Підвищена температура конденсації погіршує роботу холодильної установки і знижує її техніко-економічні показники. При підвищеній температурі конденсації (в порівнянні з оптимальною) знижується холодопродуктивність компресора в зв'язку зі збільшенням ступеня стиснення; при цьому також збільшується питома витрата енергії і підвищується температура пара в кінці процесу стиснення в компресорі. Як видно з наведених на рис. 14 ^ 7 характеристик компресора П220-7, підвищення температури конденсації на Г З викликає збільшення питомої витрати електроенергії приблизно "на 2,0-2,5% при режимі роботи компресора, близькому до стандартних умов і одночасному зниженні його холодопроізводіте ^ ш-юсті. підвищена температура конденсації t K (Що особливо часто проявляється в літній період) перешкоджає досягненню необхідних для технологічного процесу низьких температур через значне зменшення холодопро-тивність компресора і надмірного підвищення температури пара після стиснення.
На рис. 14.8 в координатах t K - Q показано самоустановленіе температури конденсації в залежності від холодопроізводітель-ності компресора Q Uk і кількості тепла, яке може відводити конденсатор, Q K .
характеристики конденсатора Q K = cp (t) зображені прямими, що виходять під різним кутом в залежності від ефективності конденсатора з точки на осі абсцис, що відповідає середній температурі охолоджуючої води. Охолодження компресора при постійних температурах кіпе- "ня to і to зображена кривими Qo K і Qok
Самоустановлювальні температура конденсації t K знаходиться в точці Аперетину прямої Q K з кривою Q 0 K. Підвищено- ная температура конденсації t" K (Д ^ до дійсна вище Д ^ к. Опт) може бути результатом зниження ефективності конденсатора (робоча точка Л ") або ж збільшення теплового навантаження на конденсатор (робоча точка А ").
Зниження ефективності конденсатора, т. Е. Твори kF, може статися через зміну коефіцієнта теплопередачі k і поверхні F або через одночасне зміни цих двох величин.
Підвищення температури тепловідводної середовища або зменшення її витрати є також причиною підвищення температури конденсації, а отже, і тиску конденсації. При зворотному водопостачанні підвищення температури води може бути викликано порушенням режиму роботи "атмосферного охолоджувача. Зменшення витрат тепловідводної середовища виявляється по збільшеному (проти оптимального) нагрівання води або повітря в конденсаторі.
Причинами недостатньої подачі води або повітря на конденсатор є:
недостатня продуктивність включених в роботу циркуляційних водяних насосів (для повітряних конденсаторів - вентиляторів) або недостатнє відкриття засувок (вентилів) на водяному трубопроводі;
зменшення продуктивності циркуляційних водяних насосів (або вентиляторів при повітряному охолодженні), на що в першу чергу може вказати знижений тиск на нагнітальної стороні насоса;
засмічення водяних магістралей, труб конденсатора, водо розподільних пристроїв, що викликає зростання гідравлічного опору, яке виявляється по підвищенню тиску в нагнітальному водяній лінії.
Підвищена температура конденсації може встановитися і внаслідок того, що поверхня включених в роботу конденсаторів не відповідає продуктивності працюючих, компресорів. Температура конденсації може бути в цьому випадку знижена включенням додаткових конденсаторів або відключенням частини працюючих компресорів, коли тиск конденсації наближається до граничного значення. Однак і при достатній поверхні конденсаторів тиск конденсації може підвищуватися через істотне зменшення їх активної поверхні.
Причинами цього можуть бути:
заповнення частини обсягу конденсатора рідким агентом;
нерівномірне зрошення поверхонь зрошувального або випарного конденсаторів через порушення нормальної роботи розподільників води і засмічення форсунок;
вимикання при ремонті негерметичних труб конденсатора шляхом їх заглушення замість заміни.
Можливими причинами зниження коефіцієнта теплопередачі конденсатора можуть бути:
забруднення поверхні труб водяним каменем, мулом, водоростями; освіту водяного каменю інтенсивно відбувається при вході пара в конденсатор, де холодоагент має найбільш високу температуру;
освіту масляної плівки на поверхні, що стикається з робочим тілом, якщо масло обмежено розчиняється в ньому; також підвищення концентрації масла в робочому тілі при необмеженої розчинності масла (що збільшує в'язкість робочого тіла);
наявність повітря в конденсаторі.
Для ефективної роботи холодильної установки необхідно усувати причини, що викликають утворення забруднень в конденсаторах. На холодильних установках нафтохімічної промисловості забруднення конденсаторів відбуваються внаслідок попадання в воду великої кількості вуглеводнів з ня цеху-j під впливом яких в воді відбувається швидке зростання мікроорганізмів, що забруднюють воду.
Найбільш небезпечним є осадження солей в сорочках компресорів, тому свіжу воду (менш насичену солями) додають в систему через сорочки компресорів. Скидають воду через переливної трубу з басейну під градирнею. Граничні допустимі значення показників якості води, використовуваної в системах оборотного охолодження, встановлені наступні:
методиочищення та підготовки води відносяться до компетенції служби водопостачання. Вони можуть включати; фільтрацію, пом'якшення добавкою різних реактивів, обробку в магнітному полі; в останньому випадку розчинені солі втрачають здатність кристалізуватися на поверхні тепло-обмінних апаратів. Слід зазначити, що в даний час водопідготовка для холодильних установок не отримала належного поширення.
Поєднання системи оборотного охолодження води, що йде до технологічним апаратам, з системою оборотного охолодження води холодильної установки, не повинно допускатися як внаслідок забруднення води органічними речовинами в технологічних апаратах, що веде до зростання мікроорганізмів, що забруднюють поверхню конденсаторів, так і внаслідок того, що вода & системі апаратів циркулює при більш високій температурі, ніж в конденсаторах холодильної установки.
