Розрахунок випарників для охолодження рідких холодоносіїв
При розрахунку проектованого випарника визначають його поверхню, що теплопередає, і обсяг циркулюючого розсолу або води.
Теплопередавальну поверхню випарника знаходять за такою формулою:
, (5.1)
де F - теплопередаюча поверхня випарника, м 2;
Q0 - холодопродуктивність машини, Вт;
Dtm – для кожухотрубних випарників це середня логарифмічна різниця між температурами холодоносія та кипіння холодильного агента, а для панельних випарників – арифметична різниця між температурами розсолу, що виходить, і кипіння холодильного агента, 0 С;
- Щільність теплового потоку, Вт/м 2 .
Для наближених розрахунків випарників користуються значеннями коефіцієнтів теплопередачі, отриманими дослідним шляхом Вт/(м 2 ×К):
для аміачних випарників:
кожухотрубні 450 – 550
панельних 550 – 650
для фреонових кожухотрубних випарників із накатними ребрами 250 – 350.
Середню логарифмічну різницю температур охолоджувача та кипіння холодильного агента у випарнику розраховують за формулою:
(5.2)
де tР1 і tР2 - температури холодоносія на вході та виході з випарника, 0 С;
t0 – температура кипіння холодильного агента, 0С.
Для панельних випарників завдяки великому об'єму бака та інтенсивній циркуляції холодоносія його середня температура може бути прийнята рівною температурі на виході з бака tР2. Тому для цих випарників
Об'єм циркулюючого холодоносія визначають за формулою:
(5.3)
де VР - обсяг циркулюючого теплоносія, м3/с;
сР - питома теплоємність розсолу, Дж/(кг× 0 С);
rР - щільність розсолу, кг/м 3;
tР2 і tР1 – температура теплоносія відповідно при вході в охолоджуванеприміщення та виході з нього, 0 С;
Q0 – холодопродуктивність машини.
Величини сР і rР знаходять за довідковими даними для відповідного холодоносія в залежності від його температури та концентрації.
Температура холодоносія при проходженні через випарник знижується на 2 – 3 0 З.
Розрахунок випарників для охолодження повітря в холодильних камерах
Для розподілу випарників, що входять до комплекту холодильної машини, визначають необхідну теплопередавальну поверхню за формулою:
(5.4)
де SQ – сумарний теплопритік на камеру;
К – коефіцієнт теплопередачі камерного обладнання, Вт/(м 2 К);
Dt – розрахункова різниця температур між повітрям у камері та середньою температурою охолоджувача при розсольному охолодженні, 0 С.
Коефіцієнт теплопередачі для батареї приймають 1,5–2,5 Вт/(м 2 К), для охолоджувачів повітря – 12–14 Вт/(м 2 К).
Розрахункову різницю температур для батарей - 14-16 0 С, для охолоджувачів повітря - 9-11 0 С.
Кількість приладів охолодження кожної камери визначають за формулою:
(5.5)
де n - необхідна кількість приладів охолодження, прим.;
f – поверхня однієї батареї або повітроохолоджувача (приймають виходячи з технічної характеристики машини).
Конденсатори
Розрізняють два основні типи конденсаторів: з водяним та повітряним охолодженням. У холодильних установках великої продуктивності використовуються також конденсатори з водо-повітряним охолодженням, які називаються випарними.
У холодильних агрегатах для торговельного холодильного обладнання найчастіше застосовують конденсатори повітряного охолодження. У порівнянні з конденсатором водяного охолодження вони економічні в роботі, простіше в монтажі таексплуатації. Холодильні агрегати, до складу яких входять конденсатори водяного охолодження, компактніші, ніж агрегати з конденсаторами повітряного охолодження. Крім того, під час експлуатації вони видають менше шуму.
Конденсатори з водяним охолодженням розрізняють за характером руху води: проточного типу та зрошувальні, а за конструкцією – кожугоспмійникові, двотрубні та кожухотрубні.
Основним типом є горизонтальні кожухотрубні конденсатори (рис. 5.3). Залежно від виду холодоагенту у конструкції аміачних та фреонових конденсаторів є деякі відмінності. За величиною теплопередаючої поверхні аміачні конденсатори охоплюють діапазон приблизно від 30 до 1250 м 2 , а фреонові - від 5 до 500 м 2 . Крім того, випускаються аміачні вертикальні кожухотрубні конденсатори з площею теплопередаючої поверхні від 50 до 250 м 2 .
Кожухотрубні конденсатори використовують у машинах середньої та великої продуктивності. Гарячі пари холодоагенту надходять через патрубок 3 (рис. 5.3) міжтрубний простір і конденсуються на зовнішній поверхні пучка горизонтальних труб.
