Мнацаканов Г.К. Холодильна техніка і технология. Навчальний посібник. Частина 1 - файл n1.doc

Мнацаканов Г.К. Холодильна техніка і технология. Навчальний посібник. Частина 1
скачать (1624 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc1624kb.21.10.2012 20:18скачать

n1.doc

1   2   3   4   5   6

2. ОХОЛОДЖУВАЛЬНІ СИСТЕМИ

2.1. Визначення, призначення і класифікація охолоджувальних систем


Охолоджувальна система — комплекс охолоджувальних приладів і допоміжних елементів, що є складовою частиною холодильної установки, призначена для розподілу робочого тіла (холодоагенту або холодоносія) між споживачами холоду і створення в них заданих температурно-вологістних режимів.

По суті справи це частина холодильної установки від регулюючого вентиля до усмоктувального патрубка компресора.

Варто пам'ятати, що в реальній холодильній установці можуть бути десятки (навіть сотні) різних охолоджувальних приладів, розташованих на різних відстанях від машинного відділення і працюючих у різних режимах.

Усі ці прилади необхідно безперебійно постачати робочим тілом і підтримувати визначені технологічні режими споживачів холоду. Для цього призначена охолоджувальна система.

Кожна охолоджувальна система містить у собі два основних блоки:


Основні вимоги, які застосовуються до охолоджувальних систем:

Сучасні охолоджувальні системи повинні бути обладнані контрольно-вимірювальними приладами в достатній кількості й автоматизовані в необхідному обсязі.

Охолоджувальні системи перетерплювали зміни з розвитком холодильної техніки і технології.

Вибір охолоджувальної системи – складна задача, що не приводить до однозначного рішення для різних типів холодильних установок.

Класифікація охолоджувальних систем

Системи холодопостачання класифікують по виду робочого тіла і способам подачі його споживачам холоду:

  1. системи безпосереднього випаровування:

    1. безнасосні;

      1. прямоточні;

      2. з самоциркуляцією;

    2. насосні;

      1. непрямоточні (застарілі);

      2. прямоточні з верхньою подачею холодильного агента;

      3. прямоточні з нижньою подачею холодильного агента;

  2. системи з проміжними холодоносіями;

    1. відкриті (холодоносій контактує з повітрям);

    2. закриті (немає контакту холодоносія з повітрям);

  3. системи з використанням холодоагенту як холодоносія (у холодильних установках спеціального призначення).



Класифікація систем відведення теплоти від споживачів холоду:

  1. батарейні (вільна конвекція);

  2. повітряні (штучна циркуляція повітря);

  3. поза камерного відведення зовнішніх теплоприпливів;

  4. контактного теплообміну;

  5. променистого теплообміну;

  6. криогенними рідинами;

  7. змішані (комбінації 1...6).

[Привести приклади на 1...7].

При цьому холодильні установки (не охолоджувальні системи!) можуть бути:

Це показує наскільки різноманітними можуть бути схеми холодильних установок.

2.2. Безнасосні охолоджувальні системи безпосереднього випаровування холодоагенту



У безнасосних системах холодоагент подається в охолоджувальні прилади під дією:

2.2.1. Прямоточна охолоджувальна система з віддільником рідини (рис.2).


[Пояснити роботу схеми.]

На схемі показана тільки та арматура, що необхідна для опису її роботи. Власне охолоджувальна система – це частина схеми вище штрихової лінії; нижче лінії розташоване устаткування машинного відділення.

[Пояснити, чому кожен охолоджувальний прилад має самостійне живлення холодоагентом].

Якщо теплове навантаження охолоджувального приладу дорівнює Q0, то масова кількість холодоагенту який випаровується ,

де r – схована теплота випаровування, що залежить від температури випаровування t0 , тобто r = f(t0).

Причому теплове навантаження охолоджувального приладу залежить від часу і закон цей заздалегідь не відомий.