Охолодження оборотної води відбувається в градирнях за рахунок часткового її випаровування, яке повинно компенсуватися додаванням в систему свіжої води. Якщо добавка буде тільки відшкодовувати збиток, то концентрація солей, що містяться у воді, буде безперервно збільшуватися. Для того щоб концентрація розчинених солей не перевищувала допустимої, кількість-додається свіжої води повинно бути більше випаровується. Деяка частина води з системи повинна при цьому скидатися. Залежність між добавкою, випаровуванням і скиданням визначається кількісним балансом згідно зі схемою, -Показати на рис. 14.9, г Д е £ Д 1 yoсg« -Часовий кількість додається, що зливається, що випаровується води; k a і k c - концентрація солей в додається і скидається воді.
* При сталому рівновазі кількість введеної з водою солі повинна дорівнювати кількості скидається, т. Е.
де відношення k c / k R показує, у скільки разів концентрація солей в скидається воді (те саме, що і циркулюючої) більше, ніж в що додається. Випаровування води в системах оборотного охолодження становить близько 0,5% від кількості циркулюючої. Концентрація солей на підставі наведеної формули при різному співвідношенні додається і випаровується води буде:
Таким чином, якщо, напрімр, випаровується 0,5%, додається 1,5% (понад те, що йде на компенсацію виносу), то конт центраций ^ солей в циркулюючої воді буде в- 1,5 рази вище, ніж в що додається.
Наявність повітря в конденсаторі підвищує в ньому тиск п є тому однією з поширених причин роботи установки при підвищеному тиску конденсації. Тиск конденсації має вимірюватися манометром, безпосередньо приєднаним до конденсатору. Значне відхилення тиску нагнітання, виміряного біля компресора, від тиску, при якому відбувається конденсація, вказує на підвищену опору ^ тивление нагнітального трубопроводу. Воно може бути результатом проектних або монтажних помилок, а також наслідком засмічення трубопроводу або появи дефектів в запірній арматурі, зокрема в зворотному клапані.
Чиллер є холодильну установку, що складається з замкнутого контуру холодоагенту (що включає компресор / и, конденсатор, терморегулюючий вентиль, випарник, фільтр-осушувач, що з'єднують їх патрубки і набір контрольно-керуючих елементів) з боку підводу води (що включає кульові крани, випарник, накопичувальний бак і водяну помпу), який приєднується до трубопроводів, які забезпечують транспортування води від споживачів і назад. Випарник є загальним елементом для обох контурів. Якраз, проходячи випарник, вода і охолоджується (поки працює компресор).
Температура кипіння
Температура кипіння рідини залежить від тиску навколишнього середовища. Чим нижче цей тиск, тим нижче температура кипіння. Наприклад, загальновідомо, що вода закипає при температурі 100C. Але це відбувається лише при нормальному атмосферному тиску (760 мм рт. Ст.). При підвищенні тиску температура кипіння зросте, а при його зниженні (наприклад, високо в горах) вода закипить при температурі набагато нижче 100C. В середньому, при зміні тиску на 27 мм.рт. ст. температура кипіння зміниться на 1С.
Різні рідини киплять при різних температурах навіть при однаковому зовнішньому тиску. Наприклад, рідкий азот кипить при температурі близько -77C, а фреон R-22, який застосовується в холодильній техніці - при температурі -40.8C (при нормальному атмосферному тиску).
теплота пароутворення
При випаровуванні рідини теплота поглинається з довкілля. При конденсації пари тепло, навпаки, виділяється. Теплота пароутворення рідин дуже велика. Наприклад, енергія, потрібна для випаровування 1 г води при температурі 100C (539 калорій / г), значно більше енергії, необхідної для нагрівання цієї води від 0Сo до 100C (100 калорій / г)! Якщо рідкий фреон помістити у відкритий посудину (з атмосферним тиском і кімнатною температурою), то він відразу ж скипить, поглинаючи при цьому велику кількість теплоти з навколишнього середовища. Це явище і використовується в холодильній машині. Тільки в ній фреон перетворюється в пар в спеціальному відділенні - випарнику. Трубки випарника обдуваются потоком повітря. Киплячий фреон поглинає тепло з цього повітряного потоку, охолоджуючи його. Але в холодильній машині неможливо тільки випаровувати фреон, поглинаючи тепло. Адже тоді в ній утворюється велика кількість парів і буде потрібно підводити все новий і новий рідкий фреон постійно. Тому в холодильній машині проводиться і зворотний процес конденсації - перетворення з пари в рідину. При конденсації будь-якої рідини виділяється теплота, яка надходить потім в навколишнє середовище. Температура конденсації, як і температура кипіння, залежить від зовнішнього тиску. При підвищеному тиску конденсація може відбуватися при досить високих температурах. Наприклад, фреон R-22 починає конденсуватися при + 55C, якщо знаходиться під тиском 23 атмосфери (близько 17,5 тис. Мм рт. Ст.).
холодильна машина
У холодильній машині фреон конденсується в спеціальному відділенні - конденсаторі. Тепло, що виділилася при конденсації, видаляється потоком охолоджуючої рідини або повітря. Оскільки холодильна машина повинна працювати безперервно, то в випарник повинен постійно надходити рідкий фреон, а в конденсатор - його пари. Цей процес - циклічний, обмежена кількість фреону циркулює по холодильній машині, випаровуючись і конденсуючись.
Один з основних компонентів холодильної машини- це конденсатор, службовець для перенесення теплової енергії від холодоагенту в навколишнє середовище. Найчастіше тепло передається воді або повітрю. Тепло, яке виділяється в конденсаторі, приблизно на 30% перевищує холодопродуктивність холодильної машини. Наприклад, якщо холодопродуктивність машини дорівнює 20 кВт, то конденсатор виділяє 25-27 кВт тепла.
Компресійний цикл охолодження складається з чотирьох основних елементів:
1. компресора
2. випарника
3. конденсатора
4. регулятора потоку.
