• 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

Розрахунок тепловіддачі у випарниках

Випарники для охолодження рідких теплоносіїв. Проміжним рідким теплоносієм у випарниках можуть бути застосовані розсоли (водяні розчини солей NaCI, CaCl2), вода, спирт, водяний розчин етиленгліколю, холодильні агенти (наприклад R30) тощо. Як правило розсоли вибираються з концентрацією меншою чи рівною евтектичній, що дозволяє економити сіль. Температура початку кристалізації повинна бути нижчою від температури кипіння холодильного агента. Вибираючи проміжний теплоносій необхідно пам’ятати, що збільшення концентрації призводить до зростання в’язкості і, як наслідок, зниження ефективності теплообміну.

Рис.9.1. Класифікація випарників

Кожухотрубні випарники затопленого типу є найбільш поширеними і використовуються в машинах середньої та великої продуктивності. В таких апаратах розсіл охолоджується під час руху в трубах (4-12 ходів), а холодильний агент кипить в міжтрубному просторі. Принципової різниці у конструкції аміачних та хладонових випарників немає. Різняться вони лише конструкцією поверхні теплообміну та матеріалами, що використовуються для виготовлення.

Конструкція кожухотрубного випарника подібна до конструкції кожухотрубного конденсатора. Верхня частина міжтрубного простору вільна від труб. Подавання рідкого холодильного агента відбувається знизу апарата, а відведення пари з верхньої частини міжтрубного простору або сухопарник. Для апаратів з великою площею теплообміну підведення холодильного агента роблять із загального колектора у кількох точках за довжиною випарника, а відведення пари через кілька патрубків, об’єднаних загальним колектором.

В аміачних випарниках (рис.9.2) у верхній частині корпусу приварено сухопарник, а в нижній – мастилозбірник. Для випарників використовують сталеві безшовні розміром ø25х2,5 мм – для апаратів середньої, ø38х3 мм – великої продуктивності. Відношення довжини труб до діаметра корпусу в більшості апаратів становить 5–8. Подавання ХА в міжтрубний простір здійснюється автоматично, дякуючи регуляторам рівня. Рівень ХА підтримується по верхньому ряду труб (їх верхній частині). Перегрівання пари на виході з випарника становить 1,5 °С.

В деяких конструкціях випарників у сухопарник монтують змійовик регенеративного теплообмінника, в якому рідкий холодильний агент охолоджується перед дроселюванням, а пара, яка залишає випарник перегрівається.

У хладонових випарниках (рис.9.3) вільний від труб простір у верхній частині корпусу роблять більшим.

У хладонових випарниках використовують мідні труби з накатними ребрами діаметром – 16,2х1,5 мм. Рівень заповнення міжтрубного простору в них нижчий через те, що суміш холодильного агента з мастилом піниться під час кипіння. Величина оптимального рівня залежить від теплового навантаження (при температурному напорі 7°С, висота рівня становить приблизно 0,6 діаметра корпуса). Для таких випарників, в умовах змінних навантажень, живлення за рівнем рідини небажане: недозаповнення призводить до різкого зменшення продуктивності. Для оптимальної роботи випарника необхідно, щоб пара мала степінь сухості 0,98-1, в крайньому разі перегрівалася на 1°С. Цього можна досягнути шляхом автоматичного живлення випарника через ТРВ.

Рис.9.2. Аміачний кожухотрубних випарник:

1– вхід рідкого холодильного агента; 2– корпус; 3, 12 – кришки; 4 – зливання теплоносія; 5, 6 –патрубки входу та виходу теплоносія; 7 – випуск повітря; 8 – трубна решітка; 9 – теплообмінні труби; 10 – манометр; 11 – сухопарник; 13 – мастило збірник; 14 – випуск мастила

Рис.9.3. Хладоновий кожухотрубний випарник:

1– рідинний колектор; 2– корпус; 3 – перегородки; 4, 5 – патрубки входу та виходу теплоносія; 6 – кришка; 7 – запобіжний клапан; 8 – вказівник рівня; 9 – паровий патрубок; 10 – манометр; 11 – випуск повітря; 12 – випуск теплоносія; 13 – випуск мастила; 14 – вхід рідкого холодильного агента

