Курс лекций по "Промышленная вентиляция и кондиционирование"

       Соединение трубки с ребрами  может быть выполнено двумя способами:

       ◘ либо в ребре просто делается  отверстие для непосредственного контакта с трубкой;

       ◘ либо в месте подсоединения  ребра к трубке делается воротничок (буртик), повышаю щий поверхность теплообмена

       Преимущество первого варианта состоит в простоте (экономичности) производства, однако, в связи с неплотным контактом ребра с трубкой, передача тепла внешней среде ограничена.

       Кроме того, при работе в загрязненной  либо агрессивной атмосфере по контуру прилегания ребер к трубке может появиться коррозия. Это значительно снижает полезную поверхность теплообмена, приводит к снижению производительности и повышению температуры конденсации.

       Скорость воздушного потока, проходящего  через теплообменник, обычно составляет от 1,0 до 3,5 м/с.

       Внутренняя поверхность трубок  также может быть рифлённой,  что позволяет обеспечить большую турбуленьность, а следовательно, теплоотдачу хладагента.

       Конденсаторы обычно имеют один  или несколько рядов трубок (чаще всего  до 4-х), расположенных в направлении прохождения потока охлаждающего воздуха. Трубки могут располагаться на одном уровне либо ступенями (в шахматном порядке) для повышения эффективности теплообмена (рис. 4.5).

        

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      
 
 
 
 
 
 

Рис. 4.5. Схема конденсатора с воздушным охлаждением:

1 – медная трубка; 2 - оребрение

      

       Важным аспектом является схема  движения рабочих средств в  теплообменнике. Горячий хладагент поступает в конденсатор сверху и постепенно опускается вниз. В верхней части теплообменника происходит наиболее интенсивное охлаждение хладагента, для чего используется примерно 5% полезной площади теплообменника.

       На этом начальном участке  теплообменника теплопередача весьма значительна, благодаря большому перепаду температур между хладагентом и холодным воздухом и высокому коэффициенту теплопередачи, обусловленному высокой скоростью движения хладагента.

       На следующем основном участке  охлаждения, составляющем около 85% всей полезной поверхности теплообменника, процесс конденсации парообразного фреона проходит при почти неизменной температуре.

       Остающиеся 10% полезной поверхности  теплообмена используются для «дополнительного охлаждения» хладагента. Количество отводимого в этой зоне тепла составляет примерно 5% общего показателя теплообмена, что связано с небольшим перепадом температур между хладагентом, перешедшим в жидкую фазу, и продувочным воздухом.

       Температура конденсации превышает  температуру окружающего воздуха примерно на 10-20 °С, а температура выходящего из теплообменника воздуха на 3-5,5 °С ниже температуры  конденсации.

       Абсолютные показатели температуры  конденсации обычно составляют 42-55 °С.

       В табл. 4.11 представлена зависимость  температуры конденсации парообразного фреона R-22 от температуры окружающего воздуха. 

Таблица 4.11. Зависимость температуры  конденсации от температуры

окружающего воздуха. 
 

 

       Характеристики конденсаторов зависят  как от типа хладагента и  температуры окружающей среды, так и от атмосферного давления окружающего воздуха (высоты над уровнем моря). 

3. Испаритель

    Испарители служат для охлаждения  рабочей среды – воздуха или воды. Соответственно эти теплообменники подразделяются на испарители для охлаждения воды или жидкостей, содержащих антифриз, и для охлаждения воздуха. 

  Пластинчатые  испарители для охлаждения воды

    Пластинчатые испарители обладают  теми же характеристиками, что и аналогичные конденсаторы, описание которых было приведено ранее. Они обладают большей устойчивостью к замораживанию в случае поломки или различных аномалий по сравнению с традиционными типами испарителей.

       Учитывая малый объем жидкости  в пластинчатом испарителе, необходимо предусмотреть в системе наличие аккумулирующего бака, позволяющего избежать слишком частые включения и отключения омпрессора.

Кожухотрубные испарители для охлаждения воды

       Эти испарители состоят из  кожуха и собранных в пучок прямых трубок.

       Хладагент циркулирует в трубках  испарителя, в то время как  вода омывает трубки с внешней стороны. Разделительные пластины, установленные в корпусе, направляют поток воды и несколько раз меняют его направление.

  На  рис.4.6показана внутренняя конструкция кожухотрубного испарителя.

Как видно  из рисунка, пластины крепления трубок имеют соответствующие головки с патрубками входа и выхода хладагента 

             Рис. 4.6. Схема кожухотрубного испарителя

      

       Испаритель может иметь один или два независимых контура. Вода, поступающая для охлаждения, входит и выходит через два боковых горизонтальных патрубка, расположенных с двух сторон кожуха.

    Конструкция и характеристики  испарителя аналогичны конденсаторам  с водяным охлаждением.

