Файл: Цейтлин Ю.А. Установки для кондиционирования воздуха в шахтах [Текст] 1974. - 166 с.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 26.06.2024
Просмотров: 80
Скачиваний: 1
■сжатый воздух. Тангенциальный подвод сжатого воздуха к трубе ■обеспечивает поступательно-вращательное движение газа в ней.
.причем в центре у оси трубы образуется вихревая труба, все частицы которой, независимо от расположения, имеют постоян ную угловую скорость. Между вихревой трубой и стенкой трубы газ вращается так же, но угловая скорость частиц его ■обратно пропорциональна радиусу. Если пренебречь потерями энергии и теплообменом, уравнение первого закона термоди-
Гирячий
баздцх
намики для идеального газа, участвующего во вращательном и ■поступательном движении, то можно записать [30]
СрТ + |
— с Т |
|
|
W-n |
|
(135) |
|
0 |
-і__ — |
I |
|||||
|
— |
|
I |
о |
|
||
тде То и w0 —-температура и |
скорость |
воздуха |
на выходе из |
||||
сопла; |
и |
вращательная |
скорость воз |
||||
wa и zuв — поступательная |
духа в какой-либо точке сечения; Т — температура в той же точке.
Так как вращательная скорость частиц газа обратно про порциональна радиусу вращения, а поступательная скорость по сечению трубы примерно одинакова, температура газа ближе к оси трубы будет меньше, чем у стенок. Таким образом, через диафрагму 2 отбирается воздух, температура которого ниже •температуры Г0, а периферийные слои воздуха, отбираемые че рез кольцевую щель после регулировочного вентиля 3, имеют ■более высокую температуру. Понижение температуры холодной струи воздуха зависит от соотношений сечения отверстия диа фрагмы и трубы, а также сечения сопла и диафрагмы, давления сжатого воздуха перед трубой, отношения расхода холодного таза к общему расходу и ряда других величин [8 ]..
Обычно при давлении сжатого воздуха перед трубой около 5 бар и относительной доле массового расхода 0,3—0,4 через
107
диафрагму относительное снижение температуры холодной струи составляет 0 ,1 —0 ,2 , т. е. при начальной температуре сжа
того воздуха 300” К А7\- составит 30—60° С.
В последнее время на практике используют неадиабатиые вихревые трубы — трубы с водяным или воздушным охлажде нием горячей струи газа. При этом увеличивается эффектив ность охлаждения. Подобные устройства были использованы, например, для местного охлаждения воздуха па Садоиском руд нике [19].
Достоинствами вихревых охлаждающих устройств являются предельная простота и надежность работы, недостатками — малая экономичность, сильный шум при работе, вызывающий необходимость установки глушителя, и потребность в охлаж дающей воде.
6. Рациональная область использования ВХУ для кондиционирования воздуха в шахтах
Основным достоинством вихревых установок рассматривае мого типа является использование в качестве хладагента воз духа. Это дает возможность подавать хладагент непосредственно к рабочим местам, где необходимо кондиционирование и исклю чает необходимость в сложных системах циркуляции холодо носителя или охлаждающей воды. Однако вихревые установки менее экономичны, чем парокомпрессорные установки, поэтому использование их для обслуживания нескольких выработок или шахты в целом нерационально. Холодильные установки этоготипа могут применяться для кондиционирования воздуха в шах тах, когда использование более экономичных ПІ\ХУ по какимлибо причинам невозможно.
Однако для шахт, на которых основным видом энергии для; питания подземных машин и механизмов является сжатый воз дух, при определенных условиях выгоднее установка мощных пневматических двигателей в качестве привода насосов, подзем ных подъемных машин или даже специальных турбодетандеров с электрическими генераторами (если применение электроэнер гии не противоречит Правилам безопасности), чем использова ние специальных холодильных установок для поддержания не обходимых атмосферных условий в выработках шахты.