Рис.9.4. Кожухотрубний випарник турбокомпресорної ХМ:

1– вхід рідкого холодильного агента; 2 – корпус; 3 – трубна решітка; 4, 5 – патрубки виходу та входу теплоносія; 6 – кришка; 7 – камера теплоносія; 8 – теплообмінні труби; 9 – паровий патрубок; 10 – розподільник парорідинної суміші; 11 – жалюзійний сепаратор

Відсмоктування з випарника вологої пари з наступним її осушуванням у регенеративному теплообміннику забезпечує часткове відведення мастила з випарника., що є доцільним у випадку сильно змінного теплового навантаження. Іноді, для видалення мастила з випарника, деяку кількість мастильно-хладонової суміші із зони її найбільшої концентрації відводять та направляють у регенеративний теплообмінник, з якого мастило з потоком пари виноситься у всмоктувальний трубопровід. На шляху відведення суміші з випарника встановлюють термоежекційний та соленоїдний вентилі. Датчик термоежекційного вентиля встановлюють на виході з регенеративного теплообмінника.

Для випарників ХМ з турбокомпресорами (рис.9.4) труби займають приблизно половину міжтрубного простору, подавання проміжного теплоносія здійснюється через верхній патрубок для забезпечення перегрівання пари на всмоктуванні в компресор. Крім того над трубним пучком встановлюється сепаратор. Рівномірність подавання холодильного агента забезпечується спеціальним розподільником, який сприяє турбулізації потоку та підвищує ефективність теплообміну.

Густина теплового потоку сильно залежить від швидкості охолодного середовища в трубах та температурного напору θ_m. Орієнтовні значення густини теплового потоку наведено в таблиці 9.1.

Кожухотрубні зрошувальні випарники. В них розсіл охолоджується рухаючись в трубах, а холодильний агент кипить на зовнішній поверхні, стікаючи по ній у вигляді плівки. До переваг слід віднести: необхідність меншої кількості холодильного агента; відсутність впливу гідростатичного стовпа рідини на температуру кипіння; інтенсивність тепловіддачі вища за рахунок того, що коефіцієнти тепловіддачі при кипінні в плівці вищі. В таких випарниках необхідно забезпечити рівномірне зрошування поверхні теплообміну. Густина теплового потоку в них становить 2900–3500 Вт/м².

Рис.9.5. Хладоновий кожухотрубних зрошувальний випарник з насосом:

1– корпус; 2 – відцентровий насос; 3 – теплообмінні труби трубна решітка; 4, 5 – патрубки виходу та входу теплоносія; 6 – форсунки; 7 – електродвигун; 8 – розподільний колектор; 9 – кришка; 10 – трубна решітка; 11 – вихід пари

Рис.9.6. Хладоновий кожухотрубних зрошувальний випарник без насоса:

1– корпус; 2 – трубна решітка; 3 – кришка з перегородками; 4 – розпилювальна трубка; 5 – розподільна трубка; 6 – сухопарник

При зрошуванні поверхні тільки частина рідини випаровується. Кратність циркуляції становить 4–5. Подавання рідини, що не випарувалася, на зрошування можливе насосом (рис.9.5) чи інжектором (рис.9.6). Все це призводить до ускладнення конструкції випарника.

Табл.9.1. Орієнтовні значення густини теплового потоку q_f у випарниках

Випарники з кипінням ХА всередині труб.Є декілька конструктивних рішень таких випарників: кожухотрубні випарники з прямими (рис.9.7) чи U-подібними трубами (рис.9.8), вертикальнотрубні та панельні випарники (рис.9.9). При цьому вони можуть бути затопленими чи незатопленими (з перегріванням холодильного агента). В кожухотрубних випарниках можна отримати низькі температури, не боячись замерзання холодоносія всередині труб і їхнього розривання. Саме з цієї причини вони дістали поширення для охолодження води. Для збільшення швидкості теплоносія в міжтрубному просторі встановлюють перегородки. Це дозволяє збільшити швидкість до 0,8 м/с. Схема руху середовищ у випарнику представлена на рис.9.7,б. По мірі руху холодильного агента кількість трубок від ходу до ходу (в багатоходових) зростає для забезпечення прохідного перетину при зростанні об’єму.

