ХКМ Мальгина 1. I холодильные машины глава принципы искусственного охлаждения

• Название: I холодильные машины глава принципы искусственного охлаждения
• Анкор: ХКМ Мальгина 1.doc
• Дата: 15.05.2018
• Размер: 24.08 Mb.
• Имя файла: ХКМ Мальгина 1.doc
• Тип: Документы; #19288
• страница: 13 из 16

К ожухотрубные рассольные испарители. Их устрой­ство аналогично устройству кожухотрубных горизон­тальных конденсаторов. В межтрубном пространстве ки­пит холодильный агент, а по трубам циркулирует рас­сол, совершая несколько ходов.

Многоходовой кожухотрубный аммиачный испари­тель закрытого типа затопленный показан на рис. . В кожухе 4 расположены теплообменные трубы 5 диа­метром 25x3 мм. Концы труб развальцованы в стальных трубных решетках 6, приваренных к кожуху 4. С торцо­вых сторон кожух закрыт чугунными крышками 1 и 7. От регулирующего вентиля жидкий аммиак подводится в нижнюю часть межтрубного пространства через шту­цер 9. При нормальной работе испарителя межтрубное пространство заполняется жидкостью на высоту 0,8 диа­метра кожуха. Уровень жидкости в кожухе контролиру­ется поплавковым регулятором 2. Пары отсасываются сверху через сухопарник 3 (отделитель жидкости), при­варенный к кожуху. Маслосборник 8 предназначен для выпуска масла и загрязнений.

Под напором насоса рассол поступает в трубки испа­рителя через нижний штуцер крышки 7, а выходит через верхний. В крышках испарителя устроены перегородки. Рассол, проходя по трубам, совершает несколько (4 или 8) ходов, что способствует увеличению скорости движе­ния рассола по/трубам до 1—1,5 м/с. В испарителе рас­сол охлаждается на 2—

—3°С. Коэффициент теплопередачи 400—520 Вт/(м²•К). В верхней части крышек 1 и 7 пре­дусмотрены краны для выпуска воздуха из рассольного пространства, а в нижней — краны для слива рассола.
Преимущества многоходовых кожухотрубных испа­рителей— простота и компактность конструкции, эффек­тивность теплопередачи, возможность устройства закры­той системы циркуляции рассола.

Недостаток—опасность разрыва труб в случае замер­зания в них рассола. Это может произойти при недоста­точном содержании соли в рассоле, а также при случай­ной остановке насоса для рассола. Аммиачные горизон­тальные кожухотрубные испарители выпускаются с площадью поверхности до 300 м².


Рис. . Испарители для хладонов: а —кожухотрубный; б — кожухозмеевиковый; в — труба биметаллическая (наружная медноникелевая диаметром 22x1 мм, внутренняя алюминиевая диаметром 20x1 мм) с внутренним оребрением.


Кожухотрубные многоходовые испарители широко применяют и в холодильных машинах, работающих на хладонах и фреонах. От аммиачных они отличаются мед­ными толстостенными трубами, оребренными со стороны хладона. Ребра накатные такого же профиля, как и у конденсаторов, коэффициент оребрения 3,5. Коэффици­ент теплопередачи кожухотрубных испарителей для R12, отнесенный к оребренной поверхности, 230—350 Вт/(м²•К). Температурный напор при проектировании таких аппаратов принимают 5—8°С (больше, чем в аммиач­ных рассольных испарителях) вследствие более высокой стоимости медных накатных труб.

В испарителях, работающих в режиме кондициониро­вания воздуха на R22, можно применять гладкие трубы, так как коэффициент теплоотдачи R22 на 20—30% боль­ше, чем для R12.

В больших кожухотрубных испарителях для хладонов и фреонов (рис. , а) жидкий холодильный агент пода­ется через коллектор 1. соединенный с кожухом в не­скольких местах, и заполняет кожух на высоту 0,5—0,6 его диаметра. Уровень холодильного агента в таких ис­парителях ниже, чем в аммиачных, так как из-за нали­чия в хладоне растворенного масла при кипении он вспенивается. Из верхней части кожуха пар выходит через штуцер 5. Для подсушивании пара за испарителем устанавливают теплообменник. На кожухе размещены предохранительный кланан 4,манометр 6 и смотровое стекло 7. Хладоноситель подастся через штуцер 2 в крышке испарителя. Совершив по трубкам восемь ходов, он выходит через штуцер 3.

Кожухозмеевиковые испарители. Эти испарители (рис. , б) применяют для охлаждения воды до 2—3°С. Они имеют одну трубную решетку и U-образные трубки, в которых кипит холодильный агент (R12 или R22), а вода проходит по межтрубному пространству. В таких испарителях исключена опасность разрыва трубок при замерзании воды. Для повышения интенсивности тепло­отдачи со стороны хладона, а значит, и коэффициента теплопередачи в этих аппаратах применяют трубы с внутренним оребрением (рис. , в). В последнее время в кожухозмеевиковых испарителях применяют биметал­лические трубы, в которых дорогостоящая медь частично замелена алюминием.

К достоинствам кожухозмеевиковых испарителей с виутритрубным кипением относят уменьшенное количе­ство холодильного агента в системе (в 2—3 раза) по сравнению с кожухотрубными аппаратами затопленного типа, что имеет особенно большое значение ввиду высо­кой стоимости хладонов и фреонов.

Испарители с виутритрубным кипением (тип ИТВТ) можно применять и для охлаждения рассола. Они быва­ют кожухозмеевиковые с одной трубной решеткой и U-образными трубами, а также кожухотрубные с двумя трубными решетками.

Кожух и крышки всех испарителей изолируют.

Змеевиковые испарители для охлаждения жидкости (воды, пива, соков). Их применяют в мелких холодиль­ных машинах торговых автоматов, работающих на R12. Теплообмен в них осуществляется от трубы к трубе при непосредственном контакте или через промежуточную


Рис. . Испаритель-водоохладитель:

а — торгового автомата;

б — водоохладительной колонки.


