ХМ СОБРАНЫЕ. 1. Обратные термодинамические циклы, их внутренняя и внешняя необратимости

• Название: 1. Обратные термодинамические циклы, их внутренняя и внешняя необратимости
• Анкор: ХМ СОБРАНЫЕ
• Дата: 20.11.2022
• Размер: 2.41 Mb.
• Имя файла: ХМ СОБРАНЫЕ.doc
• Тип: Документы; #802347
• страница: 8 из 10

1. Открытые.

2. Закрытые.

К испарителям для охлаждения жидкости относят

1. 
   Кожухотрубные исп-ли с межтрубным кипением холл-го агента (затопленного типа).
   
2. 
   Кожухотрубные испарители с кипением холодильного агента внутри труб.
   
3. 
   Кожухотрубные оросительные испарители.
   
4. 
   Пластинчатые испарители.
   
5. 
   Вертикально-трубные испарители.
   
6. 
   Панельные испарители.
   

Испарители для охлаждения газов бывают с принудительной и с естественной циркуляцией воздуха. В крупных Х.У. испарители с принудительной циркуляцией воздуха -воздухоохладители. Испарители с естественной циркуляцией воздуха — камерные батареи.

Кожухотрубные испарители с межтрубным кипением холодильного агента.

По конструкции кожухотрубные испарители аналогичны кожухотрубному конденсатору.

Холодильный агент после дросселирования поступает в нижнюю часть межтрубного пространства корпуса испарителя. Жидкий холодильный агент заполняет межтрубное пространство в аммиачных испарителях на 60-70 %, а в хладоновых 40-50% диаметра.

Жидкий холодильный агент соприкасаясь с тёплой наружной с наружной поверхностью теплообменных труб кипит с поверхностью теплообменных труб кипит с образованием пузырьков пара. Образовавшийся пар поднимается в верхнюю часть испарителя и поднимается в верхнюю часть испарителя и выходит через верхний выходной патрубок. Тёплый хладоноситель поступает в нижнюю часть передней крышки через входной патрубок. Последовательно проходя несколько ходов внутри теплообменных труб, хладоноситель охлаждается на 3-5^оС. Охлаждённый хладоноситель выходит из испарителя через верхней выходной патрубок передней крышки.

Отличия аммиачных и хладоновых испарителей :

1. 
   В аммиачных испарителях применяются гладкие стальные теплообменные трубы, в хладоновых — медные с наружным оребрением.
   
2. 
   В нижней части корпуса аммиачного испарителя имеется маслосборник. В хлад-ых нет
   
3. 
   Весь внутренний объём корпуса аммиачных испарителя заполнен теплообменными трубами. В верхней части корпуса хладонового испарителя теплообменных труб нет.
   
4. 
   В верхней части аммиачного испарителя имеется отделитель жидкости – сухопарник.
   

Преимущества :

1. 
   Высокая интенсивность теплообмена.
   
2. 
   Возможность очистки внутренней поверхности труб механическим способом.
   
3. 
   Малые гидравлические потери со стороны холодильного агента.
   
4. 
   Простота конструкции и эксплуатации.
   

Недостатки :

1. 
   Возможность разрыва труб при замерзании хладоносителя.
   
2. 
   Влияние гидростатического столба жидкости на температуру кипения.
   
3. 
   Большое количество заправляемого холодильного агента.
   
4. 
   Большие гидравлические потери со стороны хладоносителя.
   
5. 
   Возможные утечки холодильного агента через места развальцовки.
   
6. 
   Возможность образования водяного камня.
   

Кожухотрубные испарители с внутритрубным кипением холодильного агента

Констукция такого испарителя похожа на конструкцию кожухотрубного испарителя затопленного типа. Принцип действия противоположный.

Холодильный агент после дросселирования поступает в нижнюю часть передней крышки испарителя. В специальном распределительном устройстве парожидкостная смесь равномерно распределяется по всем трубам первого хода. Последовательно проходя первый и второй ходы. Жидкий холодильный агент кипит, образовавшийся пар выходит из верхнего патрубка передней крышки. Тёплый хладоноситель поступает межтрубное пространство испарителя со стороны передней крышки. В межтрубном пространстве испарителя установлено несколько перегородок с сегментными отверстиями. В межтрубном пространстве хладоноситель совершает продольно – поперечное обтекание теплообменных труб, охлаждаясь при этом на 2-4 ^оС. Охлаждённый хладоноситель выходит через выходной патрубок расположенный около задней глухой крышки. Особенностью данного испарителя является то, что применяются теплообменные трубы с внутренним оребрением. В качестве внутреннего оребрения могут быть использованы 8-10 канальные алюминиевые звёздочки, внутренние продольные рёбра, спиральное оребрение.