Самі труби можуть бути виконані як із зовнішнім так і з внутрішнім оребренням. Види внутрішнього оребрення наведено на рис.9.10. Переваги таких випарників, якщо вони правильно спроектовані, в тому, що мастило, яке потрапило в контур автоматично подається до всмоктувальної магістралі, а кількість холодильного агенту, що знаходиться у випарнику порівняно невелике. До недоліків слід віднести складність очищення зовнішньої поверхні труб, яка можу бути здійснена тільки хімічним шляхом. Крім того мала кількість холодильного агента спричиняє малу інерційність апарату, що ускладнює регулювання його живлення.

а)

б)

Рис.9.7. Кожухотрубний випарник з прямими трубами та кипінням всередині труб:

а) загальний вигляд, б) схема руху середовищ

1, 9 – вхід та вихід холодильного агента; 2 – кришка; 3, 7 – вихід та вхід теплоносія; 4 – перегородка; 6 – теплообмінні труби; 8 – трубна решітка; 10 – злив теплоносія

Рис.9.8. Кожухотрубний випарник з U- подібними трубами та кипінням всередині труб:

1, 2 – вхід та вихід холодильного агента; 3 – кришка; 4, 9 – вихід та вхід теплоносія; 5 – теплообмінні труби; 6 – перегородки; 7 – випуск повітря; 8 – корпус; 10 – злив теплоносія

Рис.9.10. Види труб з внутрішнім оребренням:

а) п’ятиканальні; б) вісьмиканальні; в) вісьмиканальні з подвійним оребренням;

г) 10-канальні

Середня різниця температур для таких випарників рекомендується 6–10°С.

Перегрівання пари всередині випарника призводить до зменшення середнього коефіцієнта теплопередачі апарата, і як наслідок, до зростання його площі поверхні. Тому доцільним вважається (у вітчизняній літературі) вихід пари з випарника із степінню сухості 0,98-1 з подальшим її перегріванням у регенеративному теплообміннику. При цьому ТРВ слід встановлювати на виході з теплообмінника.

Вертикально-трубні випарники. Представляє собою бак з розсолом, в який занурено випарну систему, яка складається з однієї чи кількох секцій, паралельно з’єднаних між собою. Кожна секція представляє собою велике число коротких випарних труб, об’єднаних вверху та внизу горизонтальними колекторами. В кількох місцях верхній та нижній колектори з’єднані між собою трубами більшого в порівнянні з випарними трубами діаметра. Циркуляція здійснюється за рахунок різної густини ХА у випарних та опускних трубах. За рахунок інтенсивної циркуляції всередині труб достатньо високі коефіцієнти теплопередачі. До переваг таких випарників можна віднести: високі коефіцієнти теплопередачі; непогані гідравлічні характеристики; можна не боятись замерзання теплоносія, можна використовувати для акумулювання холоду шляхом наморожування льоду на зовнішній поверхні. Недоліки: велика витрата труб; великий об’єм зварних робіт при виготовленні.

Цих недоліків дещо позбавлені панельні випарники.Він представляє собою прямокутний стальний чи залізобетонний бак, в який розміщено випарні секції панельного типу та мішалка, що створює циркуляцію теплоносія. Кожна секція складається з двох горизонтальних колекторів та двох вертикальних стояків, що утворюють чотирикутну раму з ввареними в неї штампованими стальними панелями. Конструкція зрозуміла з рис.9.9. За інтенсивністю теплопередачі вони поступаються вертикально-трубним, проте витрата металу в них на 25–30% менша, крім того вартість листового прокату втричі нижча від вартості безшовних труб; менша місткість за холодильним агентом. При різниці температур 5–6°С густина теплового потоку 2900–3500 Вт/м².