Ці основні елементи з'єднані трубопроводами в замкнуту систему, по якій циркулює холодоагент (зазвичай це фреон). Циркуляцію хладагента по контуру виробляє компресор холодильної машини.
Компресійний цикл охолодження
На виході з випарника холодоагент - це пар при низькій температурі і низькому тиску. Потім компресор всмоктує холодоагент, тиск підвищується до приблизно 20 атм., А температура досягає 70 - 90С. Після цього гарячий пар холодоагенту потрапляє в конденсатор, де він охолоджується і конденсується. Для охолодження використовується вода або повітря. На виході з конденсатора холодоагент являє собою рідину під високим тиском. Усередині конденсатора пар повинен повністю перейти в рідкий стан. Для цього температура рідини, що виходить з конденсатора, на кілька градусів (зазвичай 4-6С) нижче температури конденсації при даному тиску. Потім холодоагент (має в цей момент рідке агрегатний стан при високому тиску і температурі) надходить в регулятор потоку. Тут тиск різко падає, і відбувається часткове випаровування.
На вхід випарника потрапляє суміш пари і рідини. У випарнику рідина повинна повністю перейти в пароподібний стан. Тому температура пари на виході з випарника трохи вище температури кипіння при даному тиску (зазвичай на 5-8С0). Це необхідно, щоб в компресор не потрапили навіть дрібні краплі рідкого холодоагенту, інакше компресор може бути пошкоджений. Утворився в випарнику перегрітий пар виходить з нього, і цикл відновлюється спочатку.
Отже, обмежена кількість холодоагенту постійно циркулює в холодильній машині, змінюючи агрегатний стан при періодично змінюються температурі і тиску.
У кожному циклі є два певних рівня тиску. На стороні високого тиску відбувається конденсація холодоагенту і знаходиться конденсатор. На стороні низького тискузнаходиться випарник, і рідкий холодоагент перетворюється в пар. Кордон між областями високого і низького тиску проходить в двох точках - на виході з компресора (нагнітальний клапан) і на виході з регулятора потоку.
ентальпія холодоагенту
Відбувається в холодильній машині цикл охолодження зручно зображувати графічно. На діаграмі показано співвідношення тиску і теплосодержания (ентальпії) холодоагенту. Ентальпія - це функція стану, приріст якої при процесі з постійним тиском одно теплоті, отриманої системою.
- Ліва гілка кривої відповідає насиченою рідини
- Права частина відповідає насиченому пару.
- У критичній точці гілки кривої з'єднуються, і речовина може перебувати і в рідкому, і в газоподібному стані.
- Усередині кривої - зона, відповідна суміші пари і рідини.
- Зліва від кривої (в області меншою ентальпії) - переохолоджена рідина.
- Праворуч від кривої (в області більшою ентальпії) - перегріта пара.
Теоретичний цикл охолодження
У компресорі
Холодний насичений пар холодоагенту надходить в компресор холодильної машини (точка С1). У процесі стиснення його тиск і температура підвищуються (точка D). Ентальпія теж підвищується на величину, рівну проекції лінії С1-D. На схемі це відрізок НС1-НD.
конденсація
В кінці циклу стиснення холодоагенту гаряча пара потрапляє в конденсатор. Тут при постійній температурі і тиску відбувається конденсація, і гаряча пара перетворюється в гарячу рідину. Хоча температура практично постійна, ентальпія зменшується при фазовому переході, а виділилася тепло відводиться від конденсатора. Цей процес відображається на діаграмі у вигляді відрізка, паралельного горизонтальній осі (тиск постійно).
Процес в конденсаторі холодильної машини відбувається в три етапи: зняття перегріву (D-Е), конденсація (Е-А) і переохолодження рідини (А-А1). Ділянка діаграми D-А1 відповідає зміні ентальпії холодоагенту в конденсаторі і показує, яка кількість тепла виділяється в ході даного процесу.
Зняття перегріву.
У цьому процесі температура пара знижується до температури насичення. Зайве тепло відводиться, але зміни агрегатного стану не відбувається. На цьому етапі знімається близько 10 - 20% тепла.конденсація
На цьому етапі відбувається зміна агрегатного стану холодоагенту. Температура при цьому залишається незмінною. На цьому етапі знімається близько 60 - 80% тепла.переохолодження рідини
У цьому процесі рідкий холодоагент охолоджується, при цьому виходить переохолоджена рідина. Агрегатний стан не змінюється. Переохолодження рідини на цьому етапі дозволяє підвищити продуктивність холодильної машини. При постійному рівні енергоспоживання зниження температури на 1 градус підвищує продуктивність холодильної машини на 1%.регулятор потоку
Переохолоджена рідина з параметрами точки А2 надходить на регулятор холодильної машини. Він являє собою капілярну трубку або терморегулювальний розширювальний клапан. У регуляторі відбувається різке зниження тиску. Безпосередньо за регулятором починається кипіння холодоагенту. Параметри отриманої суміші пари і рідини відповідають точці В.У випарнику
Суміш пара і рідини (точка В) потрапляє в випарник холодильної машини, де поглинає тепло від навколишнього середовища і повністю переходить в пар (точка С1). Цей процес відбувається при постійній температурі, але ентальпія при цьому збільшується. На виході випарника пароподібний холодоагент трохи перегрівається (відрізок С1-С2), щоб краплі рідини випарувалися повністю. Для цього доводиться збільшувати площу теплообмінної поверхні випарника (на 4-6% на кожен градус перегріву). Зазвичай перегрів складає 5-8 градусів, і збільшення площі теплообміну досягає 20%. У випарнику холодильної машини ентальпія холодоагенту змінюється на величину НВ-Нс2, рівну проекції кривої випаровування на горизонтальну вісь.Реальний цикл охолодження
Реальний цикл охолодження має деякі відмінності від ідеального. Це відбувається за рахунок втрат тиску, що виникають на лінії всмоктування і нагнітання холодильної машини, а також в клапанах компресора. Тому відображення реального циклу на діаграмі зв'язку тиску і ентальпії дещо інше.