Усередині труб під напором насоса циркулює вода, що охолоджує. Труби розвальцьовані в трубних ґратах, закриті зовні водяними кришками з перегородками, що утворюють кілька горизонтальних ходів (2-4-6). Вода надходить через патрубок 8 знизу і виходить через патрубок 7. На цій водяній кришці є вентиль 6 для випуску повітря з водяного простору і вентиль 9 для зливу води при ревізії або ремонті конденсатора.
Рис.5.3 - Горизонтальні кожухотрубні конденсатори
Зверху апарату є запобіжний клапан 1, що з'єднує міжтрубний простір аміачного конденсатора з трубопроводом, виведеним назовні, вище за ковзанний дахнайвищої будівлі в радіусі 50 м. Через патрубок 2 приєднується зрівняльна лінія, що з'єднує конденсатор з ресивером, куди виводиться рідкий холодоагент через патрубок 10 нижньої частини апарату. Знизу до корпусу приварений маслозбірник з патрубком 11 для зливу олії. Рівень рідкого холодоагенту в нижній частині кожуха контролюється за допомогою покажчика рівня 12. При нормальній роботі весь рідкий холодоагент повинен зливатись у ресивер.
Зверху кожуха є 5 вентиль для спуску повітря, а також патрубок для приєднання манометра 4.
Вертикальні кожухотрубні конденсатори застосовуються в аміачних холодильних машинах великої продуктивності, вони розраховані на теплове навантаження від 225 до 1150 кВт та встановлюються зовні машинного залу, не займаючи його корисної площі.
Останнім часом виникли конденсатори пластинчастого типу. Висока інтенсивність теплообміну в пластинчастих конденсаторах, порівняно з кожухотрубними, дозволяє при однаковому тепловому навантаженні приблизно вдвічі зменшити металоємність апарату та в 3–4 рази підвищити компактність.
Повітряні конденсатори застосовують головним чином у машинах малої та середньої продуктивності. За характером руху повітря їх ділять на два типи:
• із вільним рухом повітря; такі конденсатори використовують у машинах дуже малої продуктивності (приблизно до 500 Вт), що застосовуються у побутових холодильниках;
• з примусовим рухом повітря, тобто з обдуванням теплопередаючої поверхні за допомогою осьових вентиляторів. Цей тип конденсатора найбільш застосовний у машинах малої та середньої продуктивності, проте останнім часом у зв'язку з дефіцитом води вони все більше використовуються і в машинах великої продуктивності.
Конденсатори повітряного типузастосовують у холодильних агрегатах із сальниковими, безсальниковими та герметичними компресорами. Конструкції конденсаторів однотипні. Конденсатор складається з двох або більше секцій, послідовно з'єднаних калачами або паралельно колекторами. Секції є прямі або U-подібні трубки, зібрані в змійовик за допомогою калачів. Труби – сталеві, мідні; ребра – сталеві чи алюмінієві.
Конденсатори з примусовим рухом повітря використовують у холодильних торгових агрегатах.
Розрахунок конденсаторів
При проектуванні конденсатора розрахунок зводиться до визначення його теплопередаючої поверхні і (якщо він з водяним охолодженням) кількості води, що витрачається. Насамперед підраховують дійсне теплове навантаження на конденсатор.
(5.6)
де Qк - дійсне теплове навантаження на конденсатор, Вт;
Q0 – холодопродуктивність компресора, Вт;
Ni - індикаторна потужність компресора, Вт;
Nе – ефективна потужність компресора, Вт;
hм – механічний к. п. буд. компресора.
В агрегатах з герметичними або безсальниковими компресорами теплове навантаження на конденсатор слід визначати за формулою:
(5.7)
де Nе - Електрична потужність на клемах електродвигуна компресора, Вт;
hе - к. п. д. електродвигуна.
Теплопередавальна поверхня конденсатора визначається за формулою:
(5.8)
де F - площа теплопередавальної поверхні, м 2;
до – коефіцієнт теплопередачі конденсатора, Вт/(м 2 К);
Dtm – середня логарифмічна різниця між температурами конденсації холодильного агента та охолоджувальної води або повітря, 0 С;
qF – густина теплового потоку, Вт/м 2 .
Середню логарифмічна різниця визначають заформулі:
(5.9)
де tв1 - температура води або повітря на вході в конденсатор, 0 С;
tв2 – температура води чи повітря на виході з конденсатора, 0 З;
tк – температура конденсації холодильного агрегату, 0С.
Коефіцієнти теплопередачі різних типів конденсаторів наведено у табл. 5.1.
Таблиця 5.1 – Коефіцієнти теплопередачі конденсаторів