[Перелічити від чього Q0 залежить]



Крім того, якщо врахувати, що охолоджувальних приладів може бути велика кількість, величини їхніх площ теплопередавальної поверхні F різні, розташовані вони на різних відстанях від машинного відділення, а в кожнім з них теплове навантаження змінюється в часі за своїм законом, то стає дуже важко правильно розподіляти холодоагент між ними, тому що загальна кількість рідкого холодоагенту після конденсатора обмежена

Тому якщо в одні охолоджувальні прилади буде подаватися надлишкова кількість холодоагенту, то в інших його буде недостатньо для відведення теплоприпливів. Інтенсивна робота охолоджувальних приладів 10 (рис.2) забезпечується при їхньому заповненні рідким холодоагентом на 7080 %, але це приводить до вологого ходу компресора. Тому на усмоктувальному магістральному трубопроводі необхідний віддільник рідини 9, з якого періодично перепускають рідкий холодоагент у розподільний колектор 5. При цьому закривають вентиль 6, а потім відкривають вентиль7.

У цей час підвищується рівень рідини в лінійному ресивері 4. Тому системі потрібен резерв холодоагенту, що знаходиться в апаратах 4 і 9.

У залежності від стану холодоагенту, який надходить на усмоктування в компресор, процеси стискування можуть проходити по-різному (див. рис. 3).
[
Пояснити, що таке гідравлічний удар і вологий хід компресора]

Практично, через нерівноважності процесів в сучасних швидкохідних компресорах, гідравлічний удар може бути і при .

Недоліки схеми:

[пояснити фізичну суть процесів]

Схема (рис.2) знаходить застосування в невеликих по холодовидатності установках з декількома споживачами холоду, що працюють із тепловими навантаженнями, які плавно змінюються в часі, а також для живлення кожухотрубних випарників.

2.2.2. Прямоточна охолоджувальна система з теплообмінником (рис.4)


[Описати роботу схеми і її регулювання].

Теплообмінник рекуперативний, процес передачі теплоти в ньому – регенеративний. Апарат виконує також функції віддільника рідини.

У теплообміннику відбувається глибоке переохолодження рідини, майже до. Тому полегшується розподіл холодоагенту між споживачами холоду.

Можна встановлювати один регулюючий вентиль на декілька споживачів, що працюють приблизно в однакових режимах, тому що зниження температури рідини перед регвентилем зменшує виділення пари при дроселюванні, що значно полегшує розподіл холодоагенту, особливо в низькотемпературних багатовипарювальних системах.

К
рім того полегшується розподіл холодоагенту для холодильних установок, що мають проміжні посудини без змійовиків, тому що різниця тисків часто недостатня для подачі рідкого холодоагенту на верхні поверхи або до далеких споживачів холоду в прямоточних схемах.

Зіставимо цикли холодильних машин, що працюють по звичайних прямоточних схемах (рис. 5a) з розглянутою системою (рис. 5b).

Зіставлення циклів показує, що енергетичних переваг охолоджувальна система з теплообмінником не має (для аміачних установок) тому що теплообмін регенеративний.

[
Дати пояснення всіх процесів]

Переваги — практичні, експлуатаційні:

Застосування: аміачні і фреонові установки з невеликою кількістю споживачів холоду.

2.2.3. Кратність циркуляції холодильного агента


У стаціонарному режимі роботи в охолоджувальні прилади досить подавати стільки рідини, скільки її випаровується. Однак, якщо споживачів холоду декілька, а теплові навантаження їх змінюються, то для забезпечення надійності розподілу в них подають більше рідини ніж випаровується.

Кратність циркуляції холодоагенту (Z) – це відношення масової кількості рідкого холодоагенту , подаваного в охолоджувальні прилади, до кількості пари , що утворюється в них в одиницю часу.

У прямоточній схемі Z незначно вище одиниці.

У схемі з теплообмінником (див. рис. 5 b)

У схемі з теплообмінником вологість пари на виході з випарника повинна бути підвищеною і може змінюватися лише у вузьких межах (вправо від т. 6.), тому що теплове навантаження теплообмінника обмежене і залежить від різниці температур .