Через втрат тиску на вході в компресор всмоктування має проходити при тиску, яке нижче тиску випаровування (відрізок C1-L). Крім того, через втрати тиску на виході компресора доводиться стискати пар холодоагенту до тиску, який вище тиску конденсації (M-D1). Таким чином, робота стиснення збільшується. Така компенсація втрат тиску в реальному холодильній машині знижує ефективність циклу.
Крім втрат тиску в трубопроводі, є й інші відхилення від ідеального циклу. По-перше, реальне стиснення холодоагенту в компресорі не може бути строго адіабатичним (без підведення і відведення тепла). Тому робота стиснення буде вищою теоретично розрахованої. По-друге, в компресорі холодильної машини є механічні втрати енергії, що призводить до збільшення необхідної потужності електродвигуна.
Ефективність циклу охолодження холодильної машини
Відображення на діаграмі:C1-L - втрата тиску при всмоктуванні
M-D1 - втрата тиску при виході
HD-HC1 - теоретичне зміна ентальпії (теплосодержания) при стисканні
HD1-HC1 - реальна зміна ентальпії (теплосодержания) при стисканні
C1D - теоретичне стиснення
LM - реальне стиснення
Для вибору одного з найкращих циклів охолодження необхідно оцінювати їх ефективність. Зазвичай показником ефективності циклу холодильної машини служить ККД або коефіцієнт термічної (термодинамічної) ефективності.
Коефіцієнт термічної ефективності- це: відношення зміни ентальпії холодоагенту у випарнику (НС-НВ) до зміни ентальпії в процесі стиснення (HD-HC).або: співвідношення потужності охолодження і електричної потужності, яку споживає компресор холодильної машини.
Наприклад, якщо коефіцієнт термічної ефективності будь-якої холодильної машини дорівнює 2, то на кожен кВт споживаної електроенергії ця машина виробляє 2 кВт холоду.
Конденсатор. Принцип роботи.
Конденсатори з повітряним охолодженням
 1 мідні трубки 2 ребра охолодження |
Конденсатори з повітряним охолодженням найбільш поширені. Конденсатор з повітряним охолодженням складається з вентиляторного блоку з електродвигуном і теплообмінника. По трубках протікає холодоагент, а вентилятор обдуває трубки потоком повітря. Зазвичай швидкість потоку становить 1 - 3.5 м / с. Найчастіше теплообмінник складається з оребрених мідних трубок діаметром 6 - 20 мм з відстанню між ребрами 1-3 мм. Мідь використовується тому, що її легко обробляти, вона не окислюється і має високу теплопровідність. Ребра зазвичай виконується з алюмінію. Вибір діаметра трубок залежить від багатьох факторів: втрат тиску, легкості обробки матеріалу і т.д. Тип оребрения може бути різним і значно впливає на теплові та гідравлічні параметри теплообмінника в цілому. Наприклад, складний профіль оребрения з численними виступами і просечками створює турбулентність (завихрення) повітря, що омиває теплообмінник. В результаті ефективність теплопередачі від холодоагенту до повітря збільшується, і підвищується холодопродуктивність холодильної машини. |
Застосовують два типи з'єднання трубок з ребрами:
Отвори в ребрах, куди безпосередньо вставляють трубки теплообмінника. Цей спосіб більш простий, але зменшує теплопередачу через нещільності контакту. До того ж, в забрудненому середовищі по контуру прилягання може з'явитися корозія, додатково знижує продуктивність теплообміну.
Комірці (буртики) в місцях приєднання трубок теплообмінника. Цей спосіб дорожче і складніше, зате забезпечує збільшення поверхні теплообміну.
Додатково тепловіддачу холодоагенту підвищують шляхом рифлення внутрішньої поверхні трубок теплообмінника. Це створює турбулентність течії холодоагенту.
Зазвичай в конденсаторі є від одного до чотирьох рядів трубок, розташованих у напрямку потоку холодоагенту. Часто трубки розташовують в шаховому порядку для підвищення ефективності теплопередачі.
Інтенсивність теплообміну неоднакова протягом руху холодоагенту по трубках. Гарячий холодоагент надходить в обмінник зверху і переміщається вниз.
На початковому етапі (5% поверхні) охолодження найбільш інтенсивно, оскільки максимальна різниця температур між холодоагентом і охолоджуючим повітрям і висока швидкість руху холодоагенту.
Основний ділянку теплообмінника складає близько 85% поверхні. На цій ділянці холодоагент конденсується при постійній температурі.
Решта 10% поверхні теплообмінника служать для додаткового охолодження рідкого холодоагенту.
Температура конденсації холодоагенту (фреону) вище температури навколишнього повітря на 10 - 20 градусів, і становить зазвичай 42-55С. Виходить з теплообмінника нагріте повітря всього на 3-5 градусів холодніше температури конденсації.
Конденсатори з водяним охолодженням
Існує три типи конструкції конденсаторів з водяним охолодженням:- кожухотрубні
- Типу "труба в трубі"
- Пластинчасті.
кожухотрубні конденсатори
В процесі теплообміну бере участь не все повітря, що подається у випарник, оскільки його частина проходить по периферії повз теплообмінника. Частина повітря (у відсотках), яка проходить повз випарника і зберігає свої параметри, називають коефіцієнтом просочування. Слід прагнути до зниження коефіцієнта просочування повітря.
Конденсатор типу "труба в трубі" - система з двох спіральних трубок, одна розташована всередині іншої. За однією з трубок (зовнішньої чи внутрішньої) переміщається холодоагент, а по інший - вода. Внутрішня трубка робиться з міді, а зовнішня - з міді або сталі. Поверхні трубок можуть мати ребра, яке підвищує ефективність теплообміну. Рідини рухаються зустрічними потоками, при цьому вода надходить знизу і випливає зверху, а холодоагент - навпаки. Конденсатори типу "труба в трубі" використовують в автономних установках кондиціонування і малопотужних установках охолодження. Недолік конденсаторів цього типу полягає в тому, що конструкція нероз'ємна, і можлива тільки хімічне очищення трубки.пластинчасті конденсатори
Пластинчасті конденсатори складаються з рядів сталевих пластин, розташованих "ялинкою". Усередині теплообмінника холодоагент і вода рухаються назустріч один одному по незалежним контурам циркуляції.