Особенностью также является применение специальных распределительных устройств в виде форсунок, пяточков, пластин с отверстиями.

Преимущества :

1. 
   Исключается разрыв труб при замерзании хладоносителя.
   
2. 
   В 4-5 раз меньше заполнение хол-ным агентом, чем в испарителях затопленного типа.
   
3. 
   Возможность получения «ледяной» воды.
   
4. 
   Меньшие гидравлические потери со стороны хладоносителя.
   

Недостатки :

1. 
   Меньшая интенсивность теплообмена чем в испарителях затопленного типа.
   
2. 
   Большие гидравлические потери со стороны холодильного агента.
   
3. 
   Сложность конструкции.
   
4. 
   Высокая стоимость.
   

Эти испарители нашли широкое применение в агрегатированных водоохлаждающих Х.М

Кожухотрубные оросительные испарители.

Конструкция испарителя аналогична кожухотрубного испарителя с межтрубным кипением холодильного агента.

Отличительные особенности :

1. 
   Верхней части корпуса испарителя над трубным пучком установлено несколько распределительных коллекторов с форсунками.
   
2. 
   Коллекторы соединены трубопроводами с нагнетательной стороной насоса хол-го агента.
   

Насос расположен в нижней части испарителя. По конструкции и принципу действия насосы могут быть центробежными, плунжерными, шестеренчатыми и т.д. Привод насоса располагается в верхней паровой части испарителя. Испаритель относится к испарителям незатопленного типа. Уровень жидкого холодильного агента поддерживается ниже самого нижнего ряда теплообменных труб.

Отеплённый хладоноситель поступает в нижнюю часть передней крышки через вхадной патрубок. Проходя несколько ходов по внутреннему объёму теплообменных труб хладоноситель охлаждается на 3-5 ^оС и выходит из испарителя через верхний патрубок передней крышки. Холодильный агент после дросселирования поступает в нижнюю часть испарителя к насосу холодильного агента. Насосом жидкий холодильный агент подаётся в трубопровод и далее в распределительные коллекторы. Из распределительных коллекторов с помощью форсунок жидкость распыляется по внутреннему объёму корпуса. Жидкий холодильный агент оседает на наружной поверхности теплообменных труб тонкой плёнкой. За счёт теплообмена с тёплыми трубами жидкость кипит (испаряется). Неиспарившаяся жидкость стекает с трубки на трубку в нижнюю часть испарителя. Эта жидкость смешивается с холодильным агентом после дросселирования и вновь всасывается насосом.

Преимущества :

1. 
   Высокая интенсивность теплообмена.
   
2. 
   В 3-4 раза меньше заполнение холодильным агентом.
   
3. 
   Исключается «влажный» ход комп-сора при наклоне испарителя до 45⁰ (водный тра-рт).
   
4. 
   Отсутствие влияния гидростатического столба жидкости на температуру кипения.
   
5. 
   Возможность очистки внутренней поверхности труб механическим способом.
   

Недостатки :

1.Возможность засорения форсунок.

2.Дополнительный расход энергии на привод насоса х/а.

3.Большие гидравлические потери как со стороны х/а, так со стороны х/н.

4.Сложность конструкции .

5.Высокая стоимость.

6.Меньшая надёжность работы, из-за наличия насосов.

7.Возможность через места разветвления.

8.Дополнительная тепловая нагрузка от насоса и электродвигателя.

Нашли широкое применение в зарубежных судовых х/у.

Вертикально-трубный испаритель.