среду (сплав алюминия с медью), Испаритель-водоохладитель торгового автомата показан на рис. , а. Та­кой водоохладитель одновременно является и сатурато­ром. Змеевики 2 для воды изготовлены из латунных труб диаметром 10х1 мм, змеевики 3 для R12 — из мед­ных труб диаметром 10X1 мм. Оба змеевика залиты сплавом 4 алюминия с медью. Сплав 4, являясь проме­жуточной средой, предназначен для равномерной пере­дачи теплоты.

Змеевики 1 сатуратора и часть труб водяного змее­вика размещены на поверхности металлической заливки. Снаружи аппарат изолирован.

Водоохладитель с непосредственным контактом меж­ду трубами (рис. , б) состоит из двух змеевиков: зме­евик 2 из латунных труб диаметром 10x1 мм для воды, змеевик 1 из медных труб того же диаметра для хладона. Змеевики навиты в виде спиральной пружины таким об­разом, что змеевик для хладона плотно вворачивается в змеевик для воды. Контакт между змеевиками достига­ется горячим цинкованием обоих змеевиков в сборе. Сна­ружи змеевики покрыты изоляцией 3.

Панельный аммиачный испаритель. Испаритель от­крытого типа, затопленный (рис. , а) состоит из бака 8 прямоугольного сечения с испарительными секциями панельного типа. Каждая секция состоит из панелей 9, выполненных из двух листов стали с выштампованными канавками и соединенных контактной точечной сваркой (рис. ,б). Канавки образуют вертикальные каналы, соединенные снизу и сверху горизонтальными коллекто­рами 7 и 14. По длине секции размещено несколько па­нелей, сваренных по боковым кромкам дуговой сваркой. Все секции включены параллельно, для этого они объе­динены общим жидкостным 11 и паровым 5 коллектор рами.


Рис. . Панельный испаритель:

а — испаритель;

б — штампованная стальная панель.


Жидкий аммиак через вентиль 10 поступает в распре­делительный коллектор 11, откуда по трубам 12 направ­ляется в нижний горизонтальный коллектор 14 каждой секции и заполняет вертикальные каналы панели почти до верхнего коллектора. В нижнем коллекторе и верти­кальных каналах аммиак кипит, отнимая теплоту от рассола, циркулирующего в баке. Образовавшиеся при кипении пары выходят в верхний коллектор 7, а через сборный коллектор 5 — в отделитель жидкости 4, где в связи с изменением направления и скорости движения капли жидкости, увлеченные паром, опускаются и по трубам 6 и 2 возвращаются в нижний коллектор. Сухой пар через патрубок 3 отсасывается компрессором, На мировом коллекторе установлены предохранительный клапан 15 и манометр 16. Масло и загрязнения выпуска­ют через сборник 1.

Охлажденный рассол забирается насосом из нижней части бака, а отепленный стекает в бак сверху. В баке рассол циркулирует под действием винтовой мешалки 13Скорость движения рассола в баке 0,5—0,8 м/с. Стенки и днище бака испарителя снаружи изолируют, а сверху бак закрывают деревянными крышками.

Коэффициент теплопередачи такого испарителя 460— 580 Вт/(м²•К). Высокая интенсивность теплопередачи обусловливается хорошим использованием теплопереда-ющей поверхности вследствие затопления испарителя жидким аммиаком и интенсивной циркуляцией парожидкостной смеси по испарителю, а также интенсивным теп­лообменом со стороны рассола (панели являются на­правляющими при движении рассола).

Недостаток испарителя — значительная коррозия металла вследствие свободного доступа воздуха к рас­солу.

Площадь поверхности панельных испарителей 20— 320 м².
Расчет и подбор испарителей

для охлаждения рассола

При расчете испарителя определяют площадь теплопередающей поверхности для заданной холодопроизводительности машины и расход циркулирующего рассола.

Площадь теплопередающей поверхности испарителя F_и(в м²) определяют по формуле



где Q_o — теплота, подведенная в единицу времени к испарителю, т. е. холодопроизводительность

машины, Вт;

k_и— коэффициент теплопередачи испарителя, Вт/(м²•К) (можно принять по табл. 11);

Ө — средний арифметический температурный напор между рассолом и кипящим холодильным агентом, ^oС,



где t_р1 и t_p2 —температуры рассола, входящего в испаритель и выхо­дящего из него, ^oС.

Температурный напор Ө обычно составляет 4—6°С в аммиачных аппаратах, 6—8°С в кожухотрубных аппара­тах затопленного типа для хладона и 8—10° С в кожухозмеевиковых аппаратах с кипением хладона в трубах.

В испарителе рассол охлаждается на 2—3° С. В ис­парителях открытого типа (панельных) температура рассола в баке примерно равна температуре выходящего рассола t_p2, так как вместимость бака большая и отепленный рассол не влияет существенно на температуру рассола в баке. Отсюда для панельных испарителей



По величине площади теплопередающей поверхности F подбирают испаритель в справочниках или каталогах.

Объемный расход циркулирующего рассола опреде­ляют по формуле



где V_р — объемный расход циркулирующего рассола, м³/с;

М _р — массовый расход циркулирующего рассола, кг/с;

ρ_р — плотность рассола, кг/м³;

c_р— удельная теплоемкость рассола, Дж/(кг•К).

Теплоемкость с_ри плотность рассола ρ_р определяют (приложения 7, 8, 9) по температуре замерзания рассола и рабочей температуре рассола, т. е. температуре, при которой он циркулирует. Температура замерзания долж­на быть ниже температуры кипения агента в испарителе на 5—8° С.

Пример. Определить площадь теплопередающей поверхности и расход циркулирующего рассола в кожухотрубном ребристом испа­рителе холодильной машины, работающей на R12, холодопроизво­дительность Q₀=40 кВт при температуре рассола, входящего в испаритель t_р1=-9^oC.

При охлаждении рассола в испарителе на 2°С получают t_P2=—11^oС. Температура кипении агента на 6°С ниже средней температуры рассола, т.е. t₀=[—9°+ (— 11°)]/2—6° = — 16° С.