Для систем з теплообмінником

.

2.2.4. Безнасосна охолоджувальна система із самоциркуляцією холодоагенту (рис. 6).


Н
азивають її також самопливною системою з віддільником рідини.

[Описати роботу схеми.]

Циркуляція холодоагенту відбувається внаслідок різниці густин рідини в опускному трубопроводі і парорідинної суміші в охолоджувальному приладу і піднімальному трубопроводі.

Так, для нижнього охолоджувального приладу рушійна сила циркуляції (циркуляційний напір)

(1)

Циркуляційний напір витрачається на подолання гідравлічних опорів в охолоджувальному приладі , зовнішніх трубопроводів подачі і відводу холодоагенту , а також на прискорення холодоагенту в циркуляційному контурі . Останньої складової можна зневажити через її невелику величину тобто . Тоді

(2)

Сумарні втрати напору можна визначити у відповідності з формулою Вейсбаха-Дарсі

(3)

З цієї формули видно, що зі збільшенням теплового навантаження гідравлічні опори зростають по квадратичній залежності.

Аналіз залежностей (1), (2) і (3) показує, що кратність циркуляції холодоагенту в розглянутій системі спочатку збільшується з ростом теплового навантаження Q. Максимальна кратність циркуляції відповідає критичному тепловому навантаженню , обумовленому з умови



При теплових навантаженнях вище кратність циркуляції зменшується і досягає одиниці при максимальному тепловому навантаженні .

Якщо теплове навантаження перевищує , то гідравлічні опори перевищують циркуляційний напір, унаслідок чого заповнення охолоджувального приладу рідким холодильним агентом зменшується. Це приводить до погіршення теплопередачі охолоджувального приладу, у результаті теплове навантаження його знижується до величини . Таким чином, теплове навантаження циркуляційного контуру обмежено величиною . Це варто враховувати при проектуванні систем із самоциркуляцією холодоагенту.

Для збільшення :

Такі схеми називають багатовипарювальними. Вони мають додаткові особливості, які варто враховувати при експлуатації.

Якщо всі охолоджувальні прилади розташовані в одній камері, але окремі вітки трубопроводів мають різний гідравлічний опір, то для забезпечення розподілу холодоагенту в межах камери прикривають відповідно рідинні вентилі віток, що мають менший гідравлічний опір.

Якщо охолоджувальні прилади, підключені до одного віддільника рідини, але розташовані в різних камерах, то можуть виникнути утруднення при розподілі холодоагенту між ними.

[Пояснити що відбудеться, якщо теплове навантаження однієї з камер значно збільшаться].

Тому камери зі швидкозмінним тепловим навантаженням бажано живити від самостійних віддільників рідини.

2.3. Вплив гідростатичного стовпа холодоагенту на теплопередачу охолоджувальних приладів


Має місце у всіх охолоджувальних системах з нижньою подачею холодоагенту. Розглянемо це явище на прикладі системи із самоциркуляцією холодоагенту (рис.8).

З
вичайно теплове навантаження охолоджувального приладу визначають з вираження



Однак, при наявності стовпа рідини температурний напір по висоті охолоджувального приладу змінюється. Допустимо, що опускний трубопровід добре ізольований. Тоді температура холодоагенту на вході в охолоджувальний прилад дорівнює . Однак, через вплив стовпа холодоагент знаходиться при тиску , тобто він надходить в охолоджувальний прилад у переохолодженому стані. На ділянці рідина рухається нагору і підігрівається доти, поки її температура досягне температури насичення на відповідній ділянці по висоті (крапка b). Надалі, піднімаючись по охолоджувальному приладу, холодильний агент кипить при перемінних температурах, що знижуються, відповідно тискам на ділянці , однак температури кипіння на цій ділянці вище .

Дійсний температурний напір охолоджувального приладу можна обчислити як



Середня температура холодоагенту може бути визначена також графічно:



(див. заштриховану площу на графіку).