|
Г л а в а |
IV |
|
|
|
|
|
|
|
АБСОРБЦИОННЫЕ ХОЛОДИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ |
|
|
|
||||||
1. Схема и принцип действия абсорбционной установки |
|
|
|
||||||
При работе холодильных установок ПКХУ и ВХУ требуется |
|
|
|||||||
затрата механической энергии на привод компрессора. В то же |
|
|
|||||||
время существуют холодильные установки, при работе которых |
|
|
|||||||
затрачивается тепло, — абсорбционные |
установки. Использова |
|
|||||||
ние более дешевого в большинстве случаев вида энергии -— одно |
|
|
|||||||
из главных отличий этих установок от ПКХУ и ВХУ. |
|
|
|
|
|||||
Схема абсорбционной холодильной установки (рис. 52) ана |
|
||||||||
логична схеме ПКХУ, однако вместо компрессора в ней исполь |
|
||||||||
зуются насос и два аппарата — абсорбер |
и генератор — назы |
|
|||||||
ваемые иногда термохимическим компрессором. |
|
|
|
|
|||||
Использование для повышения давления хладагента насоса |
|
|
|||||||
вместо компрессора возможно, поскольку пары хладагента, |
|
||||||||
выходящие из испарителя И, поглощаются в абсорбере |
Л |
|
|||||||
жидкостью — абсорбентом |
(поглотителем). |
Таким |
образом, |
в |
|
||||
абсорбере образуется бинарный раствор |
(раствор, состоящий из |
|
|||||||
двух компонентов хладагента и абсорбента. Этот жидкий рас |
|
||||||||
твор перекачивается насосом Я |
из |
абсорбера в генератор |
Г. |
|
|
||||
В генераторе происходит выпаривание хладагента из абсорбента, |
|
||||||||
для чего к этому аппарату подводится тепло. Абсорбент под |
|
||||||||
бирают так, чтобы его температура кипения значительно превы |
|
||||||||
шала температуру кипения хладагента при давлении, имею |
|
||||||||
щем место в генераторе. При кипении раствора в генераторе |
|
||||||||
происходит выпаривание из него вещества с меньшей темпера |
|
||||||||
турой кипения. Образующийся при этом пар хладагента с |
|
||||||||
некоторой примесыо паров абсорбента |
(чем больше разница |
|
|||||||
температур кипения компонентов раствора, тем меньше эта при |
|
||||||||
месь), направляется в конденсатор. Кипящий раствор, содержа |
|
||||||||
щий большое количество |
абсорбента |
и |
небольшое |
количество |
|
||||
хладагента, после генератора направляется через регулирующий |
|
||||||||
вентиль РВ2 в абсорбер. В конденсаторе происходит конденсация |
|
||||||||
хладагента, причем тепло конденсации отводится охлаждающей |
|
||||||||
этот аппарат водой. Сконденсировавшийся хладагент дроссели |
|
||||||||
руется в вентиле, регулирующем РВь и поступает в испаритель, |
|
||||||||
где он кипит, отбирая тепло от охлаждаемой среды. Пар хлад |
|
||||||||
агента из испарителя, направляется |
в |
абсорбер, где он погло |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
0 |
9 |
щается жидмм абсорбентом. Тепло, выделяющееся при погло щении, отводится водой, охлаждающей абсорбер.
Чаще всего на практике в абсорбционных установках исполь зуется бинарный раствор аммиака (хладагент) в воде (абсор бент). Однако, учитывая неблагоприятные свойства аммиака (см. п. 2, гл. II), вряд ли можно ожидать применения водо аммиачных установок для кондиционирования воздуха в горных
|
|
выработках |
|
глубоких |
|||||
|
|
шахт. Более перспективны |
|||||||
|
|
установки, |
в |
которых |
в; |
||||
|
|
качестве |
хладагента |
|
ис |
||||
|
|
пользуется |
вода, а |
|
в |
||||
|
|
качестве |
|
абсорбента — |
|||||
|
|
бромистый литий. В этом |
|||||||
|
|
.растворе температура |
ки |
||||||
|
|
пения |
абсорбента |
на |
|||||
|
|
столько |
выше температу |
||||||
|
|
ры |
кипения |
хладагента |
|||||
|
|
(Д /« 1000° С), |
что |
при |
|||||
|
|
кипении раствора в усло |
|||||||
|
|
виях, |
имеющих место |
в |
|||||
Рис. 52. Схема абсорбционной |
холодиль |
генераторе |
|
установки |
|||||
(*к= 70ч-140°С)' |
пар |
||||||||
ной установки |
|
||||||||
|
|
представляет собой прак |
тически чистый хладагент. Так как температура кипения раство ра всегда выше температуры кипения чистой воды, то образую щийся в генераторе водяной пар перегрет.