Температура замерзания рассола на 8°С ниже температуры ки­пения агента, т.е. t_зам=t₀—8==— 24° С. Таким условиям удовлетво­ряет рассол хлористого кальция. Его теплоемкость определяют по приложению 5. Если концентрация соответствует температуре замер­зания t_зам=—24° С и рабочая температура рассола t_р=(t_р1+t_р2)/2= — 10°С, то с_р=2930 Дж/(кг•К).

Плотность рассола ρ_р определяют по приложению 7:ρ_р= 1,23 кг/л =1230 кг/м³.

Коэффициент теплопередачи принимают по табл. : k=350Вт/(м²•К).

Площадь теплопередающей поверхности испарителя равна



По каталогу принимают конденсатор ИТР-25 (F=25 м²).

Таблица



Массовый расход циркулирующего рассола



Объемный расход циркулирующего рассола


Камерные батареи

Для охлаждения камер применяют батареи непосред­ственного охлаждения (испарители) и рассольные ба­тареи.

Батареи непосредственного охлаждения. Их разме­щают в охлаждаемом помещении у стен (пристенные ба­тареи) и у потолка (потолочные батареи). Выполняют батареи из гладких или оребренных труб. По конструк­ции их делят на змеевиковые, коллекторные и листо-трубные.

Змеевиковая ребристая батарея-испа­рительдля R12 малыххолодильных устано­вок. Батарея-испаритель (рис. , а) изготовлена из красномедных труб диаметром 18x2 мм, расположенных в два ряда. На трубы насажены латунные или стальные штампованные пластинчатые ребра. Такие батареи-ис­парители изготовляют также из алюминиевых труб с алюминиевыми ребрами.

Контакт между ребрами и трубой осуществляется протяжкой оправки, диаметр которой больше внутреннего диаметра трубы. Трубы испарителя последовательно соединены припаянными калачами. Батарея имеет выходной и входной патрубки.

Недостаток змеевиковых батарей — плохое удаление паров холодильного агента, в результате чего снижается коэффициент теплопередачи.



Рис. . Испарители малых установок для хладона: а — трубчатый ребристый пристенный; б — алюминиевый листотрубный,
Змеевиковые ребристые батареи-испарители являются незатопленными или сухими (ИРСН — испаритель ребри­стый сухой настенный). Жидкий R12 подается как сверху (при одной секции испарителя), так и снизу (при нали­чии нескольких секций, соединенных последовательно).

При верхнем вводе жидкого R12 в батарею и отсосе пара снизу исключается скопление масла в испарителе и осу­ществляется возврат его в компрессор. Но при этом испа­ритель меньше заполнен жидкостью. В верхних трубках жидкости больше, чем в средних, а в нижних находится только пар. При нижнем вводе жидкого хладона испари­тель лучше заполняется жидкостью, в результате чего коэффициент теплопередачи увеличивается примерно на 20%.

Коэффициент теплопередачи таких ребристых бата­рей с естественной циркуляцией воздуха 3—6 Вт/(м²•К), при температурном напоре между воздухом и холодиль­ным агентом 12—15° С.

Алюминиевые листотрубные батареи-испарители. Такие испарители (рис. , б) изготов­ляют так же, как и листотрубные конденсаторы. Листо­трубные испарители применяют в домашних холо­дильниках и в торговом холодильном оборудовании. Коэффициент теплопередачи листотрубных испарителей с естественной циркуляцией воздуха с обеих сторон со­ставляет 11—14 Вт/(м²•К).

Батарея непосредственного охлажде­ния аммиачной холодильной установки. Батарея (рис. , а) выполнена в виде плоского змеевика из цельнотянутых гладких труб. Это простейший вид пристенной батареи. Они бывают одно- и двухрядные.

Предпочтение отдается однорядным батареям. В каме­рах для замораживания продуктов используют также батареи-стеллажи из гладких труб. Они имеют вид полок из трубчатых змеевиков, укрепленных на металлических стойках. В них жидкий холодильный агент подводится снизу, а пары отводятся сверху. Коэффициенты теплопе­редачи для аммиачных батарей из гладких труб 7— 10 Bt/(m²•K).

Количество теплоты, отводимое батареей, значитель­но увеличивается при оребренин ее наружной поверхно­сти. В результате оребрения расход труб снижается в 3 раза, а расход металла — в 2 раза. Батарея получается компактнее. Коэффициенты теплопередачи ребристых пристенных батарей, отнесенные к наружной оребрен-ной поверхности, 3—4,5 Вт/(м²•К), потолочных —4—5,5 Вт/(м²•К).

Оребренная коллекторная пристен­ная аммиачная однорядная батарея кон­струкции ВНИХИ. Горизонтальные оребрениые тру­бы 1 в этой батарее (рис. ,б) объединены двумя верти­кальными коллекторами 2. На трубы диаметром 57x3,5 мм навиты спиральные ребра из стальной ленты



Рис. . Аммиачные пристенные батареи а — змеевиковая гладкотрубная; б — коллекторная.
шириной 46 мм и толщиной 1 мм. Шаг ребер 35,7 мм. Жидкий аммиак подается снизу, пар отводится сверху. В батарее уровень жидкости поддерживают с помощью переливной трубки, установленной на одном из коллек­торов, по которой избыточное количество жидкости сли­вается в дренажную линию или в батареи, расположен­ные ниже. Батарея закреплена на стойках 3 из углового железа.

Оребренные пристенные и потолочные батареи из стандартных секций. Секции (рис. ) изготовляют из труб диаметром 38x3,5 мм. Наружное оребрение осуществляется путем спиральной навивки на трубы стальной ленты с шагом ребер 20 и 30 мм. Толщина ленты 0,8—1,0 мм, ширина 45 мм.

Оребренные секции охлаждающих батарей изготов­ляют шести типов: СК—одноколлекторные (рис. , а), СЗГ—змеевиковые головные (рис. , б), СЗХ—змеевиковые хвостовые (рис. , в), СС — средние (рис. , г), СЗ — змеевиковые, С2К — двухколлекторпые. Каждая секция имеет определенную теплопередающую поверхность и размеры.