Тому вони широко застосовуються в холодильних машинах невеликої та середньої потужності.
Якщо температура води на вході в конденсатор становить 16 градусів, то температура конденсації дорівнює 32-36 градусів. При температурі води + 24С холодоагент конденсується при 38-40С.
Максимально допустимий тиск в робочому режимі з боку контуру холодоагенту становить 2,45 МПа, а з боку підводу води - 1 МПа.
випарник
Один з основних компонентів холодильної машини - це випарник, службовець для охолодження робочого середовища. В якості робочого середовища холодильної машини використовується або повітря, або вода або рідини, що містять антифриз. для охолодження різних видівробочих середовищ призначені різні типи випарників:- кожухотрубні
- пластинчасті
кожухотрубні випарники
Кожухотрубний випарник являє собою сталевий циліндр, з обох кінців циліндра встановлені сталеві решітки, до яких кріпляться головки з патрубками для підключення до системи водяного охолодження. У ці решітки запресовані мідні трубки, по яких протікає вода. Трубки найчастіше робляться з міді і мають діаметр 20 мм і 25 мм. Зовні вони оребрено для підвищення теплообміну.
Холодоагент циркулює по трубках, вступаючи з нижньої частини випарника і поступово піднімаючись по трубках вгору. Із зовнішнього боку трубки омиваються водою, яка охолоджується в процесі теплообміну з холодним холодоагентом.
Вода в Кожухотрубний випарник циркулює перпендикулярно трубках і має швидкість від 0.5 до 3 м / с завдяки розділовим перегородок, розташованим всередині кожуха випарника.
Кожухотрубні випарники підходять для роботи з різними холодоагентами. Потужність цих випарників варіюється від 7 до 200-250 кВт.
пластинчасті випарники
Пластинчасті випарники складаються з рядів сталевих пластин, розташованих "ялинкою". Усередині теплообмінника холодоагент і вода рухаються назустріч один одному по незалежним контурам циркуляції.переваги:
- дуже висока ефективність теплообміну.
- компактність і невелика масу.
- більш стійкі до заморожування в разі поломки, ніж інші типи випарників.
Випарники для охолодження повітря
Повітряні випарники - це теплообмінники з одним або декількома (4-6) рядами трубок. Усередині трубок протікає холодоагент, а між ребрами випарника (поза трубок) - охолоджуваний повітря.
Найчастіше випарник для охолодження повітря складається з оребрених мідних трубок діаметром 8 - 13 мм (5/16 ", 3/8" і 1/2 ") з відстанню між ребрами 1.4 - 1.8 мм. Мідь використовується тому, що її легко обробляти, вона не окислюється і має високу теплопровідність. Ребра зазвичай виконується з алюмінію.
Якщо потужність холодильної машини досить велика, то повітряні випарники робляться з двома або кількома контурами охолодження. Кожен контур має незалежний підведення холодоагенту за допомогою розподільника, з'єднаного з ним тонкими трубками. Всі контури заповнюються рівними кількостями холодоагенту. Потік повітря рівномірно розподіляється по теплообміннику, виключаючи обмерзання окремих ділянок випарника.
Щоб досягти найкращої якостіі стабільності роботи випарника холодильної машини, потужність повинна становити 3-7 кВт на кожен контур теплообміну (при використанні найбільш поширеного холодоагенту R-22).
Від обсягу охолоджуваного повітря залежить розмір випарника. Обсяг повітря становить близько 195 куб.м. / год на кожен кВт холодопродуктивності установки. Загальна холодопродуктивність випарника визначається температурою випаровування холодоагенту (постійної, заданої при проектуванні холодильної машини), і температурою повітря, що поступає (залежить від умов роботи).
Швидкість потоку повітря, що надходить у випарник, зазвичай 2-3 м / с. Якщо швидкість буде вище, то краплі конденсату можуть проскакувати на виході теплообмінника. У випарнику, як і в інших елементах холодильної машини, виникають втрати тиску. Вони залежать від діаметра трубок випарника, конфігурації ребер, швидкості повітряного потоку і кількості конденсату на ребра.
Коефіцієнт просочування (Bypass)
Переваги низького коефіцієнта просочування:
- Збільшується температура випаровування і продуктивність холодильної машини
- Можна зменшити розміри компресора
- Можна обмежитися меншою площею поверхні теплообмінника. Знадобиться менше трубок теплообмінника.
компресор
Один з головних елементів будь-якої холодильної машини - це компресор.
Компресор всмоктує пар холодоагенту, що має низькі температуру і тиск, потім стискає його, підвищуючи температуру (до 70 - 90С) і тиск (до 15 - 25 атм.), А потім направляє пароподібний холодоагент до конденсатору.
Основні характеристики компресора - ступінь компресії (стиснення) і обсяг холодоагенту, який він може нагнітати. Ступінь стиснення - це відношення максимального вихідного тиску парів холодоагенту до максимального вхідного.
У холодильних машинах використовують компресори двох типів:
поршневі- зі зворотно-поступальним рухом поршнів в циліндрах
Ротаційні, гвинтові і спіральні - з обертовим рухом робочих частин
1. Поршневі компресори
2. Ротаційні компресори обертання
3. Спіральні компресори SCROLL
4. Гвинтові компресори
поршневі компресори
При русі поршня (3) вгору по циліндру компресора (4) холодоагент стискується. Поршень переміщається електродвигуном через колінчастий вал (6) і шатун (5).