Работу абсорбционных установок обычно исследуют с по мощью диаграмм энтальпия — концентрация соответствующего бинарного раствора. Подобная диаграмма для раствора броми стого лития и воды приведена в приложении VII. На этой диаграмме по оси абсцисс откладывается концентрация абсор бента в растворе. Жирная линия, ограничивающая справа рабо чую зону диаграммы, является границей зоны кристаллизации бромистого лития в растворе большой концентрации. В нижней части диаграммы нанесены линии кипения раствора при раз личных давлениях (сплошные кривые) и изотермы (пунктирные кривые). В верхней части диаграммы нанесены линии, опреде ляющие состояние перегретого водяного пара, находящегося в равновесии с кипящим раствором. Для того чтобы избежать отрицательных значений энтальпий раствора при составлении диаграммы, принято, что энтальпия чистой воды при 0° С равна 1 0 0 ккал/кг, а не нулю, как это обычно принимается при со ставлении диаграмм состояния водяного пара. Поэтому, если энтальпию водяного пара определять не по | — [-диаграмме рас твора, а например, по і — s-диаграмме или по таблицам свойств
водяного пара, она при тех |
же параметрах (р и t) будет на |
100 ккал/кг (— 419 кдж/кг) |
ниже, чем по £ — /-диаграмме. |
ПО
2 . Рабочий процесс бромистолитиевой абсорбционной установки
Из I — і-диаграммы видно, что бромистолитиевая установка должна работать при давлениях, значительно меньших атмо сферного. Это позволяет, с одной стороны, снизить металло емкость установки, но с другой — усложняет ее эксплуатацию- из-за необходимости поддержания глубокого вакуума в аппа ратах.
а |
1 |
6 |
Рис. 53. Бромистолитиевая установка:
а — схема; б — рабочий процесс
Обычно аппараты бромистолитиевой установки АХУ компо нуются в двух (иногда и в одном) барабанах. На рис. 53, а приведена схема установки.
В верхнем барабане 1 расположены генератор 2 и конден сатор 3, в нижнем барабане 4 абсорбер 5 и испаритель в. Хо лодная вода из испарителя подается к теплообменнику 7, откуда после подогрева вода вновь возвращается в испаритель. Реге неративный теплообменник (теплообменник растворов) 8 (также как в ПКХУ и ВХУ) предназначен для повышения эффектив ности работы установки.
Рабочий процесс установки, изображенный на диаграмме энтальпия — концентрация, показан на рис.. 53, б.
Образующийся в испарителе водяной пар (точка /)■ погло щается в абсорбере крепким (с большим содержанием LiBr) раствором. Процесс абсорбции идет при постоянном давлении
111
и состояние жидкой фазы раствора меняется по линии 9—2. Слабый раствор с большим содержанием воды, получающийся в абсорбере (точка 2), насосом Но (см. рис. 53, а) подается в теплообменник растворов 8, где он подогревается (линия 2—3) (см. рис. 53), отбирая тепло от крепкого раствора, возвращаю щегося в абсорбер из генератора. Из теплообменника слабый раствор поступает в генератор. Здесь при постоянном давлении он подогревается до температуры кипения (линия 3—4) и затем выпаривается (линия 4—5). Образующийся при кипячении рас твора водяной пар по мере изменения концентрации раствора имеет параметры, определяемые точками, лежащими па от резке а — b вспомогательной линии, соответствующей давле нию рк. Обычно принимают, что параметры пара, отводимого от
генератора, соответствуют средней температуре |
кипения (точ |
ка 5). Получаемый в генераторе пар поступает |
в конденсатор |
и конденсируется (линия 6—6'). Конденсат после дросселирова ния в вентиле РВ\ (см. рис. 53, а) направляется в испаритель. Состояние вещества до и после дросселирования изображается на диаграмме энтальпия — концентрация одной и той же точкой, так как начальные и конечные энтальпии и концентрации в этом случае одинаковы, однако так как эти точки отвечают различ ным давлениям вещества, они характеризуют совершенно раз личные его состояния. Так, например, перед дросселированием точка 6' (см. рис. 53, б) иа диаграмме характеризует состояние кипящей жидкости (конденсата) с давлением рк. После дрос селирования та же точка характеризует состояние влажного насыщенного пара с давлением р„.
В испарителе вследствие подвода тепла происходит кипение воды (линия 6'—/).
После выпаривания воды из раствора в генераторе раствор с высокой концентрацией бромистого лития (крепкий раствор, точка 5) поступает в теплообменник 8 (см. рис. 53, а), где он охлаждается (линия 5—7, см. рис. 53), подогревая слабый рас твор, идущий в генератор. Затем, охлажденный крепкий раствор дросселируется в вентиле РВ2 и поступает в абсорбер. В резуль тате адсорбции водяного пара, состояние которого' определяется точкой 1, крепким раствором и охлаждения состояние жидкой фазы раствора в абсорбере изменяется по линии 7—9—2.
В бромисголитиевых установках используются генераторы и абсорберы пленочного (оросительного) типа. В таких аппаратах раствор, разбрызгиваемый форсунками, стекает в виде тонкой пленки по наружной поверхности трубок, внутри которых цир кулирует греющая или охлаждающая среда. Коэффициент тепло передачи при этом в большой мере зависит от плотности оро шения поверхности теплообмена, т. е. от количества раствора, поступающего в единицу времени на теплообменпую поверх ность. Поэтому для интенсификации теплообмена в генераторах и абсорберах бромистолитиевых установок широко используют
1 1 2