Як видно завжди менше .

Для обліку погіршення теплопередачі охолоджувального приладу унаслідок впливу стовпа рідини вводять температурний коефіцієнт



Тоді дійсне теплове навантаження охолоджувального приладу



Чим більше Н, нижче тим менше .

Для фреонів менше ніж для аміаку, тому що густина фреонів вище. У деяких випадках (наприклад, низькотемпературні установки, або велика Н) величина може знижуватися до 0,3…0,4, що потрібно враховувати в розрахунках.

2.4. Видалення снігової шуби з поверхонь охолоджувальних приладів безпосереднього випаровування.


Якщо температура зовнішньої поверхні охолоджувального приладу нижче температури точки роси навколишнього повітря, то на її поверхні випадає волога, а якщо, крім того, ця температура нижче , то випадає іній (снігова шуба), що погіршує теплопередачу охолоджувального приладу.

Чим вище і більше тим інтенсивніше осаджується іній.

Особливо помітно погіршує іній теплопередачу оребрених рядних і пучкових батарей, а осадження інею на повітроохолоджувачі може навіть порушити циркуляцію повітря через нього.

Методи видалення інею з батарей:

Пари конденсуються в батареї, з якої попередньо видаляють рідкий холодоагент. Теплота конденсації гарячих парів витрачається на плавлення інею.

Послідовність операцій при проведенні відтавання батарей розглянемо на прикладі багатовипарювальної схеми, представленої на (рис. 9), де I, II і III – номера камер, у яких розташовані батареї.

Будемо видаляти іній з поверхні батареї, розташованої в камері II, користуючись позначеннями вентилів, приведеними на рис. 9.

1. Перевіряємо рівень рідини в дренажному ресивері (DP). Вільна ємність у ньому повинна бути достатньою для прийому

рідкого холодоагенту з батарей, з поверхні яких видалятимуть

іній. Якщо в DP багато рідині, то видавлюємо її в охолоджувальну систему гарячою парою. Для цього закриваємо вентилі 5, 6, 9 і відкриваємо 10, 7, 8. Після спорожнювання DP закриваємо вентилі 7, 8 і відкриваємо 9 (після ЛР), потім повільно відкриваємо вентиль 5.

2. Закриваємо вентилі 1, 2 відключаючи батарею камери II від системи циркуляції.

3. Відкриваємо вентилі 3 і 6 на дренажному трубопроводі і вентиль 4 на трубопроводі гарячої пари і зливаємо рідину з батареї в DP.

4. Як тільки температура трубопроводу біля вентиля 3 почне підвищуватися закриваємо цей вентиль. При цьому гаряча пара, що надходить у батарею з нагнітального трубопроводу після масловіддільника, конденсується в ній, а теплота конденсації витрачається на відтавання інею з зовнішньої поверхні батареї.

Періодично вентиль 3 відкриваємо для того, щоб зливати конденсат з нижньої частини батареї.

5. Після звільнення батареї від снігової шуби закриваємо вентилі 2, 10, 6 і 3 (якщо він відкритий), повільно відкриваємо вентиль 2, потім відкриваємо 1.

6. Збираємо опалий сніг і відвозимо його з камери.

Якщо в холодильній камері розташовано кілька батарей, то видалення снігової шуби з їхньої поверхні виконують одночасно. У процесі відтавання з батарей зливається мастило і видаляються забруднення.

При відтаванні гарячими парами повітроохолоджувачів одночасно роблять обігрів піддона і дренажного водяного трубопроводу, іноді застосовують зрошення теплообмінної поверхні теплою водою.

Існують і інші методи видалення інею, але вони не одержали широкого поширення.

Для спрощення обслуговування батарей у багатокамерних холодильниках вентилі охолоджувальної системи поєднують у спеціальні розподільні обладнання (рис.10), установлювані поза камерами.
I
– рідинне розподільне обладнання; II – парове розподільне обладнання; 1 – колектор рідинний; 2 — колектор дренажний; 3 — колектор відсмоктування пари; 4 — колектор відтавальний
.