Під дією тиску пара відкриваються і закриваються усмоктувальні і випускні клапани компресора холодильної машини.
На схемі 1 показана фаза всмоктування холодоагенту в компресор. Поршень починає опускатися вниз від верхньої точки, при цьому в камері компресора створюється розрідження і відкривається впускний клапан (12). Пароподібний холодоагент низької температури і низького тиску потрапляє в робочий простір компресора.
На схемі 2 показана фаза стиснення пари і його виходу з компресора. Поршень піднімається вгору і стискає пар. При цьому відкривається випускний клапан компресора (1) і пар під високим тиском виходить з компресора.
Основні модифікації поршневих компресорів (відрізняються конструкцією, типом двигуна і призначенням):
- герметичні компресори
- напівгерметичні компресори
- відкриті компресори
герметичні компресори
Використовуються в холодильних машинах не великої потужності(1.5 - 35 кВт). Електродвигун розташований всередині герметичного корпусу компресора. Охолодження електродвигуна виробляється самим всмоктуваним холодоагентом.напівгерметичні компресори
Використовуються в холодильних машинах середньої потужності (30 - 300 кВт). У напівгерметичних компресорах електродвигун і компресор з'єднані безпосередньо і розміщені в одному розбірному контейнері. Перевага цього типу компресорів в тому, що при пошкодженнях можна вийняти двигун, щоб ремонтувати клапани, поршень і ін. Частини компресора. Охолодження електродвигуна виробляється самим всмоктуваним холодоагентом.відкриті компресори
Мають зовнішній електродвигун, виведений за межі корпусу, і з'єднаний з компресором безпосередньо або через трансмісію. Потужність багатьох холодильних установок може плавно регулюватися за допомогою інверторів - спеціальних пристроїв, що змінюють швидкість обертання компресора. У напівгерметичних компресорах можливий і інший спосіб регулювання потужності - перепуском пара з виходу на вхід або закриттям частини всмоктуючих клапанів.Основні недоліки поршневих компресорів:
Пульсації тиску парів холодоагенту на виході, що призводять до високого рівня шуму.Великі навантаження при пуску, що вимагають великого запасу потужності і призводять до зносу компресора.
Ротаційні компресори обертання
Принцип роботи ротаційних компресорів обертання заснований на всмоктуванні і стисненні газу при обертанні пластин.Їх перевага перед поршневими компресорами полягає в низьких пульсаціях тиску і зменшення струму при запуску.
Існує дві модифікації ротаційних компресорів:
- З стаціонарними пластинами
- З обертовими пластинами
Компресор зі стаціонарними пластинами
У компресорі зі стаціонарними пластинами холодоагент стискується за допомогою ексцентрика, встановленого на ротор двигуна. При обертанні ротора ексцентрик котиться по внутрішній поверхні циліндра компресора, і що знаходиться перед ним пар холодоагенту стискується, а потім виштовхується через випускний клапан компресора. Пластини поділяють області високого та низького тиску парів холодоагенту усередині циліндра компресора.
Стиснення і всмоктування триває
Стиснення завершено, пар остаточно заповнив простір усередині циліндра компресора.
Компресор з обертовими пластинами
Пар заповнює наявний простір
Починається стиснення пари усередині компресора і всмоктування нової порції холодоагенту
Стиснення і всмоктування завершується.
Починається новий цикл всмоктування і стиснення.
Спіральні компресори SCROLL
Спіральні компресори застосовуються в холодильних машинах малої і середньої потужності.
Такий компресор складається з двох сталевих спіралей. Вони вставлені одна в іншу і розширюються від центру до краю циліндра компресора. Внутрішня спіраль нерухомо закріплена, а зовнішня обертається навколо неї.
Спіралі мають особливий профіль (евольвента), що дозволяє перекочуватися без прослизання. Рухома спіраль компресора встановлена на ексцентрики і перекочується по внутрішній поверхні іншої спіралі. При цьому точка дотику спіралей поступово переміщається від краю до центру. Пари холодоагенту, що знаходяться перед лінією торкання, стискаються, і виштовхуються в центральний отвір в кришці компресора. Точки дотику розташовані на кожному витку внутрішньої спіралі, тому пари стискаються більш плавно, меншими порціями, ніж в інших типах компресорів. В результаті навантаження на електродвигун компресора знижується, особливо в момент пуску компресора.
Пари холодоагенту надходять через вхідний отвір в циліндричної частини корпусу, охолоджують двигун, потім стискаються між спіралей і виходять через випускний отвір у верхній частині корпусу компресора.
Недоліки спіральних компресорів:
- Складність виготовлення.
- Необхідно дуже точне прилягання спіралей і герметичність по їх торцях
Гвинтові компресори застосовуються в холодильних машинах великої потужності (150 - 3500 кВт). Існують дві модифікації цього типу:
- З одинарним гвинтом
- З подвійним гвинтом
Гвинтовий компресор з одинарним гвинтом
Моделі з одинарним гвинтом мають одну або дві шестерні-сателіти, під'єднані до ротора з боків.
Стиснення парів холодоагенту відбувається за допомогою обертових в різні боки роторів. Їх обертання забезпечує центральний ротор у вигляді гвинта. Пари холодоагенту надходять через вхідний отвір компресора, охолоджують двигун, потім потрапляють в зовнішній сектор обертових шестерень роторів, стискаються і виходять через ковзний клапан в випускний отвір.
Гвинти компресора повинні прилягати герметично, тому використовується змазує масло. Згодом масло відділяється від холодоагенту в спеціальному сепараторі компресора.
Гвинтовий компресор з подвійним гвинтом
Моделі з подвійним гвинтом відрізняються використанням двох роторів - основного і приводного.
Гвинтові компресори не мають впускних і випускних клапанів. Всмоктування холодоагенту постійно відбувається з одного боку компресора, а його випускання - з іншого боку. При такому способі стиснення парів рівень шуму набагато нижче, ніж у поршневих компресорів.