Испаритель представляет собой теплоизолированный стальной или железобетонный бак. В баке размещено несколько теплообменных секций, каждая теплообменная секция состоит из верхнего горизонтального парового коллектора, нижнего жидкостного коллектора, которые соединены между собой вертикальными трубами-стояками. Каждая секция имеет свой отделитель жидкости, соединенной с нижним жидкостным коллектором. Все теплообменные секции соединяются между собой внизу общим жидкостным коллектором, общим паровым и паро-жидкостным коллектором. Около боковой поверхности испарителя расположена перегородка, около задней торцевой поверхности установлен насос-мешалка. Паро-жидкостная смесь после дросселирования поступает в общий паро-жидкостной коллектор, откуда распределяется по верхним паровым коллектором каждой теплообменной секции. Жидкость как более тяжёлая фаза опускается в нижнюю часть теплообменной секции и заполняет нижний жидкостной коллектор и вертикальные стояки. За счёт теплообмена с тёплым х/н, х/а кипит, пар, образовавшиеся при кипении поднимается по вертикальным стоякам в паровой коллектор, а от туда попадает в отделитель жидкости. В отделителе жидкости неиспарившееся капли х/а отделяются от пара и стекают в нижний жидкостной коллектор на рециркуляцию. Пар выходит из отделителей жидкости в общий паровой коллектор и далее всасывается компрессором, отеплённый х/н сливается в бак в районе мешалки. Мешалка проталкивает х/н вдоль теплообменных секций. Х/н охлаждается на 2-4 ^оС . Далее х/н разворачивается на 180 ^о в отверстии перегородки. Затем он забирается насосом и подаётся в технологические аппараты.

Преимущества :

1. 
   Исключается разрыв теплообменных аппаратных труб при замерзании х/н.
   
2. 
   Возможность очистки наружной поверхности труб механическим (ручным) способом.
   
3. 
   Малые гидравлические потери со стороны х/н.
   
4. 
   Меньшая вероятность утечки х/а , т.к. сварка.
   

Недостатки :

1. 
   Низкая интенсивность теплообмена.
   
2. 
   Большой расход дорогостоящих бесшовных труб.
   
3. 
   Трудоёмкость изготовления теплообменных секций (большой объём сварочных работ).
   
4. 
   Большая занимаемая площадь.
   
5. 
   Дополнительный расход энергии на привод насоса мешалки.
   
6. 
   Открытая конструкция испарителя, как следствия, повышенная коррозия металла.
   

Панельный испаритель.

По конструкции и принципу действия аналогичны вертикально-трубным , т.е они являются усовершенствованной конструкцией вертикально- трубного испарителя. Отличительной особенностью является конструкция теплообменной секции. Теплообменная секция панельного испарителя состоит из верхнего горизонтального парового коллектора, нижнего горизонтального жидкостного коллектора, соединенных между собой несколькими панелями. Бывает пяти и десяти панельные секции. Каждая панель представляет собой два сваренных между собой стальных листа с выдавленными каналами. Для увеличения полезного объёма бака отделитель жидкости вынесен за пределы бака. Роль перегородки выполняет средняя теплообменная секция.

Паро-жидкостная смесь после дросселирования поступает в общий парожидкостной коллектор, и распределяется по верхним паровым коллекторам каждой теплообменной секции. Жидкий х/а заполняет нижнюю часть теплообменных секций и кипит в жидкостном коллекторе и вертикальных каналах панелей. Пар, образовавшийся при кипении поднимается в верх в паровой коллектор, далее в общий паровой коллектор и от туда в отделитель жидкости. В отделителе жидкости неиспарившейся капли спускаются вниз, стекают в нижний жидкостной коллектор на рециркуляцию. Очищенный пар выходит из отделителя жидкости и всасывается компрессором. Отеплённый х/н сливается в бак в область мешалки. С помощью мешалки х/н проталкивается вдоль теплообменной секции первой половины испарителя, затем вокруг средней секции – перегородки поток разворачивается на 180^о и проходит вдоль второй половины теплообменной секции испарителя. Охлаждённый на 2-4^оС х/н забирается насосом и подаётся в технологические аппараты.

Преимущества :

1. 
   Меньший расход дорогостоящих бесшовных труб.
   
2. 
   Исключается разрыв труб и каналов панелей при замерзании х/н.
   
3. 
   Возможность очистки наружной поверхности панелей ручным механическим способом.
   
4. 
   Меньшие гидравлические потери со стороны х/н.
   
5. 
   Возможность получения «ледяной» воды с температурой около 0 ^оС.
   
6. 
   Меньшая вероятность утечки х/а.
   

Недостатки :

1. 
   Низкая интенсивность теплообмена.
   
2. 
   Дополнительный расход электрической энергии на привод мешалки.
   
3. 
   Большая занимаемая площадь.
   
4. 
   Повышенная коррозия.
   
5. 
   Сложность изготовления теплообменных секций.
   

На базе панельных испарителей выпускаются промышленностью льдоаккумуляторы холода АКХ. В таких аккумуляторах холода расстояние между панелями в 2 раза больше, чем в панельных испарителях и составляют 140 мм – 150 мм.