Рис.9.9. Панельний випарник ИП:

1– віддільникрідини; 2 – вихід пари аміаку; 3 – паровий колектор; 4 – розподільний рідинний колектор; 5 – вхід рідкого аміаку; 6 – переливний патрубок теплоносія; 7 – вихід теплоносія; 8 – випуск теплоносія; 9 – ізоляція; 10 – випуск мастила; 11 – запобіжний клапан; 12 – мішалка теплоносія

Конденсатор-випарник.Найбільш поширеною конструкцією рахується та, в якій конденсація ХА відбувається в міжтрубному просторі (кожухотрубні апарати), а випаровування ХА верхнього каскаду в трубах (рис.9.11). При цьому ставляться високі вимоги до ТРВ в системі верхнього каскаду через малу ємкість апарата. Проте можливе і зворотний порядок кипіння-конденсації ХА. За різниці температур 8°С густина теплового потоку 1600 Вт/м².

Рис.9.11. Випарник-конденсатор каскадної холодильної машини:

1 – вхід пари R13; 2 – випуск повітря; 3 – вихід пари R22; 4 – вентиль манометра; 5 – запобіжний клапан; 6 – вихід рідкого R13; 7 – випуск мастила; 8 – вхід рідкого R22

Випарники для охолодження повітря. Повітроохолодники. Повітроохолодниками прийнято називати теплообмінні апарати для охолодження А в більшості випадків і для осушування) повітря. Рух повітря у повітроохолодниках – примусовий. Всі повітроохолодники можна розділити на поверхневі, контактні та змішані. З точки зору елементів холодильних машин нас цікавлять поверхневі, в яких кипіння відбувається безпосередньо у трубках повітроохолодника. В контактних – теплообмін відбувається між повітрям та теплоносієм; у повітроохолодниках змішаного типу повітря охолоджується при контакті з поверхнею труб в яких кипить ХА, а поверхня одночасно зрошується рідким холодоносієм (таке рішення дозволяє збільшити поверхню теплообміну, а в низькотемпературних повітроохолодниках розсіл видаляє снігову шубу).

Поверхневі повітроохолодники використовують гладкі чи оребрені труби. Перші останнім часом дуже рідко, однак їх використання буває доцільним, коли необхідно значно осушувати повітря. В цьому випадку більш низька температура поверхні теплообміну дозволяє видалити більше вологи. Швидкість повітря в звуженому перетині таких повітроохолодників приймають 6 для низьких та 12 м/с для середніх температур. Однак вони більш металоємні і менш компактні.

Оребрені повітроохолодники виконують як правило із круглих стальних, мідних чи алюмінієвих трубок. В окремих випадках коли необхідно вплинути на такі характеристики як компактність чи аеродинамічний опір використовують овальні чи плоскі труби. За розташуванням трубок розрізняють повітроохолодники з коридорним чи шаховим пучком.

За типом оребрення поверхні, що використовуються у повітроохолодниках можна поділити на: пластинчаті, спірально-навиті, спірально-накатні, з насадними ребрами. На рис.9.12 показано різні типи ребристих поверхонь.

Рис.9.12. Види ребристих поверхонь: а – спірально-накатні ребра; б – окремі насадні ребра; в – спірально-навиті ребра; г – пластинчаті ребра

Якщо вони працюють на фреонах, то вони виготовлюються з мідних труб з алюмінієвими ребрами, тоді як при роботі на аміаку і труби і ребра виготовлені із сталі. Коефіцієнти тепловіддачі в таких випарниках залежать основним чином від швидкості повітря в них, коефіцієнта оребрення, ефективності ребра, відношення прихованої теплоти конденсації води до ентальпій повітря.

Якщо температура поверхні випарника падає нижче точки роси, то частина парів води, що міститься в повітрі, починає конденсуватися. І коли температура поверхні впаде нижче 0°С, пара почне утворювати іній, який буде виконувати роль ізоляції, зменшуючи коефіцієнт теплопередачі. Тому при проектуванні необхідно враховувати цю обставину визначаючи відстань між ребрами.