Розподільні обладнання служать для включення, відключення, переключення охолоджуючих приладів, а також для виробництва відтавання снігової шуби.

Розташовують їх в охолоджуваних коридорах, вестибюлях, антресолях, або безпосередньо в машинних відділеннях.
Достоїнства розподільних обладнань:

У сучасних холодильних установках на розподільних обладнаннях установлюють також прилади автоматики, мости для переключення охолоджуючих приладів на різні температури випаровування й ін.

Колектори розташовують у стіни як вертикально, так і горизонтально.

[Показати проведення відтавання батареї за допомогою розподільних обладнань].

2.5. Насосні охолоджувальні системи безпосереднього випаровування холодоагенту


У таких системах холодоагент подається в охолоджувальні прилади споживачів холоду під напором спеціальних циркуляційних насосів із кратністю циркуляції вище одиниці. Пара, що утворилася, і холодоагент, що не випарувався в охолоджувальних приладах, надходять у спеціальний циркуляційний ресивер (ЦР) відкіля пара відсмоктується компресором, а рідина знову подається насосами в охолоджувальні прилади.

Р
озглянемо сучасні насосні охолоджувальні системи.

2.5.1. Насосна прямоточна охолоджувальна система з верхньою подачею холодоагенту в охолоджувальні прилади (рис.11)


[Пояснити роботу схеми]

Заповнення батарей рідким холодоагентом — (25…30)%. Батареї – довгошлангові. При цьому кратність циркуляції холодоагенту досягає 30. Розміри циркуляційного ресивера (Ц.Р.) вибирають такими, щоб при зливі всієї рідини він не переповнявся.

Вертикальний Ц.Р. виконує також функції віддільника рідини. Розділова посудина (РП) стабілізує рівень рідини в Ц.Р.

а
) розподільне обладнання; b) схема батареї.


[Пояснити роботу батареї]

Недолік розподільних обладнань: пара накопичується з країв колектора, утрудняючи надходження рідини в крайні шланги.
Достоїнства системи з верхньою подачею:
Недоліки схеми:

Застосування:



2.5.2. Насосна прямоточна охолоджувальна система з нижньою подачею холодоагенту в охолоджувальні прилади (рис.13)


[Пояснити роботу схеми]

Батареї — горизонтальнотрубні колекторні, виконані з труб зменшеного діаметра (dy 25...32) мм.

Кратність циркуляції холодоагенту z = (3...5).
Для зменшення негативного впливу гідростатичного стовпа на теплопередачу, висоту охолоджувальних приладів роблять не більш 1,5 м.




Достоїнства схеми:

Недоліки схеми:



2.5.3. Особливості роботи насосів для перекачування холодоагенту:


Насоси перекачують рідину в стані близькому до насичення.

Зовнішні теплоприпливи і робота сил тертя при русі холодоагенту на ділянці схеми ЦР – насос може викликати паротворення і влучення пари в насос, що приведе до кавітації і зриву нормальної подачі холодоагенту.

Для забезпечення усталеної роботи насосів:



2.6. Охолоджувальні системи з рідкими проміжними холодоносіями

2.6.1. Основні застосовувані холодоносії


Проміжними холодоносіями можуть бути: вода, водяні розчини солей (NaCl, CaCl2), називані розсолами, а також спирти, гликолі, холодоагенти в переохолодженому стані.

Вимоги, пропоновані до холодоносіїв:

Для негативних температур ширше всього застосовують розсоли NaCl і CaCl2. Властивості їх видні на діаграмі станів (рис.14).
[
Пояснити діаграму]


На діаграмі показані дві рівноважні криві: ліва — крива льоду, права — крива солі.

Параметри евтектичної (кріогідратної) точки:


розчин






NaCl

-21,2

23,1

CaCl2

-55,0

29,9


Показати, що відбувається при охолодженні розсолів з початковою температурою і концентраціями і, до температури .]