Рис. . Секции охлаждающих батарей по ГОСТ 17645—78:

а — одноколлекторная СК; б — змеевиковая головная СЗГ; в — змеевиковая 1 — стальная труба;

2 — лента; 3 — коллектор; 4 — уголок; 5 —хомут; 6 —хвостовая СЗХ; г — средняя СС; калач.
Батареи сваривают из отдельных секций, причем в каждую батарею входят головная СЗГ и хвостовая СЗХ секции (или две одноколлекторных СК), а между ними можно вварить средние секции СС. Количество средних секций в батарее зависит от требуемой площади теплопередающей поверхности и размеров (длины и ширины) камеры. Однако средние секции могут отсутствовать в батарее. Батарея должна иметь отступы от торцовых стен не менее 1 м. Жидкий холодильный агент может подаваться в батарею как снизу, так и сверху.

Потолочная оребренная батарея с самоциркуляцией аммиака конструкции ВНИХИ. Батарея (рис, , а) имеет два горизонтальных коллектора. Коллектор 1 объединяет верхний ряд оребренных труб, а коллектор 4 — нижний. Верхние трубы в другом конце батареи соединены попарно калачами 2.

Трубы нижнего ряда установлены с подъемом в сторону калачей и соединены с ним отводом 3. Кроме того, бата­рея смонтирована так, что верхние трубы имеют уклон от калачей к коллектору.

Жидкий холодильный агент подается в нижний кол­лектор 4 и с помощью соединительных стояков 5 (уров-недержателей) заполняет целиком только трубы нижне­го ряда. Образовавшиеся пары движутся к поднятому концу батареи и, поднимаясь в верхние трубы по соеди­нительному отводу 3, увлекают за собой часть жидкости. Чем больше теплоприток к батарее, тем больше жидко­сти попадает (с паром) в верхние трубы. В верхних трубах холодильный агент продолжает кипеть, отнимая теплоту от воздуха камеры, а не успевшая превратить­ся в пар жидкость опускается по соединительным стоя­кам 5 из верхнего коллектора в нижний и снова участ­вует в циркуляции. Вместимость этих батарей примерно в 3 раза меньше, чем затопленных змеевиков.




Рис. . Малоемкие батареи:

а — потолочная оребренная батарея с самоциркуляцией аммиака;

б — батарея «Каскад».

В малоемких батареях исключается образование столба жидкости, влияющего на повышение температу­ры кипения. Их используют в низкотемпературных ка­мерах.

Пристенная малоемкая аммиачная б атарея "К а скад". В батарее (рис. , б) жидкий аммиак через диафрагму 2 поступает тонкой струей в верхнюю горизонтальную трубу 3, в через пороги 4 каскада - в нижерасположенные трубы. Жидкий аммиак занимает 15 - 20% вместимости батареи. Со стороны вертикального коллектора горизонтальные трубы наполовину перекрыты перегородками 8 (струеотбойниками), задерживающими струю жидкости, но не препятствую­щими выходу пара. Пары аммиака через отводы 5 поступают в коллектор 6, откуда отсасываются компрессором по трубе 1. Не испарившаяся в батарее жидкость слива­ется в лежащие ниже батареи или ресивер по дренаж­ной трубе 7.

Рассольные батареи. Эти батареи применяют в каче­стве охлаждающих приборов при рассольном способе охлаждения камер. По устройству они похожи на бата­реи-испарители, но сами не являются испарителями. Вних циркулирует охлажденный в испарителе рассол. Рассольные батареи (рис. ) изготовляют из гладких или оребренных труб, По размещению в камере рассольные батареи разделяют на пристенные и потолочные.



Рис. . Рассольные батареи:

а — пристенная гладкотрубная с фланцами: 1 — трубы; 2 —калач; 3— крон­штейн; 4 — хомутик; 5—поддон;

6 — стойка из углового железа; б — при­стенная из оребренных труб; в — потолочная двухрядная из оребрснных труб.
Пристенную двухрядную гладкотрубную батарею (рис. , а) изготовляют из сварных газовых труб диа­метром 57x3 или 60x4,5 мм, которые собирают в плос­кие змеевики с помощью чугунных калачей 2. Из испа­рителя холодный рассол поступает в батарею снизу, а отепленный отводится сверху и возвращается в испари­тель.

Батарею собирают на стойках 6 из углового железа. Верхний конец стойки крепят к кронштейну З_уа нижний закрепляют в полу. Под батареей устанавливают поддон 5 для сбора конденсата при снятии снеговой шубы с, ба­тарей.

Устройства ребристых рассольных батарей и батарей непосредственного охлаждения аналогичны.

Пристенная змеевиковая ребристая батарея показа­на на рис. , б. Оребренные трубы соединены в змеевик приварными калачами. Концы горизонтальных труб на длине 60 мм оставлены неоребренными для крепления батареи к стойкам из углового железа с помощью хому­тков. Стойка закреплена в полу и стене. Число труб в батарее четное.

Потолочная рассольная батарея показана на рис., б. Дли рассольных батарей можно использовать также стан хартные секции (см, рис. ).

Для камер с температурами выше нуля применяют рассольные батареи из стеклянных труб, которые соединяю между собой и с калачами фланцами или резьбо­выми пластмассовыми муфтами с резиновыми проклад­ками.
Расчет и подбор камерных батарей

Площадь теплопередающей поверхности камерных батарей F_б ( в м²) непосредственного и рассольного охлаждения определяют по формуле



где Q_T — теплоприток в камеру, Вт;

k_б— коэффициент теплопередачи батареи, Вт/(м²•К):

Ө — температурный напор между воздухом камеры и кипя­щим холодильным агентом (или

рассолом); принимается равным 7—10° С, а для батарей малых установок, рабо­тающих на

хладонах, 8—15° С.
Коэффициенты теплопередачи [в Вт/(м²•К)] для ба­тарей из гладких труб приведены ниже.



Коэффициенты теплопередачи [в Вт/(м²•К)] для ба­тарей из оребренных труб диаметром 38x2,5 мм следу­ющие:



Большие значения коэффициентов имеют батареи с шагом ребер 30 мм, меньшие —с шагом ребер 20 мм.