Оптимальна ефективність випарника з оребренням досягається тоді, коли передавання теплоти проходить як можна рівномірно вздовж поверхні теплообміну. Для цього необхідно, щоб повітря та холодоагент рухалися протитоком. Будь яка інша організація руху тільки погіршить теплообмін.

Для затоплених випарників з оребренням, розташування труб може вибиратися незалежно від напрямку повітря, тому що він диктується самим способом роботи випарника. Класичні випарники такого типу мають горизонтальні колекторні труби. Вхід ХА відбувається через нижні колектори, а вихід через верхній. Таке ж розташування прийнято і для насосної подачі, якщо вхід знаходиться в нижній частині. В будь-якому разі трубки випарника повинні всім своїм перетином під’єднуватися до колектора.

У випарниках з верхньою подачею, розподіл повинен проводитися через отвори просвердлені в верхній частині труби розподільника.

Випарники з верхньою подачею мають лише ту перевагу, що потребують меншого заповнення, в той час як подавання ХА знизу дозволяє забезпечити його рівномірне розподілення в газовій фазі.

Коефіцієнт тепловіддачі залежить від багатьох факторів, головним з яких є довжина трубок між входом в випарник та виходом з нього. У відповідності до емпіричного правила, довжина послідовно встановленої труби, виражена в метрах, не повинна перевищувати її внутрішній діаметр в міліметрах. В реальних умовах для високої температури випаровування та низьких густин теплових потоків оптимальна довжина труб повинна бути більша, ніж при низьких температурах і високих густинах теплових потоків. Максимально допустима довжина змійовика

; (9.1)

де r – теплота пароутворення, Дж/кг; d_вн – внутрішній діаметр труби, м; ω –швидкість холодильного агента, м/с; – масова швидкість, кг/(м²с); – кратність циркуляції; х – паровміст кг/кг; – густина теплового потоку віднесена до внутрішньої поверхні, Вт/м².

В таблиці 9.2 наведено відношення , яке відповідає рівнянню 9.1.

В залежності від місця встановлення оребрених випарників вони можуть бути стельові, настінні та підлогові (використовуються в камерах великого об’єму). На рис.9.13 показано конструкцію сухого повітроохолодники безпосереднього охолодження, який працює на R22. Повітрі подається нормально до пучку труб, рідкий холодильний агент – через розподільник в секції, розташовані горизонтально за висотою апарата, відведення пари – знизу кожної секції через вертикальний паровий колектор. Така конструкція забезпечує хороше повернення мастила.

Рис.9.13. Повітроохолодник безпосереднього охолодження

Табл.9.2. Рекомендовані швидкості холодильних агентів та довжини змійовиків у повітроохолодниках

, ккал/(м2год)	Оптимальні масові швидкості , кг/(м2с)	Оптимальні відношення
R22	R12	R22	R12
	85–120	80–100	3200–4300	2100–2700
	100–140	90–120	1800–2500	1300–1700
	120–180	110–160	900–1300	700–900
	140–220	130–200	500–800	350–600

На рис.9.14 показано підвісний повітроохолодники ВОП-100, а на рис.9.15 горизонтальний підвісний аміачний повітроохолодники ВАП-75.

Рис.914. Підвісний повітроохолодники ВОП-100

Рис.9.15. Горизонтальний аміачний підвісний повітроохолодники ВАП-75

Контактні повітроохолодники широко використовуються в кондиціонуванні повітря, коли необхідно крім охолодження змінювати вологість повітря у широких межах. Головна перевага таких повітроохолодників – менша різниця температур між повітрям та охолодною рідиною. На рис. 9.16 показано принцип роботи форсункового контактного повітроохолодники, на рис.9.17 –повітроохолодники із зрошуваною насадкою. Охолодна рідина розбризкується на шар насадки, яка складається з шару фарфорових кілець. Повітря пропускається через шар кілець у протитечії до рідини і в результаті контакту з поверхнею кілець охолоджується. Щоб зменшити винесення рідини з повітрям над шаром насадки встановлюють сепаратор.