Гвинтові компресори дозволяють плавно регулювати потужність холодильної машини за допомогою зміни частоти обертів двигуна.
регулятор потоку
1. Капілярна трубка2. Терморегулюючий вентиль
капілярна трубка
Рідкий холодоагент, що перетікає від конденсатора до випарника, потрібно дозувати. Це реалізується за допомогою регулятора потоку.
Найбільш простий варіант регулятора - капілярна трубка діаметром близько 1 мм. Вони застосовуються в кондиціонерах спліт-систем невеликої потужності.
Переваги капілярних трубок:
- Низька вартість
- Простота і надійність в експлуатації, як при постійному навантаженні, так і в перехідних режимах.
Витрата холодоагенту через капілярну трубку залежить тільки від перепаду тисків на кінцях трубки. Якщо тиск нагнітання компресора і навантаження випарника непостійні, то надходження холодоагенту по капілярної трубці може стати недостатнім або, навпаки, надмірною.
Якщо теплове навантаження на випарник зменшиться, то рідкий холодоагент в повному обсязі перетвориться в пар, і може пошкодити компресор при попаданні в нього. Це називається гідравлічним ударом.
Якщо ж через зниження навколишньої температури знизиться тиск конденсації, то потік холодоагенту зменшиться, і заповнення конденсатора стане недостатнім. При цьому знизиться холодопродуктивність установки, що, звичайно, небажано.
терморегулюючий вентиль
Для потужних установок кондиціонування використовують терморегулюючий вентиль (ТРВ). Він регулює подачу холодоагенту від конденсатора до випарника так, щоб при зміні умов роботи тиск випаровування і перегрів в випарнику холодильної машині залишалися незмінними.Існує два типи терморегулювальних вентилів:
1. З внутрішнім вирівнюванням - для машин малої та середньої потужності2. Із зовнішнім вирівнюванням - для машин великої потужності
Швидкість перетікання хладагента через терморегулюючий вентиль залежить від положення клапана. Це положення визначається співвідношенням сил, що діють на мембрану регулятора.
- На закриття клапана спрямовані тиск випаровування і сила натягу пружини.
- На відкриття клапана направлено тиск термобаллона, яке визначається перегрівом холодоагенту у випарнику.
Аналогічно дію регулятора при збільшенні температури зовнішнього повітря.
Залежно від довжини і жорсткості пружини, що закриває клапан терморегулюючого вентиля, тиск випаровування і перегрів можна встановити на виставлені
Про «плаваючому» тиску конденсації.
При проектуванні парокомпрессорная установки важливим є питання регулювання тиску конденсації. Для підвищення енергоефективності холодильних систем ступеневу регулювання Пресостати замінюється плавним із застосуванням перетворювачів частоти (ПЧ). Це можливо для температур конденсації вище 20 0 С (всі викладки наводяться для R404A), так як ця температура є мінімально допустимої для більшості компресорів. Але тривала робота на кордоні застосування неприпустима, тому в розрахунках будемо використовувати значення 25 0 С.
Необхідність підтримувати мінімальне тиск конденсаціїпри низьких температурахдовкілля (для подолання гідравлічного опору системи) призводить до обов'язкового застосування в природних умовах Росії «комплекту зимового регулювання» тиску конденсації, Наприклад KVR + NRDілі ICSфірми Danfoss, спільно з ПЧ.
Існує два методи плавного регулювання тиску конденсації за допомогою ПЧ:
- З фіксованою уставкой (використовується один датчик на лінії високого тиску);
- З плаваючою уставкой (один датчик на лінії високого тиску, другий вимірює температуру навколишнього середовища).
Основна відмінність цих методів полягає в тому, що в першому випадку відстежується встановлене значення температури конденсації, а в другому - різниця температур.
Регулювання з фіксованою уставкой, що настроюється, як правило, на розрахункове значення температури конденсації (наприклад, 45 0 С), зазвичай застосовується для зменшення енергоспоживання вентиляторами конденсатора. Але одночасно така уставка температури конденсації веде до зростання енергоспоживання компресором через збільшення різниці тиску нагнітання і всмоктування. При цьому підвищення енергоспоживання компресором, як правило, більше зменшення енергоспоживання вентиляторами.
Цю проблему вирішує плаваюча уставка тиску конденсації, При якій ПЧ прагне підтримувати задану різницю між показаннями датчиків температури навколишнього середовища (перетворюється в тиск) і тиск конденсації.
Для порівняння ефективності двох описаних методів був проведений розрахунок агрегату на базі компресора ВІСК HGX34e / 380-4Sс використанням програми PackColculationIIv3.06. Різниця температур для методу з плаваючою уставкой приймалася, виходячи з рекомендацій, 15К; для методу з фіксованою уставкой значення уставки температури конденсації було прийнято 25 0 С. Така мінімізація уставки дозволяє зменшити ступінь стиснення в компресорі, але призводить до перевитрати енергії, споживаної вентиляторами конденсатора, так як більшу частину часу вентилятори працюють з номінальною частотою обертання. При перевищенні уставки вентилятори конденсатора продовжують обертатися на номінальній частоті.
Результати розрахунку зведені в таблицю, з якої випливає, що система з плаваючою уставкой тиску конденсації споживає при заданих умовах на 141 кВт.год (0.5% від загального енергозбереження) більше, ніж система з фіксованої мінімальної уставкой. Відповідно з точки зору енергоефективності в даному випадку доцільно застосовувати саме метод регулювання з фіксованої мінімальної уставкой (значення уставки має бути мінімально можливим). Такий висновок об'яснімакой висновок зрозумілий: при мінімальній уставці різниця між температурою конденсації і температурою повітря на вході в конденсатор визначається характеристиками конденсатора, який підбирається з коефіцієнтом запасу. При плаваючому значенні уставки ця ж різниця задається вручну, виходячи з рекомендацій, без урахування реальних характеристикпідібраного конденсатора, що призводить до зростання тиску конденсації, більшому ступені стиснення в компресорі і в кінцевому підсумку до перевитрати енергії системою в цілому.