Коэффициент теплопередачи оребренных батарей для хладонов 3—6 Вт/(м²•К).

По площади теплопередающей поверхности выбирают батарей в каталоге либо проводят их конструктивный расчет применительно к помещению, в котором они дол­жны быть расположены.

Для этого находят общую длину труб L (в м)



где f — площадь поверхности 1 м труб батареи, м²

Площадь поверхности 1 м трубы: диаметром 57x3,5 мм гладкой 0,179 м², оребренной с шагом ребер 35,7 мм 1,12 м², трубы диаметром 38x3,5 мм с шагом ребер 35,7 мм 0,8 м².

Задаваясь длиной батареи l_б в зависимости от разме­ров камеры, определяют число труб в батарее п



Воздухоохладители

Влажный воздух состоит из смеси газов (азота, кислорода, неона, гелия, аргона и др.) и водяных паров. Содержание водяных паров в воздухе различно. Влажность воздуха характеризуют влагосодер-жапием d или абсолютной влажностью е.

Влагосодержанием называют массовое количество во­дяных паров, отнесенное к 1 кг сухого воздуха (d кг влаги на 1 кг сухого воздуха).

Абсолютная влажность воздуха - массовое коли­чество водяного пара, находящегося в 1 м³ влажного воздуха (е кг влаги на 1 м³ влажного воздуха).

Давление атмосферного воздуха В равно сумме парциальных давлений сухого воздуха р_в и водяных паров р_п. Чем больше влагосодержание воздуха, тем выше парциальное давление водяных па­ров. Предельное количество паров воды в воздухе зависит от его температуры и давления. При повышении температуры атмосфер­ного воздуха предел насыщения парами увеличивается (см, прило­жение 10).

Относительная влажность воздуха φ, т. е. степень

его насыщения водяными парами численно равна отношению парци­ального давления водяных паров в воздухе р_ппри определенной температуре к давлению водяных паров в насыщенном воздухе р"_а при той же температуре. Для температур ниже 15° С относительную влажность воздуха φ можно приблизительно приравнять к отноше­нию влагосодержания воздуха d к влагосодержанию насыщенного воздуха d" при той же температуре



У насыщенного воздуха φ=1.

Температуру, при которой воздух с данным влагосодержанием становится насыщенным, называют точкой росы. При охлажде­нии воздуха ниже точки росы влага выпадает в виде росы или инея. При добавлении влаги в насыщенный воздух она будет находиться в капельном состоянии. Примером может служить туман, состоящий из насыщенного воздуха и мельчайших капелек воды, которые нахо­дятся во взвешенном состоянии.

Параметры влажного воздуха определяют по d_t t-диаграмме и таблицам для влажного воздуха.

Схема d, i-диаграммы показана на рис. , полная диаграмма дана в приложении 11 Для удобства изображения ее строят в ко­соугольной системе координат с углом между осями 135^o . По нак­лонной оси абсцисс откладывают влагосодержание d воздуха, а по вертикальной оси ординат — энтальпию i. Линии постоянных эн­тальпийi=const проведены наклонно, т. е. параллельно оси абсцисс. Начало отсчета энтальпий соответствует температуре 0°С и влагосодержанию d=0.

В действительных диаграммах наклонную ось абсцисс d не нано­сят. Вместо нее проводят вспомогательную горизонтальную ось, на которой указывают влагосодержаиие. На диаграмму наносят также же линии постоянных температур, относительных влажностей, плот­ностей воздуха и парциальных давлений водяного пара.

Линия φ=l (φ=100%) делит d, i-диаграмму на область влаж­ного ненасыщенного воздуха и область тумана, где лишняя влага находится в капельном состоянии. Линия φ=l также характеризует максимально возможное насыщение воздуха влагой при данной тем­пературе.

Состояние воздуха в точке А определяют любыми двумя пара­метрами из нанесенных на диаграмме. При охлаждении воздуха без добавления или отвода влаги (d=const) до состояния насыщения (линия φ—1) получают точку росы (t_росы). Температуру мокрого термометра (t_м.т), соответствующую температуре предела охлажде­ния воды в воздухе с начальным состоянием, характеризующимся точкой А, для температур воздуха ниже 30°С с достаточной точно­стью можно находить на пересечении линий i= const и φ=1.

Процессы изменения состояния воздуха нередко сопровожда­ются изменением энтальпии Ai и влагосодержания Ad. Отношение этих величин ∆i/∆d=E называют тепловлажyостyым отношением. Эта

величина определяет угол наклона процесса в d, i-диаграмме. Значе­ния Е нанесены па диаграмму (приложение 11) в виде пучка пря­мых, выходящих из точки t=0 и d = 0. Эти линии проведены только вне поля диаграммы, что обеспечивает ясность изображения дру­гих линий на диаграмме. Тспловлажностное отношение Е является угловым масштабом диаграммы.

Часто протекают процессы взаимодействия воздуха с водой, со­провождающиеся переносом теплоты и влаги от одной среды к дру­гой. При переносе теплоты среды охлаждаются или нагреваются, а при переносе влаги происходит испарение или конденсация ее на поверхности раздела, что приводит к осушению или увлажнению воздуха.


Рис. . Построение диаграммы влажного воздуха влагосодержание — энтальпии (d, i).


На поверхности соприкосновения воздух и вода находятся в состоянии равновесия, т. е. воздух имеет одинаковую с водой тем­пературу и 100%-ную относительную влажность. Такое состояние воздуха характеризуется точками на кривой насыщения (φ=1). Температура и влагосодержание воздуха, удаленного от поверхности воды, иные. Парциальное давление водяного пара в насыщенном воз­духе непосредственно у поверхности воды р"_потличается от давле­ния водяного пара р_п в слоях воздуха, удаленного от поверхности воды (исключение составляет случай, когда температура воды рав­на точке росы воздуха). В результате разности между парциаль­ными давлениями водяного пара в воздухе происходит влагообмен между водой и воздухом, а также теплообмен, так как вместе с па­ром в воздух переносится и теплота, затраченная на его образова­ние. Кроме того, имеет место конвективный теплообмен вследствие разности между температурами воздуха и воды. Если температура Поверхности воды выше точки росы воздуха (t_ω>t_росы, р"_п>p_п),



Рис. Процессы в d, i-диаграмме: а — взаимодействие воздуха с водой; б— смешения воздуха двух состояний.
то пода испаряется. Влага и теплота испарения переносятся от воды к воздуху, в результате чего воздух увлажняется. Если температура воды ниже точки росы (t_w<t_росы, p''_п<p_п), то происходит конденция водяного пара из воздуха на поверхность воды, т.е. перенос теплоты и влаги к воде, вследствие чего воздух осушается.