Комбинированные воздухоохладители.

Комбинированные воздухоохладители являются комбинацией сухого (поверхностного) и мокрого (контактного) воздухоохладителей. В прямоугольном корпусе размещается сухой воздухоохладитель в котором циркулирует кипящий х/а.

По направлению движения воздуха воздухоохладители бывают : горизонтальные и вертикальные. Широко используются горизонтальные. На переднюю фронтальную поверхность воздухоохладителя с помощью форсунок разбрызгивается жидкий х/н. Воздух с помощью вентиляторов продувается сквозь трубную решётку воздухоохладителя увлекая с собой жидкий х/н. Отеплённый воздух охлаждается в результате сложного теплообмена с х/н с холодной поверхностью воздухоохладителя. В результате теплообмена воздух охлаждается на 2-4 ^оС , а температура х/н не изменяется. После поверхностного охладителя воздух проходит в сепаратор-каплеотбойник и подаётся в воздуховод.

Преимущества :

1. 
   Отсутствие дополнительного воздухоохладительного устройства в холодное время года.
   
2. 
   Исключается образование инея на поверхности воздухоохладителя.
   
3. 
   Интенсивность теплообмена выше, чем в сухих воздухоохладителях.
   
4. 
   Воздух не только охлаждается, но и увлажняется.
   

Недостатки :

1. 
   Обязательная работа х/м как в тёплое , так и в холодное время года.
   
2. 
   Большая коррозия металла воздухоохладителя и воздуховодов.
   
3. 
   Дополнительный расход электрической энергии на привод насоса
   
4. 
   Сложность конструкции
   
5. 
   Большие гидровлические потери как со стороны х/а ,так и со стороны х/н
   
6. 
   Возможность образования водяного камня
   
7. 
   Интенсивность теплообмена хуже ,чем у мокрых.
   

Камерные батареи.

По расположению камерные батареи бывают потолочные и пристенные.

По количеству рядов

а) однорядные

б) двухрядные.

По типу поверхности

а) гладкотрубные

б) панельные

в) оребреные

Гладкотрубные батареи имеют следующие преимущества:

1. 
   Простота конструкции, изготовления, монтажа, обслуживания.
   
2. 
   Меньшее влияние инея на коэффициент теплопередачи.
   
3. 
   Более равномерный отвод теплоты через перекрытие.
   

Недостатки:

1. 
   Большой расход дорогостоящих бесшовных труб.
   
2. 
   Большая емкость по х/а.
   
3. 
   Необходимость гидроизоляции продуктов при оттайке.
   
4. 
   Низкий коэффициент теплопередачи.
   

В наше время наиболее распространены оребреные батареи. Их собираются из стандартных секций. Выпускаются 6 типов секций. Змеевиковые (СГ,СС,СХ,СК,С2К,СЗ). Комбинируя различные секции можно изготовить батарею любой площади и конфигурации.

Преимущества:

1. 
   Меньший расход дорогостоящих бесшовных труб.
   
2. 
   Выше интенсивность теплообмена (чем у гладкотрубных).
   
3. 
   Возможность установки в холодильных камерах над проходами.
   
4. 
   Меньшая емкость по х/а.
   

Недостатки:

1. 
   Сложность конструкции.
   
2. 
   Более высокая стоимость.
   

В некоторых холодильниках нашли применение панельные батареи. Они представляют собой стальной лист, к которому привариваются 3-4 трубы.

Преимущества:

1. 
   Экранирование влагопритоков через ограждение.
   
2. 
   Большая интенсивность теплообмена, чем у гладкотрубных.
   

Недостатки:

Трудность удаления инея с металлических листов, потолочных батарей

23. Тёпловой и конструктивный расчёт испарителей для охлаждения жидкости.

Целью теплового расчёта является определение требуемой площади теплопередающей поверхности. Площадь находится из общего уравнения теплопередачи:

, м²

где Q₀ — полная хоодопроизводительность ,

к_и — коэффициент теплопередачи испарителя ,

— среднелогорефмическая разность температур.

; ; ; ,

,

где — температура х/н на входе и на выходе .

, , ⁰С , , , ⁰С ,

С межтрубным кипением



Nu=0.023^.Re^0.4.Pr^0.8,

где - коэффициент оребрения ,

, ,

где — находится аналитическим или графическим способами из условия равенства тепловых потоков.

,

,

,

,

.