проточних конденсаторах, компактність, можливість використання в транспортних ХМ, можливість роботи з подаванням і без подавання води при ввімкнених та вимкнених вентиляторах. Остання обставина дозволяє регулювати температуру конденсації в широких межах, економити воду та електроенергію. Недоліки: порівняно низький коефіцієнт теплопередачі, внаслідок чого збільшується витрата труб, підвищена корозія труб, необхідність встановлення спеціальних вологозахищених електродвигунів, забруднення поверхні теплообміну водним каменем, забруднення форсунок. Густина теплового потоку суттєво залежить від стану атмосферного повітря и в середньому становить 1400-2300 Вт/м² при різниці температур 3°. Витрата свіжої води становить 2,5–3 кг на 4190 кДж відведеної теплоти, витрата повітря – 120–200 м³/год на 1000 Вт теплового потоку.

Рис.8. . Випарні конденсатори:

а) ИК, б) TKVA, в) Baltimore, г) з циліндричним корпусом

Повітряні конденсатори. Конденсатори з примусовим рухом повітря. Для малих та середніх ХМ конденсатори за конструкцією однотипні. Апарат складається з однієї або кількох секцій, з’єднаних послідовно калачами або паралельно колекторами. Секція являє собою плоский ребристий змійовик із мідних, стальних чи алюмінієвих труб діаметром 10-30 мм. Крок ребер не менше 3,6 мм. Конденсатор може розташовуватись вертикально чи горизонтально. У вертикальному положенні повітря або продувається, або протягується; в горизонтальному ­– протягується. У випадку невеликої продуктивності (до 25 кВт) конденсатори допустимо монтувати на тих же рамах, що й компресори, утворюючи таким чином компресорно-конденсаторні агрегати. При цьому привід вентилятора може здійснюватися від двигуна компресора, якщо він відкритого типу.

На рис.8 . представлено повітряний конденсатор малої холодильної машини, у якому холодильний агент підводиться до зверху до першої секції чи парового колектора, а рідина відводиться знизу з останньої секції чи рідинного колектора. Швидкість повітря у вузькому перерізі таких конденсаторів становить 2–5 м/с та неоднакова для різних агрегатів. Питоме теплове навантаження на 1 м² зовнішньої поверхні конденсаторів у різних агрегатах становить 190–500 Вт/м².

Рис.8. . Повітряний конденсатор малої ХМ

Як відзначалося вище, з метою економії водних ресурсів, провідні галузі промисловості (енергетична, нафтохімічна, хімічна) та системи кондиціонування повітря переходять від водяного охолодження до повітряного.

Холодильним машинобудуванням освоєно випуск горизонтальних (рис.8. а) та зигзагоподібних (рис.8. б) повітряних конденсаторів. В конденсаторі

а)

б)

Ри.8. . Повітряні конденсатори:

а)горизонтальний АВГ, б) зигзагоподібний АВЗ

використовують біметалеві труби, які складаються з сталевої труби 25х2 мм, на яку насаджено ребристу трубу 38х8 із сплаву АМг-2 (АД1-М) (рис.8.а ). Секції апарата (рис.8. б) складаються з чотирьох, шести чи восьми рядів (за ходом повітря) труб,

Рис.8. . Оребрена біметалева труба повітряного конденсатора

Рис.8 . Секція повітряних конденсаторів АВМ, АВГ, АВЗ

розвальцьованих в прямокутних трубних решітках і закритих литими кришками. Представлений на рис.8.б конденсатор складається з шести секцій 1, електродвигуна 2, редуктора 3, колеса вентилятора 4, дифузора 5, жалюзі 6. Конденсатор може бути обладнаний пристроєм зволоження повітря. Випускаються три типи конденсаторів: малопотокові (АВМ) площею поверхні теплообміну 12–630 м²; горизонтальні (АВГ) – 300–5100 м²; зигзагоподібні (АВЗ) –2650–7500 м². Швидкість повітря в конденсаторі становить 8–15,5 м/с, густина теплового потоку – 300–400 Вт/м².

Рис.8. . Повітряні конденсатори НВО “Рефма”

Рис.8. . Повітряні конденсатори “Guntner”

На рис.8. представлено повітряні конденсатори виробництва НПО “Рефма” (м. Мелітополь), а на рис.8. повітряні конденсатори Guntner.

Конденсатори із вільним рухом повітря. Основне конструктивне виконання – вертикальний чи похилий ребристий змійовик. Основне поширення дістали дрототрубні та листотрубні конструкції.

Дрототрубний конденсатор представляє собою змійовик зігнутий в одній площині, до якого з двох сторін через 6–10 мм приварено ребра виконані із сталевого дроту діаметром 1–1,5 мм. Змійовик виготовляють з мідних труб діаметром 5–7 мм з кроком гину 40–60 мм. Коефіцієнт оребрення такого конденсатора становить 2,5–5. Зовнішній вигляд дрототрубного конденсатора показано на рис.8. а.

а) б)

Рис.8. . Конденсатори з вільним рухом повітря:

а) дрототрубний, б) листотрубний

Листотрубний щитовий конденсатор представляє собою лист до якого припаяно змійовик із мідної трубки 5х1 мм. Інша конструкція – прокатно-зварний конденсатор із алюмінієвого листа товщиною 1,5 мм, в якому видавлені канали у вигляді змійовика. Зовнішній вигляд конденсатора щитового типу показано на рис.8. б.

Густина теплового потоку в таких конденсаторах віднесена до зовнішньої поверхні становить 90–120 Вт/м² при середньологарифмічній різниці температур 11-17°С.

Читайте також:

1. Конденсатори та їх сполучення.
2. Конденсатори.
3. Конденсатори. Електроємність конденсатора. З’єднання конденсаторів
4. Статичні конденсатори.

Переглядів: 5093