Зниження уставки температури конденсації на перетворювачі частоти з 45 до 25 0 С (або нижче, якщо це можливо) дозволяє досягти значної економії електроенергії, яка перевершує економію від переходу на плаваючу уставку тиску конденсації. При правильному проектуванні системи з ПЧ застосування плаваючої уставки тиску конденсаціїнедоцільно.
Продуктивність конденсатора залежить від декількох факторів:
площі поверхні конденсатора;
контакту між холодоагентом і внутрішньою поверхнею конденсатора; різниці температур між охолоджуючим середовищем і пароподібним холодоагентом;
швидкості руху потоку пароподібного холодоагенту в трубах конденсатора. при нормальних умовахексплуатації чим вище швидкість, тим краще коефіцієнт теплопередачі і тим більше продуктивність;
інтенсивності потоку охолоджуючої середовища, що омиває або протікає через конденсатор. Коефіцієнт теплопередачі збільшується при підвищенні швидкості руху потоків повітря і води, а також при підвищенні щільності повітря;
матеріалу конденсатора. У зв'язку з тим що теплопередача залежить від матеріалу, то метали, ймеющіе більший коефіцієнт теплопровідності, підвищують продуктивність апарату;
чистоти теплопередающей поверхні. Бруд, накип або корозія знижують інтенсивність теплопередачі;
швидкості заміщення сконденсованого холодоагенту неохолодженим пароподібним агентом.
Для кожної моделі конденсатора фізичні характеристики є певними. Основна змінна - це різниця температур між пароподібним холодоагентом і ох- лаждающей середовищем.
температура конденсації
Температура конденсації - це температура, при якій пароподібний холодоагент перетворюється в рідину. Цю температуру можна плутати з температурою охолоджувальної середовища. Температура конденсації завжди повинна бути вище, щоб здійснився процес теплопередачі.
Для конденсації пароподібного холодоагенту, що подається в конденсатор, тепло повинно відводитися від нього з тією ж інтенсивністю, з якою воно надходить з пароподібним холодоагентом, що подається в конденсатор. Як зазначалося раніше, єдність- «Перший метод підвищення продуктивності конденсатора при даних умовах полягає в збільшенні різниці температур.
При роботі поршневого компресора тиск в конденсаторі буде підвищуватися до тих пір, поки різниця температур між конденсується паром і охолоджуючої середовищем стане досить велика для передачі необхідної кількості тепла. Ця різниця температур може бути дуже маленькою в великому конденсаторі. Значна різниця температур стає причиною виникнення небезпечно високого тиску нагнітання в невеликому конденсаторі, якщо перегороджений потік повітря або води до нього. Тому важливо, щоб конденсатор під час експлуатації холодильного агрегату працював з оптимальною різницею температур.
Температура конденсації, а отже, і тиск конденсації визначаються продуктивністю конденсатора, температурою охолоджуючої середовища і ентальпії пароподібного холодоагенту, що нагнітається компресором. Ентальпія в свою чергу залежить від обсягу, щільності і температури повітря, що нагнітається пара.
Різниця температур при конденсації
Конденсатор для системи зазвичай вибирають, виходячи з його здатності впоратися з навантаженням на компресор при бажаної різниці температур між температурою конденсації і очікуваної температурою охолоджуючої середовища. Більшість повітряних конденсаторів використовують для роботи при різниці температур від 11 до 17 ° С. У спеціальних випадках конденсатори працюють при більшій або меншій різниці температур.
Компресорно-конденсаторні агрегати часто випускають з одним конденсатором для широкого діапазону роботи. Для того щоб діапазон роботи був якомога ширше, різниця температур при високому тискувсмоктування може бути від 17 до 22 ° G. При низькій температурі кипіння холодоагенту різниця температур не перевищує часто 2-6 ° С. Розрахункова температура конденсації в агрегатах з водяним охолодженням визначається температурою води, що поступає, а також інтенсивністю її потоку і може бути від 32 до 49 ° С.
У зв'язку з тим що продуктивність компресора повинна бути вище продуктивності випарника на величину, рівну теплоті стиснення і втрати ККД двигуна, Завод-виготовлювач може визначати продуктивність конденсаторів в одиницях продуктивності випарника або рекомендувати коефіцієнт, що враховує теплоту стиснення, при виборі конденсатора відповідного розміру.
неконденсірующаяся гази
Повітря складається в основному з азоту і кисню. Обидва елементи залишаються в газовій фазі при будь-яких температурі і тиску, що зустрічаються в торговому холодильному обладнанніі в системах кондиціонування повітря. Тому, незважаючи на те що ці гази можуть бути скраплений при виключно високому тиску і дуже низькій температурі, в холодильній системі їх можна розглядати як неконденсірующаяся гази.
В суміші кожен газ створює своє власне тиск незалежно від інших газів і загальний тиск в системі є сумою тисків всіх присутніх в ній газів. Це явище відоме як закон Дальтона. Інший газовий закон полягає в тому, що якщо простір, в якому знаходиться газ, залишається постійним і газ не може розширитися, його тиск змінюється в залежності від температури. Якщо повітря і холодоагент знаходяться в герметичній системі, то тиск азоту і кисню додається до тиску холодоагенту. Це сумарне тиск збільшиться при підвищенні температури.
У зв'язку з тим що повітря є неконденсірующаяся газом, він зазвичай залишається у верхній частині конденсатора і ресивера. Під час роботи компресора тиск нагнітання є сумою тиску конденсації холодоагенту і тиску, створюваного азотом і киснем. Надлишок тиску, що перевищує тиск конденсації, який може утворитися, залежить від кількості наявного в апаратах повітря і легко може досягти величини 0,28-0,35 МПа і вище. Повітря є основною причиною роботи системи при ненормально високому тиску нагнітання.