    Вода в испарителе циркулирует  перпендикулярно трубкам и с довольно большой скоростью (от 0,6 до 3,0 м/с) благодаря разделительным перегородкам. Такое техническое решение, существенно повышает эффективность теплообмена.

       Кожухотрубные испарители предначены для работы с различными хладагентами и выполняются в очень широкой гамме мощностей от 7 до 200 кВт и более.

  Испарители  для охлаждения воздуха

       Воздушные испарители представляют  собой теплообменники с одним или несколькими рядами медных трубок с алюминиевым оребрением аналогично воздушным конденсаторам.

    Хладагент циркулирует внутри  трубок, охлаждаемый воздух между пластинами (ребрами). Характеристики трубок и пластин аналогичны воздушным конденсаторам. Количество рядов трубок чаще всего колеблется в пределах от 4-х до 6-ти.

    Наиболее распространенные диаметры  трубок: 5/16", 3/8" и 1/2"; расстояние между ребрами колеблется от 1,4 до 1,8 мм. Трубки могут располагаться по ходу воздуха в ряд или в шахматном порядке.

    Начиная с определенной мощности, воздушные испарители изготавливаются с двумя или более контурами охлаждения, имеющими независимый подвод хладагента с помощью распределителя.

     Это делается для того, чтобы более равномерно запитать теплообменник. Распределение на два и более независимых контура позволяет более гибко реагировать на изменения в режиме работы. Соединение распределителя с каждым из независимых контуров осуществляется через трубки малого диаметра.

    Каждый контур наполняется одинаковым количеством хладагента. Поток воздуха также распределяется по теплообменнику равномерно, что предотвращает сбои в работе и исключает обледенение отдельных участков теплообменника.

     Опыт показывает, что наилучшие показатели качества работы испарителя достигаются, когда его объем позволяет развивать мощность от 2,8 до 7,0 кВт на каждый контур при использовании хладагента R-22.

       Скорость воздушного потока на входе в испаритель обычно составляет 2-3 м/с; при более высоких скоростях возможен проскок капель конденсата на выход теплообменника.

    Размеры теплообменников современных  холодильных машин определяются исходя из расхода охлаждаемого воздуха. Ориентировочно это составляет около 195 м³/ч на 1кВт.

    Общая холодопроизводительность  испарителя зависит от температуры испарения хладагента, задаваемой при проектировании, и температуры поступающего в испаритель воздуха, определяемой условиями его эксплуатации.

    Потери давления воздуха, проходящего  через испаритель, зависят от  многих факторов: диаметра трубок, площади и конфигурации ребер, количества рядов трубок, скорости воздушного потока на входе и количества образующегося на оребрении трубок конденсата.

Коэффициент просачивания (Bypass)

    Следует отметить, что не весь  воздух, который подается в испаритель, участвует в процессе теплообмена. Часть воздуха может проходить мимо теплообменника по периферии. Коэффициент просачивания характеризует процентное количество воздуха, которое проходит минуя испаритель, не изменяя своих параметров.

При низком коэффициенте просачивания

• увеличивается температура испарения и, следовательно, производительность холодильной машины. Возможно снижение габаритов компрессора;
• уменьшается потребный расход воздуха через испаритель. Возможно уменьшение размеров и мощности электровентиляторов;
• уменьшается потребная рабочая поверхность теплообменника. Возможно уменьшение количества трубок или количества рядов трубок теплообменника.

При высоком коэффициенте просачивания

• уменьшается температура испарения и, следовательно, холодопроизводительность. Может понадобиться компрессор большего размера;
• увеличивается потребный расход воздуха через испаритель. Требуется электровентилятор большего размера и большей мощности;
• увеличивается потребная рабочая поверхность теплообмена, количество трубок или рядов теплообменника.

 

4. Вентилятор

        Вентиляторы обеспечивают обдув  воздухом конденсаторов и испарителей.

       Обдув конденсаторов с воздушным  охлаждением, устанавливаемых на  открытом месте, выполняется, как правило, вентиляторами осевого типа, обеспечивающими необходимый расход охлаждающего воздуха при малом напоре.

    На 1 кВт поглощенного конденсатором  тепла расходуется примерно 300-370 м³/ч наружного воздуха с перепадом температур 8-10 °С.

    Вентилятор обычно работает на всасывание, так как при этом воздух перед теплообменником не нагревается от вентилятора и электродвигателя. Кроме того, такое размещение позволяет создать более равномерный поток воздушной струи.

    Скорость вращения вентилятора составляет 750-1450 об./мин.

    В тех случаях, когда конденсатор устанавливается в помещении и воздух от конденсатора приходится выбрасывать на улицу через воздуховоды, используются центробежные вентиляторы, обеспечивающие более высокий напор 150-350 Па.

    В этих модификациях передача вращательного момента между двигателем и вентилятором производится с использованием клиноременной передачи.

    Подробная информация о типах  и конструктивных особенностях  вентиляторов представлена в [ ]