Конденсация влаги из воздуха, а значит, и осушение воздуха происходят при соприкосновении не только с холодной водой, но и с любой поверхностью (например, поверхность трубчатого воздухоохладителя), температура которой ниже точки росы воздуха.

В теплообменных аппаратах при соприкосновении воздуха с водой могут протекать различные процессы (рис. , а).

В процессе А—1 воздух охлаждается и осушается. Этот процесс протекает при условии, что температура поверхности соприкоснове­нии (воды или трубчатой поверхности воздухоохладителя) ниже точки росы воздуха А, вступающего в процесс (t_w<t_росы). Предельно Процесс А—1 изображается касательной к кривой насыщения (φ=1). Процесс A—1 характерен для большинства воздухоохладителей.

В процессе А— 2 воздух охлаждается без конденсации влаги из воздуха, т.е. при d=const. В этом процессе t_w=t_росы: Процесс А-2 встречается в воздухоохладителях.

В процессе А— 3 воздух увлажняется и охлаждается, так как часть теплоты, отдаваемой воздухом воде, расходуется на испарение воды, В этом процессе температура поверхности воды выше точки росы, но ниже температуры мокрого термометра (t_м.т>t_w>t_росы).

В процессе А—4 воздух увлажняется без подвода и отвода теп­лоты. Теплота, отдаваемая воздухом воде, расходуется на испаре­ние воды и переходит вместе с испаренной влагой обратно в воздух (энтальпия воздуха остается постоянной, i=const). Температура во­ды соответствует температуре мокрого термометра (t_w=t_мт). Этот процесс имеет место в так называемых камерах адиабатического увлажнения, в которых воздух увлажняется одной и той же водой, рециркулирующей с помощью насоса, без подвода и отвода к ней теплоты.

В процессе А—5 температура воды выше температуры мокрого термометра, но ниже температуры начального состояния воздуха (t>t_w;>t_мт). В этом процессе воздух охлаждается и увлажняется с увеличением его энтальпии, так как количество теплоты, переходя­щее к воздуху с испаряющейся влагой, оказывается больше коли­чества теплоты, которое воздух отдает воде при сравнительно не­большой разности между температурами. При этом вода охлажда­ется. Пределом охлаждения воды является температура мокрого термометра. Такой процесс осуществляется в градирнях при охлаж­дении воды, выходящей из конденсатора холодильной машины, а также в увлажнительных камерах. В последнем случае для поддер­жания постоянной температуры воду подогревают или добавляют свежую более теплую воду.

Процесс А—6 протекает при равенстве температур воздуха и воды (t=t_w). Для него характерно отсутствие конвективного теп­лообмена между воздухом и водой. При этом воздух увлажняется, а вода испаряется за счет тепла постороннего источника.

В процессе А—7 температура воды выше температуры воздуха (t_w>t). В результате испарения и конвективного теплообмена меж­ду водой и воздухом воздух увлажняется и нагревается, а вода ох­лаждается. Предельно этот процесс изображается касательной к ли­нии насыщения φ= 100 %. Процесс А—7 осуществляется в градирнях для охлаждения воды.

Таким образом, при t_w<t_росы воздух осушается, при t_w>t_росы увлажняется, при t_w<.t охлаждается, при t_w>t нагревается.

Процесс смешения двух потоков воздуха состояний А и В (рис. , б) на d, i-диаграмме протекает по прямой, соединяющей точки А и В. Эти точки характеризуют начальные состояния воздуха. Сос­тояние смеси обозначается точкой С, лежащей на этой прямой. От­резки; определяющие положение точки С на линии смешения, об­ратно пропорциональны количествам М_Аи М_Всмешиваемого воздуха ВС/АС=М_А/М_В

В воздухоохладителях теплота от воздуха передается холодильному агенту или хладоноси­телю (воде либо рассолу). Применение воздухоохладителей обусловливает создание принудительного движения воздуха в ох­лаждаемом объекте. Из холодильной камеры воздух прогоняется вентилятором через воздухоохладитель, где охлаждается, и вновь возвращается в камеру.

Различают воздухоохладители поверхностные или трубчатые (сухие) и контактные (мокрые).

В поверхностных (сухих) воздухоохладителях тепло­обмен между воздухом и охладителем происходит через стенку трубы. Такие воздухоохладители выполняют в ви­де пучка гладких или ребристых труб, заключенных в кожух. По трубам протекает кипящий холодильный агент (в этом случае воздухоохладители являются испа­рителями холодильной машины) или хладоноситель (рассольные или водяные сухие воздухоохладители), Снаружи трубы омываются воздухом.

В контактных (мокрых) воздухоохладителях (ороси­тельных или форсуночных) теплообмен происходит при непосредственном контакте воздуха с холодным рассо­лом или водой.

Воздухоохладители размещают в охлаждаемом поме­щении или вне его, но тогда кожух изолируют.

Поверхностные воздухоохладители для хладонов 2В09 и 2ВО20. Поверхность теплообмена этих воздухо­охладителей (рис. , а и б) соответственно 9 и 20 м². Каждый воздухоохладитель представляет собой ребрис­тую батарею 1 непосредственного охлаждения, изготов­ленную из медных труб с пластинчатыми алюминиевыми ребрами. Батарея состоит из трех секций, собранных на вертикальных стойках, к которым сверху прикреплена алюминиевая крышка, а снизу —поддон для сбора конденсата.

Жидкий R12 поступает в секции батареи параллельно через распределитель 2. Пар отводится через паровой коллектор 3.