Рис.9.16. Схема форсункового повітроохолодника

Рис.9.17. Повітроохолодник із зрошуваною насадкою:

1 – відбійний шар; 2 – робочий шар

Конструктивні і аеродинамічні характеристики повітроохолодників. Необхідно пам’ятати, що бажання збільшити швидкість повітря у повітроохолоднику, і тим самим збільшити коефіцієнт теплопередачі може призвести до такого зростання потужності вентилятора, коли тепловий еквівалент його роботи стане співрозмірним до теплового навантаження, яке сприймає повітроохолодник.

Число трубок в повітроохолоднику може коливатися в значних межах. Число рядів труб за ходом повітря лежить в межах 4-12, в аміачних вертикальних доходить до 18, в горизонтальних доходить до 26-28. Діаметр трубок залежить від холодопродуктивності апарата. Так, для фреонових повітроохолодників, при тепловому навантаженні 5 кВт беруть трубки діаметром 10 мм, від 5 до 10-12 мм, більше 10 – 15-18мм.

Довжина змійовика становить від 5-15 до 20-25 м. Довжина повинна бути такою, щоб температура кипіння по ходу змійовика не падала більш ніж на 4-5С, що відповідає падінню тиску приблизно на 0.5 ата для 11 і 0,8 ата для R22.

Важливо досягти рівномірного заповнення трубок повітроохолодника агентом після РВ. Для цього використовуються різноманітні розподільчі пристрої.

Охолодні батареї.Батареями прийнято називати теплообмінні апарати призначені для охолодження повітря у приміщеннях. Всередині батарей рухається охолодний розсіл чи кипить холодильний агент, відбираючи теплоту від повітря в результаті його природної циркуляції. Розсільні батареї використовуються рідко, тільки в тих випадках коли необхідно зменшити місткість системи за холодильним агентом чи за умов безпеки. Батареї, як правило, виготовлюють оребреними. Типи батарей, що виготовлюються останнім часом і використовуються на холодильниках, досить різноманітні: стельові і настінні; одно- та дворядні; гладкотрубні та ребристі; колекторні та змієвикові і т.д. Аміачна однорідна батарея колекторного типу складається із труб 57х3,5 із спіральними ребрами. Максимальна кількість труб по висоті – 14. Довжина може становити від 6 до 30 м. На рис.9.18. показано аміачну ребристу однорядну батарею типу АРС. Батарея має труби, на які навито спіральні ребра. На рис. 9.19. показано аміачну ребристу стельову батарею типу АРП. Батарея складається з двох трьохтрубних елементів, з’єднаних паровим та рідинним колекторами. В кожному елементі дві труби розташовані у верхньому ряду, одна в нижньому. На рис.9.20 показано пристінну ребристу батарею типу ПРСН, яка працює на R12 чи R22.

Рис.9.18. Аміачна ребриста однорядна батарея АРС: 1 – штуцер випускання мастила; 2 – колектор; 3 – підвіска; 4 – теплообмінні ребристі труби; 5 – підвіска; 6 – колектор

Рис.9.19. Аміачна ребриста стельова батарея АРП: 1 – паровий патрубок; 2 – паровий колектор; 3 – рідинний колектор; 4 – стояк; 5 – теплообмінні ребристі труби; 6 – підвіска; 7 – калач

Рис.9.20. Пристінна ребриста батарея ПРСН

Читайте також:

1. Автоматичний розрахунок суми проведення.
2. Аеродинамічний розрахунок
3. Аеродинамічний розрахунок ротора вітроустановки
4. Аналітичний розрахунок завантаження горловин
5. Аналітичний розрахунок сумарного завантаження типових перетинань
6. Види норм праці, їх розрахунок
7. Вплив характеру кола на криву струму при несинусоїдній напрузі /розрахунок найпростіших кіл
8. Гідравлічний розрахунок
9. Гідравлічний розрахунок малих мостів
10. Гідравлічний розрахунок сифонів
11. Графічний розрахунок режиму роботи ПСН
12. Графоаналітичний розрахунок витрат тепла і повітря на сушіння.

Переглядів: 3270