Расчет кожухотрубного конденсатора

1. Холодильные машины и агрегаты

Для хранения скоропортящихся  продуктов в домашних условиях применяют  небольшие машины искусственного холода — бытовые холодильники. В холодильных  машинах и агрегатах используется искусственное охлаждение, так как  в большинстве случаев для сохранения особенно продовольственных товаров необходимо поддерживать температуру ниже температуры окружающей среды. Процесс охлаждения протекает с участием охлаждающей среды (воздуха камеры с продуктами, воды — при получении льда, рассола) и рабочего вещества, или охладителя. Охладитель, или хладагент, имеющий более низкую температуру, поглощает тепло из охлаждаемой среды. В качестве охладителей используют вещества, изменяющие свое агрегатное состояние при низкой температуре, поглощая при этом большое количество теплоты. Это — водный лед, льдосоляные смеси, сухой лед (твердый диоксид углерода) и жидкие холодильные агенты (хладон и аммиак). Водный лед и льдосоляные смеси поглощают теплоту в процессе плавления, сухой лед — в процессе сублимации (переход из твердого состояния в газообразное). В холодильных машинах используют жидкие хладагенты, которые за счет циркуляции в устройствах машин поглощают теплоту при кипении.

Холодильная машина представляет собой совокупность механизмов, аппаратов и приборов, последовательно соединенных в систему производства искусственного холода. Компактные, конструктивные объединения отдельных или всех элементов холодильной машины называют холодильным агрегатом.

По виду применяемого хладагента различают аммиачные  и хладоновые холодильные агрегаты. По конструктивным особенностям компрессоров агрегаты подразделяют на открытые и герметичные, а конденсаторов — с воздушным и водяным охлаждением.

В зависимости от состава  входящих в них элементов холодильные  агрегаты бывают компрессорные, компpeccopно-конденсаторные, испарительно-регулирующие, испарительно-конденсаторные и комплексные агрегаты. На предприятиях торговли применяют компресорно-конденсаторные агрегаты и при охлаждении с помощью теплоносителя — испарительно-регулирующие агрегаты.

Компрессорно-конденсаторный агрегат состоит из компрессора, конденсатора (воздушного или водяного охлаждения), электродвигателя, приборов автоматики и вспомогательных аппаратов (ресиверы, осушители, теплообменники и др.). Испарителъно-регулирующий агрегат — это конструктивное соединение испарителя, вспомогательной аппаратуры, регулирующей станции и приборов автоматики. Комплексные агрегаты включают все элементы холодильной машины.

Характеристика  хладагентов

 Хладагент представляет  собой химическое вещество, предназначенное для отвода тепла от охлаждаемой среды. Для этого используют специальные легкокипящие жидкости, имеющие низкую температуру кипения при атмосферном давлении. В настоящее время широко применяются холодильные агенты аммиак и фреон-22

Аммиак — это бесцветный газ с резким запахом, оказывающий раздражающее действие на слизистую оболочку. Поэтому при утечке через неплотности его можно обнаружить по запаху. Аммиак и в воде имеет высокую взаимную растворимость. Его используют в холодильных машинах средней и большой производительности. Применение аммиака как холодильного агента в машинах малой мощности ограничено, так как он имеет недостатки (ядовитость, взрывоопасность, воспламеняемость).

Фреон-22 — бесцветный газ  со слабым специфическим запахом, поэтому его утечку из системы трудно обнаружить. Он становится заметным только при содержании его в воздухе более 20%. Он легко проникает через неплотности, нейтрален к металлам, взрывоопасен, но не горюч. При атмосферном давлении температура его кипения 400 °С. Преимущество фреона-22 — безвредность, только при содержании его в воздухе более 30% появляются признаки отравления организма из-за недостатка кислорода.

Компрессорные холодильные  машины. Эти машины состоят из следующих  основных частей: испарителя, конденсатора, компрессора и регулирующего вентиля.

Испаритель — устройство, имеющее вид змеевиковой ребристо-трубной  батареи,- в которой происходит кипение  хладагента в условиях низкой температуры  за счет теплоты, поглощаемой из окружающей среды. Испаритель устанавливается внутри холодильного шкафа, в верхней его части.

Конденсатор — устройство, предназначенное для охлаждения паров фреона и превращения их в жидкость. Для ускорения охлаждения фреона через конденсатор продувают  воздух специальным вентилятором.

Компрессор — устройство, которое отсасывает пары хладагента из испарителя и направляет их в  конденсатор в сжатом состоянии. Компрессор состоит из цилиндра, поршня и электродвигателя.

Регулирующий вентиль  — устройство, регулирующее количество жидкого фреона, подаваемого в испаритель. Кроме того, регулирующий вентиль снижает давление фреона для обеспечения условий низкотемпературного кипения. Фреоновая автоматическая компрессорная машина. Эти машины в настоящее время применяются для охлаждения витрин, шкафов, камер, прилавков, испарители которых устанавливают внутри охлаждаемого объекта. Для удобства эксплуатации и ремонта некоторые устройства объединяют в один узел и называют агрегатом. В настоящее время заводы выпускает агрегаты ФАК-1,5МЗ открытого типа. Испаритель и регулирующий вентиль устанавливаются в камере охлаждения, а остальные детали машины установлены на штампованной плите и образуют агрегат. Агрегат устанавливают рядом с камерой охлаждения и соединяют с испарителем трубками, по которым циркулирует хладагент (фреон).

Суть работы машины заключается  в следующем: хладагент, попав в  испаритель, закипает, переходит из жидкого состояния в газообразное. При этом активно поглощает тепло  от трубок и ребер испарителя. Пары в испарителе отсасывают при помощи компрессора, который направляет их в сжатом состоянии (6-8 атм) в конденсатор. В конденсаторе при помощи охлаждаемого воздуха хладагент, имея высокое давление, переходит в жидкое состояние. Жидкий хладагент поступает в испаритель через регулирующий вентиль, который снижает давление и регулирует его подачу. Таким образом, в замкнутой системе непрерывно циркулирует одно и то же количество фреона и его паров.

Компрессорные холодильные машины. Устройство и принцип действия компрессионной холодильной машины.

Компрессионная холодильная  машина (рис. 3.1) состоит из следующих  основных узлов: испарителя, компрессора, конденсатора, ресивера, фильтра, терморегулирующего вентиля. Автоматическое действие машины обеспечивается терморегулирующим  вентилем и регулятором давления. К вспомогательным аппаратам, способствующим повышению экономичности и надежности работы машины, относятся: ресивер, фильтр, теплообменник, осушитель. Машина приводится в действие электродвигателем.

Испаритель  — охлаждающая батарея, которая поглощает тепло окружающей среды за счет кипящего в ней при низкой температуре хладагента. В зависимости от вида охлаждаемой среды различают испарители для охлаждения жидкости и воздуха.

Рис. 3.1. Схема устройства компрессионной холодильной машины:

1 — компрессор; 2 — конденсатор; 3 — ресивер; 4 —  фильтр; 5 — терморегулирующий вентиль; 6 — испаритель; 7 — охлаждаемая  камера; 8 — электродвигатель; 9 — магнитный пускатель; 10 — кнопочный включатель; 11 — реле давления

Компрессор  предназначен для отсасывания паров хладагента из испарителя, сжатия и нагнетания их в перегретом состоянии в конденсатор. В малых холодильных машинах применяют поршневые и ротационные компрессоры, причем наибольшее распространение получили поршневые.

Конденсатор — теплообменный аппарат, служащий для сжижения паров хладагента путем их охлаждения. По виду охлаждающей среды конденсаторы выпускают с водяным и воздушным охлаждением. Конденсаторы с принудительным движением воздуха имеют вертикально расположенные плоские змеевики из медных или стальных оребренных труб Естественное воздушное охлаждение применяется только в холодильных машинах бытовых электрохолодильников Конденсаторы с водяным охлаждением бывают кожухозмеевиковые и кожухотрубные.

Ресивер — резервуар, служащий для сбора жидкого хладагента с целью обеспечения его равномерного поступления к терморегулирующему вентилю и в испаритель В малых хладоновых машинах ресивер предназначен для сбора хладагента во время ремонта машины.

Фильтр  состоит из медных или латунных сеток и суконных прокладок. Он служит для очистки системы и хлад агента от механических загрязнений, образовавшихся в результате недостаточной очистки  их  при изготовлении монтаже и ремонте. Фильтры бывают жидкостные и паровые. Жидкостный фильтр устанавливается после ресивера перед терморегулирующим вентилем, паровой — на всасывающей линии компрессора.

Для предотвращения попадания ржавчины и механических частиц в цилиндры малых фреоновых холодильных машин,  во всасывающую полость  компрессора вставляют фильтр в виде стаканчика из латунной сетки.

Терморегулирующий вентиль обеспечивает равномерное поступление хладона в испаритель, распыляет жидкий хладагент, тем самым понижает давление конденсации до давления испарения.

От правильной регулировки терморегулирующего вентиля во многом зависит экономичность работы холодильном машины. Избыток жидкого хладона в испарителе вследствие влажного хода компрессора может привести к возникновению гидравлического удара. При недостаточном заполнении испарителя жидкостью часть поверхности его не используется, что ведет к нарушению нормального режима работы машины и понижению температуры испарения хладагента.

Регулятор давления состоит из прессостата (регулятора низкого давления) и маноконтроллера (выключателя высокого давления). Для регулировки температурного режима в определенных пределах необходимо, чтобы холодопроизводительность холодильной машины всегда превышала приток тепла к ней. Поэтому в нормальных условиях нет необходимости в непрерывной работе холодильной машины.

Периодическое включение холодильной машины осуществляется прессостатом автоматически. Требуемый температурный режим достигается путем регулирования продолжительности перерывов работы холодильной машины. Маноконтроллер служит для защиты от чрезмерного повышения давления в линии нагнетания. При повышении давления в конденсаторе свыше 10 атм. (норма — 6—8 атм.) он размыкает цепь катушки магнитного пускателя, питание электродвигателя отключается и холодильная машина останавливается.

Работа  холодильной машины происходит следующим образом. Легкоиспаряющаяся жидкость (хладон-12) поступает через терморегулирующий вентиль в испаритель. Попадая в условия низкого давления, она кипит, превращаясь в пар, и при этом отбирает тепло у воздуха, окружающего испаритель.

Из  испарителя пары хладона отсасываются компрессором, сжижаются и в перегретом от сжатия состоянии нагнетаются в конденсатор. В охлаждаемом водой или воздухом конденсаторе они превращаются в жидкость. Жидкий хладон стекает по трубам конденсатора и скапливается в ресивере, откуда под давлением проходит через фильтр, где задерживаются механические примеси (песок, окалина  и др.).

Очищенный от примеси хладон, проходя через узкое (отверстие терморегулирующего вентиля, дросселируется (мнется), распыляется и при резком снижении давления и температуры поступает в испаритель, после чего цикл повторяется.

Рабочий цикл холодильной  машины с учетом взаимодействия приборов автоматики состоит в следующем. При выключенном электродвигателе контакты реле давления разомкнуты, терморегулирующий вентиль не пропускает жидкий хладон из конденсатора в испаритель, так как игла до конца вошла в седловину и плотно закрыла проходное сечение. В испарителе в это время продолжается процесс кипения оставшегося после выключения машины жидкого хладагента. От притока внешнего тепла температура испарителя постепенно повышается и, следовательно, давление скопившихся в нем паров возрастает. Давление в испарителе будет расти до тех пор, пока прессостат реле давления не замкнет контакты и машина не вступит в работу.

С включением машины в работу начинается отсос перегретых паров из испарителя в компрессор. Это влечет за собой повышение температуры и давления в чувствительном патроне терморегулирующего вентиля, вследствие чего игольчатый клапан открывает проходное отверстие. Жидкий хладагент, интенсивно кипя, устремляется в трубы испарителя. Кипение сопровождается значительным понижением температуры парожидкостной смеси, в результате чего охлаждаются стенки испарителя, окружающий его воздух и скоропортящиеся продукты.

Понижение температуры  окружающей среды снижает величину теплопритока, Кипение становится менее интенсивным, сокращается количество пара, падает давление в испарителе до предела, при котором реле давления размыкает контакты и машина останавливается. К моменту выключения машины уменьшается подача жидкого хладагента в испаритель, поскольку избыток поступившего в него хладагента ведет к снижению температуры выходящих паров и к автоматическому прикрытию игольчатого клапана терморегулирующего вентиля. Через несколько секунд после остановки машины давление в термобаллоне и испарителе окончательно сравнивается и игольчатый клапан закрывается.

Хладагенты

Хладагенты — это рабочие вещества паровых холодильных машин, с помощью которых обеспечивается получение низких температур. Наиболее распространенные из них — хладон и аммиак.