Воздух подается сквозь пучок оребренных труб бата­реи одним или двумя осевыми вентиляторами. Вентиляторы 4 с электродвигателями 5 смонтированы в диффуре.

Воздухоохладители такого типа для камер с темпера­турами ниже 0°С выполняются с электронагревателями [я оттаивания инея с поверхности оребренных труб.

Воздухоохладитель 2В091 с электронагревателем по­казан на рис, , в. Электронагреватели встроены в батареи и расположены на поддоне. На одной из стенок корпуса предусмотрен щит с монтажной схемой электрона­гревателей.

Поверхностный аммиачный подвесной воздухоохла­дитель ВОП-100. Воздухоохладитель (рис. , а) состоит из трех частей: в средней размещены два вентилятора 2



Рис. . Воздухоохладители поверхностные для хладонов:а — 2В09; 6 — 2БО20; в - 2В091: 1 — электродвигатель вентилятора; 2 — диф­фузор; 3 —батарея из оребренных труб; 4 — вентилятор; 5 —рама; 6- термо­регулирующий вентиль; 7 —электронагреватели.
с вертикальными осями, а в двух крайних 1 — оребренные батареи, изготовленные из стальных труб диаметром 25x2,5 мм с пластинчатыми стальными ребрами. Пло­щадь теплопередающей поверхности батарей 100 м².

Из охлаждаемой камеры воздух забирается вентиля­торами и прогоняется по охлаждающим батареям, а на выходе из воздухоохладителя установлены щиты с направляющими


Рис.. Воздухоохладители поверхностные аммиачные:

а-подвесной ВОП-100; б - подвесной ВОГ-230; в -напольный вертикальный.



3 для равномерного распределения возду­ха по объему камеры.

Воздухоохладитель смонтирован на двух швеллер­ных балках, с помощью которых он крепится к потолку камеры. Воздухоохладитель ВОП-150 с площадью по­верхности 150 м² отличается от воздухоохладителя ВОП-100 шагом ребер.

Для оттаивания инея с поверхности батарей предус­мотрены электронагреватели, вмонтированные между рядами оребренных труб.

В отличие от воздухоохладителей ВОП-100 и ВОП-150, где вентиляторы имеют вертикальное располо­жение осей, воздухоохладители ВОП-50 и ВОП-75 с площадью поверхности 50 и 75 м² имеют вентиляторы с горизонтальными осями. Оребренная батарея располо­жена по одну сторону от вентиляторов. Воздухоохлади­тель ВОП-50 отличается от воздухоохладителя ВОП-75 шагом ребер на трубах батарей.

Поверхностный аммиачный подвесной воздухоохла­дитель ВОГ-230. Площадь поверхности воздухоохлади­теля (рис. , б) 230 м². Предназначен для камер интен­сивного охлаждения и замораживания мяса. Состоит из четырех испарительных батарей, расположенных в ог­раждении 1, которое способствует направленному дви­жению воздуха.

В каждой испарительной батарее находятся четыре оребренные секции из труб диаметром 25x2,5 мм с пла­стинчатыми стальными ребрами. Концы каждой секции сверху и снизу объединены коллекторами. В воздухоох­ладитель аммиак может подаваться как сверху, так и снизу. Испарительные батареи, установленные на входе воздуха, имеют больший шаг ребер, чем другие батареи.

Интенсивная циркуляция воздуха осуществляется осевым вентилятором ЦАГИ № 8 с восемью лопастями. Лопастное колесо закреплено непосредственно на валу электродвигателя 3. Кожух вентилятора 4 соединен с охлаждающей частью воздухоохладителя диффузором 5.

Из охлаждаемой камеры воздух всасывается вентиля­тором (со стороны электродвигателя), продувается через испарительные батареи и охлажденный выбрасывается в камеру.


Рис. . Контактные воздухоохладители

а — оросительный; 1 — вентилятор;

2 — электродвигатель; 3 — сетки; 4— рабочий слой колец; 5 — отбойный слой колец;

б —смотровое стекло; 7 — шиберы;

8 — распределительный желоб;

б —форсуночный: 1 — насос; 2 — фильтр;

3 — всасывающий короб; 4 — форсунки;

5 — отделитель капель жидкости;

6 — калорифер; 7 — нагнетательный короб;

8 — вентилятор.
С поверхности батарей иней оттаивается электричес­ким обогревом и горячими парами аммиака с одновременным.

Поверхностный аммиачный напольный вертикальный воздухоохладитель. Площадь поверхности воздухоохла­дителя (рис. , в) 150 м². Корпус воздухоохладителя с охлаждающим змеевиком расположен в холодильной ка­мере, а центробежный вентилятор с электродвигате­лем— на кронштейнах в со­седнем помещении (в там­буре, коридоре). Из камеры воздух засасывается в кор­пус воздухоохладителя че­рез открытое пространство между корпусом 2 и поддо­ном 1, там он охлаждается при соприкосновении с ба­тареей холодных змеевиков и по металлическому кана­лу, проходящему сквозь стену, подходит к вентиля­тору 3. В камеры охлажден­ный воздух подается по на­гнетательному каналу, проходящему также через стену и расположенному по нагнетательному каналу, про­ходящему также через сте­ну и расположенному по всей длине камеры. Такие воздухоохладители приме­няют при одноканальной системе воздушного охлаждения камер.

Коэффициент теплопередачи, отнесенный к площади оребренной поверхности труб воздухоохладителя, 12—17 Вт/(м²•К) при скорости движения воздуха 3—5 м/с и плотности теплового потока 100—120 Вт/м².

Контактный оросительный воздухоохладитель. Воз­духоохладитель (рис. , а) имеет металлический бак, изолированный снаружи. В нем укреплены две решетки: на нижней насыпан рабочий слой керамиковых колец толщиной 300—400 мм, на верхней—отбойный слой вы­сотой около 150 мм. Кольца имеют цилиндрическую фор­му диаметром и высотой 25 мм и толщиной стенки 2— 3 мм (1 м³ содержит около 50 000 колец общей поверхно­стью 220 м²). Над рабочим слоем колец размещены оро­сительные желоба.