Робоча область діаграм - ліворуч від т. с, тому що розсоли з підвищеною концентрацією мають підвищену в'язкість, отже знижене значення  і більшу витрату енергії на їхнє перекачування.

[Розповісти про вибір концентрації розсолу, якщо відома температура камери].

При експлуатації розсольних систем неприпустиме випадання льоду (солі) на поверхні випарника, тому що погіршується теплопередача апарата. Крім того у випарниках кожухотрубного типу замерзання льоду в трубках може привести до їх розриву і проникнення розсолу в трубопроводи холодоагенту (забруднення їх, гідроудар у компресорі).

2.6.2. Відкрита розсільна охолоджувальна система (рис.15)



Особливості системи:

правої секції бака додаткової ємності;

[пояснити роботу схеми]

Напір насоса повинний перебороти гідравлічні опори від тертя рідини , на прямих ділянках трубопроводів, місцеві опори , гідравлічний напір і напір перед форсунками

,

де ,
Достоїнства охолоджувальної системи:

Недоліки охолоджувальної системи:

Застосування: у даний час – там, де потрібно підвищене осушення повітря.

2.6.3. Охолоджувальна система з відкритим випарником і охолоджувальними приладами закритого типу (рис. 16).


Особливості охолоджувальної системи:





[Пояснити роботу схеми]

Штриховими лініями в лівій частині рис. 16 показаний 3х трубний варіант схеми (по кількості магістральних трубопроводів), що забезпечує рівномірний розподіл холодоносія між споживачами.

У залежності від варіанта схеми магістральні трубопроводи мають наступні назви:


Трубопроводи

2х трубна схема

3х трубна схема

1

подавальний

подавальний

2

зворотний

компенсаційний

3



зворотний



Достоїнства охолоджувальної системи (у порівнянні з попередньою):

охолоджувальних приладів;

Застосування:



2.6.4. Закрита охолоджувальна система з проміжним холодоносієм (рис.17)


Достоїнства (у порівнянні з попередніми схемами):

Недолік:

[розповісти як запобігають це].

Розширювальний бак служить для компенсації зміни обсягу холодоносія при зміні його температури.

Мінімальна ємність розширювального бака:



де — загальний обсяг холодоносія в системі;

— температурний коефіцієнт зміни обсягу холодоносія;

— різниця між літньою температурою зовнішнього повітря і найнижчою температурою холодоносія.

Застосування – повсюдне.

[Пояснити схему]

2.7. Видалення снігової шуби з поверхні охолоджувальних приладів із проміжним холодоносієм


Для цієї мети використовують холодоносій, підігрітий до температури +(35...40оС.).

Розглянемо сучасний спосіб відтавання батарей.

У схемі відтавання (рис. 18) мається 2 баки: холодний (Х), призначений для збереження холодного холодоносія, що зливається з відтаваємої батареї, і теплий (Т) — для підігрітого холодоносія, призначеного для відтавання батареї (Б), що відключається попередньо від охолоджувальної системи засувками 1 і 2.



Для підігріву холодоносія призначений нагрівач (Н), що використовує пару з котельні, чи інші джерела теплоти. Циркуляція холодоносія в схемі здійснюється за допомогою відтаювального насоса (ВН).

Послідовність операцій при проведенні відтавання (включений ВН):

1 — нагрів холодоносія в баці Т (відкриті засувки 1, 2, 8, 9, 10) контроль t2;

2 — заповнення теплим холодоносієм (відкриті 3, 4, 5, 8, 10) контроль t1;

3 — відтавання снігової шуби (відкриті 3, 4, 7, 8, 10) контроль візуально;

4 — заповнення холодним холодоносієм (відкриті 3, 4, 6, 7) контроль t1;

5 — включення в нормальний режим (відкриті 1, 2), виключений ВН.

Достоїнства (перед схемами відтавання з одним баком):



1   2   3   4   5   6


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации