Реклама на порталі

Основні правила вибору випарника для парокомпресійної холодильної машини. Методики підбору компресорно-конденсаторних блоків для припливних систем

У разі коли споживання парової фази зрідженого газу перевищує швидкість природного випаровуванняу ємності, необхідно застосування випарників, які за рахунок електропідігріву прискорюють процес пароутворення рідкої фази в парову та гарантують подачу газу до споживача у розрахунковому обсязі.

Призначення випарника ЗВГ - це перетворення рідкої фази зріджених вуглеводневих газів (ЗВГ) в пароподібну, що відбувається за рахунок використання випарників з електропідігрівом. Випарні установки можуть бути обладнані одним, двома, трьома та більше електричними випарниками.

Монтаж випарників дозволяє здійснювати роботу як одному випарнику, так і кільком паралельно. Таким чином, продуктивність установки може змінюватись в залежності від кількості одночасно працюючих випарників.

Принцип роботи випарної установки:

При включенні випарної установки автоматика нагріває установку випару до 55С. Електромагнітний клапан на вході рідкої фази у випарну установку буде закритий доти, доки температура не досягне цих параметрів. Датчик контролю рівня у відсікачі (у разі наявності рівнеміра у відсікачі) контролює рівень і при переповненні закриває клапан на вході.

Випарник починає нагріватися. При досягненні 55 ° C буде відкрито магнітний клапан на вході. Зріджений газ потрапляє в розігрітий трубний регістр і випаровується. У цей час випарник продовжує нагріватися і при досягненні температури ядра 70-75°C спіраль нагрівання буде відключена.

Процес випаровування продовжується. Ядро випарника поступово остигає, і при падінні температури до 65 ° C спіраль нагрівання знову буде включена. Цикл повторюється.

Комплектація випарної установки:

Випарна установка може бути укомплектована однією або двома регуляторними групами для дублювання системи редукування, а також обвідної лінії парової фази, минаючи випарну установку для використання парової фази природного випаровування в газгольдерах.

Регулятори тиску використовуються для встановлення заданого тиску на виході з випарної установки споживача.

  • 1-й ступінь – регулювання середнього тиску (від 16 до 1,5 бар).
  • 2-й ступінь - регулювання низького тиску від 1,5 бар до тиску, необхідного при подачі до споживача (наприклад, газовий котел або газопоршневу електростанцію).

Переваги випарних установок PP-TEC "Innovative Fluessiggas Technik" (Німеччина)

1. Компактна конструкція, невелика вага;
2. Економічність та безпеку експлуатації;
3. Велика теплова потужність;
4. Довгий термінексплуатації;
5. Стабільна робота за низьких температур;
6. Дубльована система контролю виходу рідкої фази з випарника (механічна та електронна);
7. Захист від зледеніння фільтра та електромагнітного клапана (тільки у компанії PP-TEC)

У комплект постачання входять:

Подвійний термостат контролю температури газу,
- сенсори контролю рівня рідини,
- електромагнітні клапани на вході рідкої фази
- Комплект запобіжної арматури,
- термометри,
- кульові кранидля спорожнення та деаерації,
- вбудований відсікач рідкої фази газу,
- вхідні/вихідні штуцери,
- клемні коробки для підключення електроживлення,
- щит електроуправління.

Переваги випарників PP-TEC

При проектуванні випарної установки завжди необхідно враховувати три складові:

1. Забезпечити задану продуктивність,
2. Створити необхідний захист від переохолодження та перегріву ядра випарника.
3. Правильно розрахувати геометрію розташування теплоносія до провідника газу у випарнику

Продуктивність випарника залежить не тільки від кількості споживаної напруги живлення з мережі. Важливим фактором є геометрія розташування.

Правильно розраховане розташування забезпечує ефективне використання дзеркала тепловіддачі та як наслідок підвищення коефіцієнта корисної дії випарника.

У випарниках “PP-TEC “Innovative Fluessiggas Technik” (Німеччина), шляхом правильних розрахунків, інженери компанії досягли збільшення даного коефіцієнта до 98%.

Випарні установки компанії “PP-TEC “Innovative Fluessiggas Technik” (Німеччина) втрачають лише два відсотки тепла. Решта використовується для випаровування газу.

Практично всі європейські та американські виробники випарної техніки абсолютно помилково трактують поняття «редундантний захист» (умова для забезпечення дублювання функцій захисту від перегріву та переохолодження).

Поняття «редундантний захист» має на увазі під собою реалізацію «підстраховки» окремих робочих вузлів та блоків або всього обладнання повністю, шляхом використання дубльованих елементів різних виробників та з різними принципами дії. Тільки в такому випадку можна мінімізувати можливість виходу обладнання з експлуатації.

Багато виробників намагаються реалізувати цю функцію (при захисті від переохолодження та попадання рідкої фракції СУГ до споживача), встановлюючи на вхідну лінію подачі два магнітні клапани, включені послідовно, одного виробника. Або використовують два послідовно включені в мережу температурних датчиківувімкнення/відкриття клапанів.

Уявіть собі ситуацію. Один магнітний клапан завис у відкритому стані. Як Ви зможете визначити, що клапан вийшов із ладу? НІЯК! Установка працюватиме далі, втративши можливість вчасно забезпечити безпеку спрацьовування при переохолодженні у разі виходу з ладу другого клапана.

У випарниках PP-TEC ця функція була реалізована зовсім іншим шляхом.

У випарних установках компанія “PP-TEC “Innovative Fluessiggas Technik” (Німеччина) використовує алгоритм сукупної роботи трьох елементів захисту від переохолодження:

1. Електронний прилад
2. Магнітний клапан
3. Механічний запірний клапан у відсікачі.

Всі три елементи мають абсолютно різний принцип дії, що дозволяє з упевненістю говорити про неможливість виникнення ситуації, за якої не випарований газ у рідкому вигляді потрапить у трубопровід споживача.

У випарних установках компанії "PP-TEC "Innovative Fluessiggas Technik" (Німеччина) було реалізовано те саме при реалізації захисту випарника від перегріву. В елементах задіяна як електроніка, і механіка.

Компанія "PP-TEC "Innovative Fluessiggas Technik" (Німеччина) вперше у світі була реалізована функція інтегрування відсікача рідини в порожнину самого випарника з можливістю константного підігріву відсікача.

Жоден виробник випарної техніки не використовує цю власне розроблену функцію. Використовуючи відсікач, що підігрівається, випарні установки “PP-TEC “Innovative Fluessiggas Technik” (Німеччина), отримали можливість випаровування важких складових ЗВГ.

Багато виробників, копіюючи один одного, встановлюють відсікач на виході перед регуляторами. Меркаптани, сірки і важкі гази, що містяться в газі, мають дуже високу щільність, потрапляючи в холодний трубопровід, конденсуються і відкладаються на стінках труб, відсікача і регуляторів, що істотно скорочує термін служби обладнання.

У випарниках “PP-TEC “Innovative Fluessiggas Technik” (Німеччина) важкі опади у розплавленому стані тримаються у відсікачі до видалення їх через кульовий скидний клапан у випарній установці.

Відсікаючи меркаптани, компанія “PP-TEC Innovative Fluessiggas Technik” (Німеччина) змогла домогтися збільшення терміну служби установок та регуляторних груп у рази. А значить, дбайливо віднестися до експлуатаційних витрат, що не потребують постійної заміни мембран регуляторів, або їх повної дорогої заміни, що веде до простою випарної установки.

А реалізована функція підігріву електромагнітного клапана і фільтра на вході у випарну установку не дає можливості накопичуватися в них воді та при замерзанні в електромагнітних клапанахвиводити з ладу під час спрацьовування. Або обмежувати вхід рідкої фази у випарну установку.

Випарні установки Німецької компанії “PP-TEC “Innovative Fluessiggas Technik” (Німеччина) – це надійна та стабільна робота протягом довгих роківексплуатації.

Група компаній "МЕЛ" - оптовий постачальник систем кондиціювання Mitsubishi Heavy Industries.

www.сайт Ця адреса електронної пошти приховується від різних спамерських пошукових роботів. У вас має бути включений JavaScript для перегляду.

Компресорно-конденсаторні блоки (ККБ) для охолодження вентиляції набувають все більшого поширення при проектуванні систем центрального охолодження будівель. Переваги їх очевидні:

По-перше, це ціна одного кВт морозу. Порівняно з чиллерними системами охолодження припливного повітря з допомогою ККБ містить проміжного холодоносія, тобто. води або незамерзаючих розчинів, тому коштує дешевше.

По-друге, зручність регулювання. Один компресорно-конденсаторний агрегат працює на одну припливну установку, тому логіка управління єдина і реалізується за допомогою стандартних контролерів управління припливних установок.

По-третє, простота монтажу ККЛдля охолодження вентиляції. Не потрібно додаткових повітроводів, вентиляторів тощо. Вбудовується лише теплообмінник випарника та все. Навіть додаткова ізоляція припливних повітроводів часто не потрібна.

Рис. 1. ККБ LENNOX та схема його підключення до припливної установки.

На тлі таких чудових переваг практично стикаємося з безліччю прикладів кондиціювання системи вентиляції, в яких ККБ або взагалі не працюють, або в процесі роботи дуже швидко виходять з ладу. Аналіз цих фактів показує, що часто є причиною неправильного підбору ККБ і випарника для охолодження припливного повітря. Тому розглянемо стандартну методику підбору компресорно-конденсаторних агрегатів і постараємося показати помилки, які допускаються при цьому.

НЕПРАВИЛЬНА, але найчастіше зустрічається методика підбору ККБ і випарника для прямоточних припливних установок

  1. Як вихідні дані нам необхідно знати витрати повітря припливної установки. Задамо для прикладу 4500 м3/годину.
  2. Припливна установка прямоточна, тобто. без рециркуляції, працює на 100% зовнішньому повітрі.
  3. Визначимо район будівництва – наприклад, Москва. Розрахункові параметри зовнішнього повітря для Москви +28С та 45% вологість. Ці параметри приймаємо за початкові параметриповітря на вході у випарник припливної системи. Іноді параметри повітря приймають із запасом і задають +30С або навіть +32С.
  4. Задамо необхідні параметри повітря на виході з системи припливу, тобто. на вході до приміщення. Часто ці параметри задають на 5-10С нижче, ніж потрібна температура повітря в приміщенні. Наприклад, +15С або навіть +10С. Ми зупинимося на середньому значенні +13С.
  5. Далі з допомогою i-dдіаграми (рис. 2) будуємо процес охолодження повітря у системі охолодження вентиляції. Визначаємо необхідну витрату холоду у заданих умовах. У нашому варіанті потрібна витрата холоду 33,4 кВт.
  6. Підбираємо ККБ за необхідними витратами холоду 33,4 кВт. Є в лінійці ККБ найближча велика та найближча менша модель. Наприклад, для виробника LENNOX це моделі: TSA090/380-3 на 28 кВт холоду та TSA120/380-3 на 35,3 кВт холоду.

Приймаємо модель із запасом на 35,3 кВт, тобто. TSA120/380-3.

А тепер ми розповімо, що відбуватиметься на об'єкті, при спільній роботі припливної установки та підібраного ККБ за вищеописаною методикою.

Проблема перша – підвищена продуктивність ККБ.

Кондиціонер вентиляції підібраний на параметри зовнішнього повітря +28С та 45% вологість. Але замовник планує його експлуатувати не тільки коли на вулиці +28С, у приміщеннях часто вже спекотно за рахунок внутрішніх теплонадлишків, починаючи з +15С на вулиці. Тому на контролері встановлюється температура припливного повітря в кращому разі +20С, а в найгіршому ще нижче. ККБ видає або 100% продуктивності, або 0% (за рідкісними винятками плавного регулювання за використання зовнішніх блоків VRF як ККБ). ККБ при зниженні температури зовнішнього (забірного) повітря свою продуктивність не зменшує (а практично навіть трохи підвищує за рахунок більшого переохолодження в конденсаторі). Тому при зниженні температури повітря на вході у випарник ККБ прагнутиме видавати і меншу температуру повітря на виході з випарника. За наших даних за розрахунками виходить температура повітря на виході +3С. Але цього не може, т.к. температура кипіння фреону у випарнику +5С.

Отже, зниження температури повітря на вході у випарник до +22С і нижче, у разі призводить до підвищеної продуктивності ККБ. Далі відбувається недокипання фреону у випарнику, повернення рідкого холодоагенту на всмоктування компресора і, як наслідок, вихід компресора з ладу через механічне пошкодження.

Але на цьому наші проблеми, як не дивно, не закінчуються.

Проблема друга – ЗАНИЖЕНИЙ СПОРЮВАЧ.

Давайте уважно подивимося на вибір випарника. При підборі припливної установки задаються конкретні параметри випарника. У нашому випадку це температура повітря на вході +28С та вологість 45% та на виході +13С. Значить? випарник підбирається саме на ці параметри. Але що відбуватиметься, коли температура повітря на вході у випарник буде, наприклад, не +28С, а +25С? Відповісти досить просто, якщо подивитися на формулу теплопередачі будь-яких поверхонь: Q = k * F * (Tв-Tф). k*F – коефіцієнт теплопередачі та площа теплообміну не зміняться, ці величини постійні. Тф – температура кипіння фреону не зміниться, т.к. вона також підтримується постійною +5С (у нормальному режимі роботи). А ось Тв – середня температура повітря стала меншою на три градуси. Отже, і кількість переданого тепла поменшає пропорційно температурному перепаду. Але ККБ «про це не знає» і продовжує видавати належні 100% продуктивності. Рідкий фреон знову повертається на всмоктування компресора та призводить до вищеописаних проблем. Тобто. розрахункова температура випарника є мінімальною робочою температурою ККБ.

Тут можна заперечити - "А як же робота он-офф спліт систем?" розрахункова температура в сплітах +27С у приміщенні, а вони можуть працювати до +18С. Справа в тому, що в спліт системах площа поверхні випарника підбирається з дуже великим запасом, щонайменше 30%, саме для компенсації зниження теплопередачі при зниженні температури в приміщенні або зниженні швидкості вентилятора внутрішнього блоку. Ну і нарешті

Проблема третя – підбір ККБ «З ЗАПАСОМ».

Запас за продуктивністю під час добору ККБ дуже шкідливий, т.к. запас – це рідкий фреон на всмоктуванні компресора. І у фіналі маємо заклинений компресор. В цілому максимальна продуктивність випарника має бути завжди більшою, ніж продуктивність компресора.

Постараємося відповісти на питання - а як же ПРАВИЛЬНО підбирати ККБ для припливних систем?

По-перше, необхідно розуміння того, що джерело холоду у вигляді компресорно-конденсаторного блоку не може бути єдиним у будівлі. Кондиціювання системи вентиляції може лише зняти частину пікового навантаження, що надходить у приміщення з вентиляційним повітрям. А утримання певної температури всередині приміщення в будь-якому випадку лягає на місцеві доводчики. внутрішні блоки VRF або фанкойли). Тому ККБ має не підтримувати певну температурупри охолодженні вентиляції (це й неможливо через он-офф регулювання), а знижувати теплонадходження до приміщень при перевищенні певної зовнішньої температури.

Приклад системи вентиляції з кондиціюванням:

Вихідні дані: місто Москва з розрахунковими параметрами для кондиціювання +28С та 45% вологість. Витрата припливного повітря 4500 м3/година. Тепловлишки приміщення від комп'ютерів, людей, сонячної радіації тощо. становлять 50 квт. Розрахункова температура у приміщеннях +22С.

Продуктивність кондиціонування повинна підбиратися таким чином, щоб її вистачало за найгірших умов (максимальних температур). Але також кондиціонери вентиляції повинні без проблем працювати і при деяких проміжних випадках. Причому більшу частину часу системи кондиціювання вентиляції працюють при завантаженні 60-80%.

  • Задаємо розрахункову температуру зовнішнього повітря та розрахункову температуру внутрішнього. Тобто. головне завдання ККБ – охолодження припливного повітря до температури у приміщенні. Коли температура зовнішнього повітря менша за потрібну температуру повітря в приміщенні – ККБ НЕ ВКЛЮЧАЄТЬСЯ. Для Москви від +28С до необхідної температури у приміщенні +22С отримуємо різницю температур 6С. У принципі перепад температур на випарнику повинен бути більше 10С, т.к. температура припливного повітря може бути менше температури кипіння фреону.
  • Визначаємо необхідну продуктивність ККБ з умов охолодження припливного повітря від розрахункової температури +28С до +22С. Вийшло 13,3 кВт холоду (i-d діаграма).

  • Підбираємо за необхідною продуктивністю 13,3 ККБ із лінійки популярного виробника LENNOX. Підбираємо найближчий МЕНШИЙ ККБ TSA036/380-3спродуктивністю 12,2 квт.
  • Підбираємо випарник припливу із найгірших для нього параметрів. Це температура зовнішнього повітря, рівна необхідної температурі у приміщенні – у разі +22С. Продуктивність випарника з холоду дорівнює продуктивності ККБ, тобто. 12.2 кВт. Плюс запас продуктивності 10-20% на випадок забруднення випарника і т.д.
  • Визначаємо температуру повітря при температурі зовнішнього +22С. отримуємо 15С. Вище температури кипіння фреону +5С і вище температури точки роси +10С, отже, ізоляцію припливних повітроводів можна робити (теоретично).
  • Визначаємо теплонадлишки приміщень, що залишилися. Виходить 50 кВт внутрішніх теплонадлишків плюс невелика частина від припливного повітря 13,3-12,2 = 1,1 кВт. Разом 51,1 кВт – розрахункова продуктивність систем місцевого регулювання.

Висновки:Основна ідея, на яку хотілося б звернути увагу - це необхідність розрахунку компресорно-конденсаторного блоку не на максимальну температуру зовнішнього повітря, а на мінімальну в діапазоні експлуатації кондиціонера вентиляції. Розрахунок ККБ та випарника, проведений на максимальну температуру припливного повітря, призводить до того, що нормальна робота буде тільки при діапазоні зовнішніх температур від розрахункової та вище. А якщо температура зовні нижча за розрахункову – буде неповне кипіння фреону у випарнику та повернення рідкого холодоагенту на всмоктування компресора.

Одним із найважливіших елементів для парокомпресійної машини є . Він виконує головний процес холодильного циклу- Відбір від охолоджуваного середовища. Інші елементи холодильного контуру, такі як конденсатор, розширювальний пристрій, компресор тощо, лише забезпечують надійну роботу випарника, тому саме вибору останнього необхідно приділяти належну увагу.

З цього випливає, що підбираючи обладнання для холодильної установки необхідно починати саме з випарника. Багато ремонтників-початківців часто допускають типову помилкута починають комплектацію установки з компресора.

На рис. 1 представлена ​​схема звичайної парокомпресійної холодильної машини. Її цикл, заданий у координатах: тиск Рі i. На рис. 1б точки 1-7 холодильного циклу є показником стану холодильного агента (тиску, температури, питомого об'єму) і збігається з аналогічним на рис. 1а (функції параметрів стану).

Рис. 1 – Схема та в координатах звичайної парокомпресійної машини: РУрозширювальний пристрій, Рk- Тиск конденсації, Ро- Тиск кипіння.

Графічне зображення Мал. 1б відображає стан та функції холодильного агента, які змінюються залежно від тиску та ентальпії. Відрізок АВна кривій рис. 1б характеризує холодоагент у стані насиченої пари. Його температура відповідає температурі початку кипіння. Частка пари хладагента становить 100%, а перегрів близький до нуля. У правій частині від кривої АВхладагент має стан (температура холодоагенту більша за температуру кипіння).

Крапка Вє критичною для даного холодоагенту, оскільки відповідає тій температурі, при якій речовина не може перейти в рідкий стан, незалежно від того, наскільки високим буде тиск. На відрізку ПС холодоагент має стан насиченої рідини, а в лівій стороні – переохолодженої рідини (температура холодоагенту менша за температуру кипіння).

Усередині кривої АВСхолодоагент перебуває у стані пародидкостной суміші (частка пари в одиниці обсягу мінлива). Процес, що у випарнику (рис. 1б), відповідає відрізку 6-1 . Холодоагент надходить у випарник (точка 6) в стані киплячої пародидкостной суміші. При цьому частка пари залежить від певного холодильного циклу та становить 10-30%.

На виході з випарника процес кипіння може завершитися і точка 1 може не збігатися з точкою 7 . Якщо температура холодоагенту на виході з випарника більша за температуру кипіння, то отримуємо випарник з перегрівом. Його величина ΔТперегрівявляє собою різницю температури холодоагенту на виході з випарника (точка 1) та його температури на лінії насичення АВ (точка 7):

ΔТперегрів = Т1 - Т7

Якщо точка 1 і 7 збігаються, то температура холодоагенту дорівнює температурі кипіння, а перегрів ΔТперегрівдорівнюватиме нулю. Таким чином, отримаємо затоплений випарник. Тому, при виборі випарника спочатку необхідно зробити вибір між затопленим випарником та випарником з перегрівом.

Зазначимо, що за рівних умов затоплений випарник вигідніший за інтенсивністю процесу відбору теплоти, ніж з перегрівом. Але слід враховувати те, що на виході затопленого випарника холодоагент перебуває у стані насиченої пари, а подавати вологе середовище в компресор не можна. Інакше виникає висока ймовірність появи гідроударів, які супроводжуватимуться механічним руйнуванням деталей компресора. Виходить, що якщо вибрати затоплений випарник, необхідно передбачати додатковий захист компресора від попадання в нього насиченої пари.

Якщо віддати перевагу випарнику з перегрівом, то не потрібно дбати про захист компресора та потрапляння до нього насиченої пари. Імовірність виникнення гідравлічних ударів виникатиме лише у разі відхилення від необхідного показника величини перегріву. В нормальних умовахексплуатації холодильної установки величина перегріву ΔТперегрівмає знаходитися в межах 4-7 К.

При зниженні показника перегріву ΔТперегрів, інтенсивність відбору теплоти довкілляпідвищується. Але при надмірно низьких значеннях ΔТперегрів(Менше 3К) виникає ймовірність попадання в компресор вологої пари, що може стати причиною появи гідравлічного удару і, отже, пошкодження механічних вузлів компресора.

У протилежному випадку, при високому показанні ΔТперегрів(більше 10 К), це говорить про те, що у випарник надходить недостатня кількість холодоагенту. Різко знижується інтенсивність відбору теплоти від середовища, що охолоджується, і погіршується тепловий режим компресора.

При виборі випарника виникає й інше питання, пов'язане з величиною температури кипіння хладагента у випарнику. Щоб його вирішити спочатку необхідно визначити яку температуру середовища, що охолоджується, слід забезпечити для нормальної роботи холодильної установки. Якщо в якості охолоджуваного середовища використовується повітря, крім температури на виході з випарника потрібно врахувати і вологість на виході з випарника. Тепер розглянемо поведінки температур середовища, що охолоджується, навколо випарника під час роботи звичайної холодильної установки (рис. 1а).

Щоб не заглиблюватися в цю тему втратами тиску на випарник нехтуватимемо. Також вважатимемо, що теплообмін між холодоагентом і навколишнім середовищем здійснюється за прямоточною схемою.

На практиці таку схему використовують не часто, оскільки за ефективністю теплообміну вона поступається протиточною схемою. Але якщо один з теплоносіїв має постійну температуру, а показання перегріву невеликі, то прямотік і протитечії будуть рівнозначними. Відомо, що середнє значення температурного тиску не залежить від схеми руху потоків. Розгляд прямоточної схеми надасть нам наочніше уявлення про теплообмін, який відбувається між холодоагентом і середовищем, що охолоджується.

Для початку введемо віртуальну величину Lрівну довжині теплообмінного пристрою (конденсатора або випарника). Її значення можна визначити з наступного виразу: L=W/S, де W– відповідає внутрішньому об'єму теплообмінного пристрою, у якому відбувається циркуляція холодоагенту, м3; S- Площа поверхні теплообміну м2.

Якщо йдеться про холодильну машину, то рівнозначна довжина випарника практично дорівнює довжині трубки, в якій відбувається процес 6-1 . Тому її зовнішня поверхня омивається середовищем, що охолоджується.

Спочатку звернемо увагу на випарник, який виконує роль охолоджувача повітря. У ньому процес відбору теплоти від повітря відбувається в результаті природної конвекції або за допомогою примусового обдування випарника. Зазначимо, що у сучасних холодильних установках перший спосіб практично не використовують, оскільки охолодження повітря шляхом природної конвекції малоефективним.

Таким чином, будемо припускати, що охолоджувач повітря обладнаний вентилятором, який забезпечує примусовий обдув випарника повітрям і являє собою трубчасто-ребристий теплообмінний апарат (мал. 2). Його схематичне зображення представлене на рис. 2б. Розглянемо основні величини, що характеризують процес обдування.

Перепад температур

Перепад температур на випарнику розраховується так:

ΔТ=Та1- Та2,

де ΔТазнаходиться в межах від 2 до 8 К (для трубчасто-ребристих випарників з примусовим обдуванням).

Іншими словами, при нормальній роботі холодильної установки повітря, що проходить через випарник, повинен охолоджуватися не нижче 2 К і не вище 8 К.

Рис. 2 – Схема та температурні параметри охолодження повітря на повітроохолоджувачі:

Та1і Та2– температура повітря на вході та виході з повітроохолоджувача;

  • FF– температура холодоагенту;
  • L- Еквівалентна довжина випарника;
  • То– температура кипіння холодоагенту у випарнику.

Максимальний температурний тиск

Максимальний температурний тиск повітря на вході у випарник визначається наступним чином:

DTмакс = Та1 - То

Цей показник застосовується при підборі охолоджувачів повітря, оскільки закордонні виробники холодильної техніки надають значення холодопродуктивності випарників. Qіспзалежно від величини DTмакс. Розглянемо метод підбору повітроохолоджувача холодильної установки та визначимо розрахункові значення DTмакс. Для цього наведемо приклад загальноприйняті рекомендації щодо підбору значення DTмакс:

  • для морозильних камер DTмаксзнаходиться в межах 4-6 К;
  • для камер зберігання невпакованої продукції – 7-9 К;
  • для камер зберігання герметично упакованої продукції – 10-14 К;
  • для установок кондиціювання повітря - 18-22 К.

Ступінь перегріву пари на виході з випарника

Для визначення ступеня перегріву пари на виході з випарника використовують таку форму:

F=ΔТперегр/DTмакс=(Т1-Т0)/(Та1-Т0),

де Т1- Температура пари холодоагенту на виході з випарника.

Даний показник у нас практично не використовують, але в закордонних каталогах передбачено, що показання холодопродуктивності повітроохолоджувачів Qіспвідповідає значенню F = 0,65.

Під час експлуатації значення Fприйнято приймати від 0 до 1. Припустимо, що F=0тоді ΔТперегр=0, А холодоагент на виході з випарника матиме стан насиченої пари. Для даної моделі повітроохолоджувача фактична холодопродуктивність буде на 10-15% більшою за показник, наведений у каталозі.

Якщо F>0,65, то показник холодопродуктивності для даної моделі охолоджувача повітря, повинен бути менше значення, наведеного в каталозі. Припустимо, що F>0,8тоді фактична продуктивність для даної моделі буде на 25-30%. більше значення, наведеного у каталозі.

Якщо F->1, то холодопродуктивність випарника Qісп->0(Рис.3).

Рис.3 – залежність холодопродуктивності випарника Qіспвід перегріву F

Процес, зображений на рис.2б, характеризують інші параметри:

  • середньоарифметичний температурний тиск DTср = Таср-Т0;
  • середня температура повітря, що проходить через випарник Таср = (Та1 + Та2) / 2;
  • мінімальний температурний напір DTмін=Та2-То.

Рис. 4 – Схема та температурні параметри, що відображають процес охолодження води на випарнику:

де Те1і Те2температура води на входи та виході випарника;

  • FF – температура холодоагенту;
  • L – еквівалентна довжина випарника;
  • Те – температура кипіння холодоагенту у випарнику.
Випарники, в яких охолоджуючим середовищем виступає рідина, мають ті ж температурні параметри, що і для охолоджувачів повітря. Цифрові значення температур охолоджуваної рідини, які необхідні для нормальної роботи холодильної установки, будуть іншими, ніж відповідні параметри для охолоджувачів повітря.

Якщо перепад температур по воді ΔТе=Те1-Те2, то для кожухотрубних випарників ΔТіслід підтримувати в діапазоні 5±1 К, а для пластинчастих випарників показник ΔТіперебуватиме в межах 5±1,5 К.

На відміну від охолоджувачів повітря в охолоджувачах рідини необхідно підтримувати не максимальний, а мінімальний температурний напір DTмін=Те2-То- Різниця між температурою охолоджуваного середовища на виході з випарника і температурою кипіння холодоагенту у випарнику.

Для кожухотрубних випарників мінімальний температурний тиск DTмін=Те2-Тослід підтримувати не більше 4-6 До, а пластинчастих випарників – 3-5 До.

Заданий діапазон (різницю між температурою охолоджуваного середовища на виході з випарника і температурою кипіння холодоагенту у випарнику) необхідно підтримувати з наступних причин: при збільшенні різниці інтенсивність охолодження починає знижуватися, а при зниженні підвищується ризик замерзання охолоджуваної рідини у випарнику, що може статися. руйнування.

Конструктивні рішення випарників

Незалежно від способу застосування різних і холодоагентів, теплообмінні процеси, що відбуваються у випарнику, підпорядковуються основному технологічному циклу холодоспоживаючого виробництва, згідно з яким створюються холодильні установкита теплообмінні апарати. Таким чином, щоб вирішити задачу оптимізації теплообмінного процесу необхідно враховувати умови раціональної організації технологічного цилка холодоспоживаючого виробництва.

Як відомо, охолодження певного середовища можливе за допомогою теплообмінника. Його конструктивне рішення слід вибирати згідно з технологічними вимогами, які пред'являються до даних пристроїв. Особливо важливим моментомє відповідність пристрою технологічному процесу термічної обробки середовища, що можливо за таких умов:

  • підтримання заданої температури робочого процесу та контроль (регулювання) над температурним режимом;
  • вибір матеріалу пристрою, згідно хімічним властивостямсередовища;
  • контроль за тривалістю перебування середовища у пристрої;
  • відповідність робочих швидкостей та тиску.
Іншим чинником, якого залежить економічна раціональність апарату, є продуктивність. Насамперед, на неї впливають інтенсивність теплообміну та дотримання гідравлічних опорів пристрою. Виконання цих умов можливе за таких обставин:
  • забезпечення необхідної швидкості робочих середовищ реалізації турбулентного режиму;
  • створення найбільш підходящих умов для видалення конденсату, накипу, інею тощо;
  • створення сприятливих умов руху робочих середовищ;
  • запобігання можливим забрудненням пристрою.
Іншими важливими вимогами є невелика вага, компактність, простота конструкції, а також зручність монтажу та ремонту пристрою. Для дотримання цих правил слід враховувати такі фактори як: конфігурація поверхні нагріву, наявність та тип перегородок, спосіб розміщення та кріплення трубок у трубних решітках, габаритні розміри, пристрій камер, днищ та ін.

На зручність експлуатації та надійність пристрою впливають такі фактори як міцність та герметичність роз'ємних з'єднань, компенсація температурних деформацій, зручності для обслуговування та ремонту пристрою. Ці вимоги закладені в основу конструювання та вибору теплообмінного агрегату. Головну рольу цьому займає забезпечення необхідного технологічного процесуу холодоспоживаючому виробництві.

Для того, щоб вибрати правильне конструктивне рішення випарника необхідно керуватися наступними правилами. 1) охолодження рідин найкраще здійснювати за допомогою трубчастого теплообмінника жорсткої конструкції або компактного пластинчастого теплообмінника; 2) застосування трубчасто-ребристих пристроїв обумовлено такими умовами: тепловіддача між робочими середовищами та стінкою з обох боків поверхні нагрівання значно відрізняються. При цьому ребра необхідно встановлювати з боку найменшого коефіцієнта тепловіддачі.

Для збільшення інтенсивності теплообміну в теплообмінниках необхідно дотримуватись таких правил:

  • забезпечення належних умов щодо відведення конденсату в повітроохолоджувачах;
  • зниження товщини гідродинамічного прикордонного шару шляхом підвищення швидкості руху робочих тіл (установка міжтрубних перегородок та розбивка пучка трубок на ходи);
  • поліпшення обтікання робочими тілами поверхні теплообміну (вся поверхня має брати активну участь у процесі теплообміну);
  • дотримання основних показників температур, термічних опорів та ін.
Аналізуючи окремі термічні опори можна вибрати найбільше оптимальний спосібпідвищити інтенсивність теплообміну (залежно від типу теплообмінника та характеру робочих тіл). У рідинному теплообміннику поперечні перегородки раціонально встановлювати лише за кількох ходах у трубному просторі. При теплообміні (газу з газом, рідини з рідиною) кількість рідини, що протікає через міжтрубний простір, може бути дуже великим, і, в результаті, показник швидкості досягне тих меж, що і всередині трубок, через що установка перегородок буде нераціональна.

Поліпшення теплообмінних процесів є одним із основних процесів щодо вдосконалення теплообмінного обладнання холодильних машин. У цьому відношенні проводяться дослідження в галузі енергетики та хімічної техніки. Це вивчення режимних характеристик перебігу, турбулізація потоку шляхом створення штучних шорсткостей. Крім того, ведеться розробка нових поверхонь теплообміну, завдяки чому теплообмінники стануть компактнішими.

Вибираємо раціональний підхід для розрахунку випарника

При проектуванні випарника слід зробити конструктивний, гідравлічний, міцнісний, тепловий та техніко-економічний розрахунок. Їх виконують у кількох варіантах, вибір яких залежить від показників ефективності: техніко-економічного показника, ККД та ін.

Щоб зробити тепловий розрахунок поверхневого теплообмінника необхідно вирішити рівняння та теплового балансу, з урахуванням певних умов роботи пристрою (конструктивні розміри теплопередаючих поверхонь, меж зміни температур і схем, щодо руху середовища, що охолоджує і охолоджується). Щоб знайти вирішення цієї задачі, потрібно застосовувати правила, які дозволять отримати результати з вихідних даних. Але через численні фактори знайти спільне рішення для різних теплообмінників неможливо. Разом з цим існує багато методів наближеного розрахунку, які легко зробити у ручному чи машинному варіанті.

Сучасні технології дозволяють підібрати випарник за допомогою спеціальних програм. В основному вони надаються виробниками теплообмінної апаратури та дозволяють швидко підібрати необхідну модель. При використанні таких програм необхідно враховувати те, що вони передбачають роботу випарника за стандартних умов. Якщо фактичні умови відрізняються від стандартних, продуктивність випарника буде іншою. Таким чином, бажано завжди проводити перевірні розрахунки обраної вами конструкції випарника щодо фактичних умов його роботи.

У випарнику відбувається процес переходу хладагента з рідкого фазового стану в газоподібний з одним і тим самим тиском, тиск усередині випарника скрізь однаковий. У процесі переходу речовини з рідкого в газоподібне (його википання) у випарнику – випарник поглинає тепло на відміну конденсатора, який виділяє тепло в довкілля. т.ч. за допомогою двох теплообмінників відбувається процес теплообміну між двома речовинами: охолоджуваною речовиною, яка знаходиться навколо випарника та зовнішнім повітрям, яке знаходиться навколо конденсатора.

Схема руху рідкого фреону

Соленоїдний клапан – перекриває або відкриває подачу хладагента у випарник, завжди або повністю відкритий або повністю закритий (може бути відсутнім у системі)

Терморегулюючий вентиль (ТРВ) – це точний прилад, що регулює подачу хладагента у випарник залежно від інтенсивності кипіння хладагента у випарнику. Він перешкоджає потраплянню рідкого холодоагенту до компресора.

Рідкий фреон надходить на ТРВ, через мембрану в ТРВ відбувається дроселювання хладагента (фреон розпорошується) і починає кипіти через перепад тиску, поступово краплі перетворюються на газ, на всій ділянці трубопроводу випарника. Починаючи з пристрою ТРВ, що дроселює, тиск залишається постійним. Фреон продовжує кипіти і на певній ділянці випарника повністю перетворюється на газ і далі, проходячи випарником газ, починає нагріватися повітрям, яке знаходиться в камері.

Якщо, наприклад, температура кипіння фреону -10 °С, температура в камері +2 °С, фреон перетворившись на газ у випарнику починає нагріватися і на виході з випарника температура повинна бути рівною -3, -4 °С, таким чином Δt ( різниця між температурою кипіння холодоагенту та температурою газу на виході випарника) повинна бути = 7-8, це режим нормальної роботи системи. При даній Δt ми знатимемо, що на виході з випарника не буде частинок фреону, що не википів (їх не повинно бути), якщо кипіння відбуватиметься в трубі, то значить не вся потужність використовується для охолодження речовини. Труба теплоізолюється, щоб фреон не нагрівався до температури довкілля, т.к. газом холодоагенту охолоджується статор компресора. Якщо все ж таки відбувається попадання рідкого фреону в трубу, то значить, доза подачі його в систему занадто велика, або випарник поставлений слабкий (короткий).

Якщо Δt менше 7 то випарник заливається фреоном, він не встигає википіти і система працює неправильно, компресор також заливається рідким фреоном і виходить з ладу. У більшу сторону перегрів не такий небезпечний, ніж перегрів у меншу сторону, при Δt 7 може відбутися перегрів статора компресора, але невеликий надлишок перегріву може ніяк не відчути компресором і при роботі він краще.

За допомогою вентиляторів, що знаходяться в повітроохолоджувачі, відбувається знімання холоду з випарника. Якби цього не відбувалося, то трубки покривалися льодом і при цьому холодоагент досягав температури свого насичення, при якій він перестає кипіти, і далі навіть незалежно від перепаду тиску в випарник би попадав фреон рідкий не випаровуючись, заливаючи компресор.