Воздух, отепленный в камерах, подается вентилято­ром в воздухоохладитель снизу и продувается через ра­бочий слой колец, орошаемый холодным рассолом (или водой). В этом слое колец воздух охлаждается и осуша­ется (если температура рассола ниже точки росы пода­ваемого воздуха). Охлажденный воздух, поднимаясь, сначала проходит через отбойный слой колец, где вслед­ствие изменения направления движения отделяются кап­ли рассола, увлеченные потоком воздуха, затем посту­пает по нагнетательному каналу в охлаждаемую камеру. Рассол, отепленный на 1—2° С, стекает на дно бака. Че­рез фильтр он сливается в испаритель для охлаждения.

Контактный форсуночный воздухоохладитель. Возду­хоохладитель (рис. ,б) применяют в установках кон­диционирования воздуха. Воздух в нем охлаждается и осушается водой, которая разбрызгивается форсунка­ми 4. Перед камерой с форсунками установлен фильтр 2. За ней расположены сепараторы для задержания капель воды. Для получения заданной температуры воздух пос­ле осушения охлаждением можно подогревать в кало­рифере 6.

При охлаждении теплота от воздуха передается холодной по­верхности металлических труб в сухих воздухоохладителях или хо­лодной поверхности воды (рассола) в мокрых воздухоохладителях. Если температура холодной поверхности ниже точки росы воздуха, поступающего в воздухоохладитель, то при охлаждении воздуха вы­падает влага, т.е. воздух охлаждается и осушается. В сухих воз­духоохладителях она выпадает в виде пленки воды, если темпера­тура поверхности выше нуля, или в виде инея при температуре по­верхности ниже нуля. В мокрых воздухоохладителях конденсат сме­шивается с водой или с рассолом.

Изменение состояния воздуха в воздухоохладителе в d, i-диаг­рамме (рис. ) изображено прямой 1—2 (1— состояние воздуха при входе, 2 — состояние воздуха при выходе). На продолжении этой прямой лежит и точка а, характеризующая состояние насыщенного воздуха у холодной поверхности. Эта точка находится на линии φ=1. Температура насыщенного воздуха соответствует температуре холодной поверхности, которая в сухих воздухоохладителях пример­но на 0,5° С выше температуры холодильного агента или рассола, а В мокрых соответствует температуре охлаждающей воды. В мок­рых рассольных воздухоохладителях состояние воздуха у поверх­ности характеризуется точкой, расположенной на линии φ_о<1, так как влагосодержание насыщенного воздуха над рассолом меньше, чем над водой, и зависит от концентрации рассола.

Воздух, выходящий из воздухоохла­дителя, можно рассматривать как смесь воздуха, входящего в воздухоохлади­тель и насыщенного у поверхности. При заданных параметрах поступающего (состояние 1) и насыщенного (состояние а) воздуха положение точки 2 (состоя­ние выходящего воздуха) определяют по уравнению



где i₁н i₂— энтальпии входящего и выходящего воздуха, Дж/кг;

Q_т —воздухоохладителю, Вт;

М — массовый расход охлаж­даемого воздуха, проходя­щего через воздухоохлади­тель, кг/с.

При заданной температуре выходящего воздуха t₂ положение точки 2 определяют графически по d, i диаграмме пересечением прямой 1 — а и линии t₂=const.

Процесс охлаждения воздуха без изменения влагосодержания в d, i - диаграмме изображается линией 1-b.
Расчет и подбор воздухоохладителей

При расчете поверхностного (сухого) воздухоохладителя определяют площадь теплопередающей поверхности и объемный расход циркулирующего воздуха (если он предварительно не задан).

Площадь теплопередающей поверхности воздухоохладителя F_в (в м²) рассчитывают по формуле



где Q_т— теплоприток к воздухоохладителю, Вт;

k_в — коэффициент теплопередачи воздухоохладителя, Вт/(м²•К);

Ө — средний температурный напор между циркулирующим воздухом и холодильным агентом, рассолом или водой,^oC.

При движении воздуха поперек труб со скоростью 3—5 м/с коэффициент теплопередачи сухого гладкотрубного воздухоохладителя k_в=30÷35 Вт/(м²•К), а при движении воздуха вдоль труб k_в=17÷20 Вт/(м²•К). Для ребристых воздухоохладителей при скорости движе­ния воздуха 4—5 м/с и плотности теплового потока 100— 120 Вт/м² k_в=12÷17 Вт/(м²•К).

Для подбора вентилятора определяют объемный рас­ход циркулирующего воздуха по уравнению



где V_B— объемный расход циркулирующего воздуха, м³/с;

ρ_в — плотность воздуха, кг/м³ (определяют по d, i-диаграм­ме или по психометрической таблице

соответственно температуре воздуха, выходящего из воздухоохладите­ля).

Энтальпии входящего i₁и выходящего i₂воздуха определяют по d, i-диаграмме (см. приложение 11).

Пример. Определить площадь теплопередающей поверхности и объемный расход циркулирующего воздуха поверхностного ребрис­того хладонового воздухоохладителя:

теплоприток к воздухоохладителю Q_T=23 кВт;

состояние воздуха, входящего в воздухоохладитель: t₁=5°C, φ₁=80%;

температура воздуха, выходящего из воздухоохладителя, t₂=1^oС;

температура кипения R12 t_o=—5° С.

Температура поверхности трубы на 0,5° С выше температуры ки­пения R12, t_a=— 4,5°.

По d, i-диаграмме определяют энтальпии входящего воздуха i₁= 16,0 кДж/кг и выходящего воздуха i₂=10,1 кДж/кг.

Плотность воздуха ρ_в=1,28 кг/м³ (см. приложение 10).

Коэффициент теплопередачи k_В=12 Вт/(м²•К). Средний темпера­турный напор можно подсчитать как средний арифметический, так как изменение температуры в процессе теплообмена незначительно.



Площадь теплопередающей поверхности воздухоохладителя под­считывают по формуле (50)



Объем циркулирующего воздуха подсчитывают по формуле (51)