Файл: Цейтлин Ю.А. Установки для кондиционирования воздуха в шахтах [Текст] 1974. - 166 с.pdf

вания попадает в отделитель жидкости 2, где из него выделяется сухой пар, после чего жидкий хладагент поступает в испаритель 3. После испарения за счет подвода , тепла от охлаждаемой среды влажный пар хладагента вновь поступает в отделитель жидкости, где происходит его разделение на сухой пар, кото­ рый идет по трубе 4 к компрессору, и кипящую жидкость, вновь возвращающуюся в испаритель. В такой системе с помощью по­ плавкового регулирующего вентиля 5 поддерживается постояи-

F4ic. 15. Схема испарителя:

а—затопленного: б— незатопленного

ный уровень заполнения испарителя. Достоинствами испарите­ лей данного типа являются наиболее эффективное использо­ вание поверхности теплообмена, сравнительно простое регули­ рование, сводящееся к поддержанию постоянного уровня хлад­ агента. Недостатками аппарата являются: возможность полу­ чения только сухого пара и необходимость установки еще одного теплообменника, если нужен перегрев пара; наличие в контуре холодильной установки большого количества хладагента, обес­ печивающего заполнение испарителя; влияние гидростатического давления хладагента на режим работы аппарата (в нижней части такого испарителя давление больше, чем в верхней, а это значит, что температура кипения хладагента внизу больше, чем вверху).

В незатопленном испарителе с принудительной циркуляцией хладагента (рис. 15, б) жидкий хладагент после отделителя жидкости 2 насосом 6 подается в испаритель 3, где он проте­ кает по трубам сверху вниз и заполняет 10—20% их сечения.

При такой схеме количество хладагента, необходимого для заполнения испарителя, уменьшается в пять — десять раз. Опы­

43

ты 16] показывают, что коэффициент теплопередачи в этом слу­ чае уменьшается незначительно. Несмотря на то что жидкость заполняет лишь небольшую часть сечения трубы, ее количество в несколько раз превышает массу испаряющегося хладагента, и неиспарившийся хладагент по трубе 7 вновь попадает в отде­ литель жидкости. Образовавшийся пар из отделителя жидкости поступает по трубе 4 в компрессор. В этих аппаратах по трубам движется не парожпдкостная эмульсия, а паровая и жидкая фазы отдельно, поэтому опасность уноса жидкости в компрес­ сор, а значит, и влажного хода последнего практически исклю­ чается. Преимуществом этой системы является также устране­ ние влияния гидростатического давления хладагента па работу испарителя.

Р с г у л и р у ю щ и й ( д р о с с е л ь н ы й ) в е и т и л ь. Регул п- рующнй вентиль или так называемое регулирующее устройство (в малых холодильных установках вместо вентиля часто уста­ навливают дросселирующий элемент постоянного сопротивле­ ния— капиллярную трубку) предназначено для дросселирова­ ния хладагента п для регулирования подачи его в испаритель. Рассмотрим конструкции и характеристики регулирующего вен­ тиля, так как в крупных холодильных установках, используе­ мых при кондиционировании воздуха в шахтах, капиллярные трубки не применяются.

В зависимости от того, какая величина, характеризующая работу испарителя, поддерживается постоянной за счет изме­ нения положения запорного устройства, регулирующие вентили подразделяют на поплавковые, постоянного давления и терморегулирующне.

Поплавковые регулирующие вентили (рис. 16, а) предиаз начены для поддержания постоянного уровня .жидкого хладаген­ та в испарителе или сосуде, связанном с испарителем. Вентиль имеет камеру /, в которой находится поплавок 2. Камера со­ единена с сосудом, где регулируется уровень жидкости. Попла­ вок связан с дроссельным устройством- 3, через которое хлад­ агент поступает в испаритель. Если уровень жидкого хладагента в испарителе почему-либо изменился (например, вследствие изменения тепловой нагрузки), то меняется соответственно и уровень жидкости в камере, что приводит к перемещению по­ плавка и связанного с ним подвижного элемента дросселя. При снижении регулируемого уровня сопротивление дросселя умень­ шается, а подача хладагента в испаритель увеличивается; при повышении уровня жидкости сопротивление дросселя увеличи­ вается, а подача хладагента в испаритель уменьшается.

Обычно регуляторы такого типа устанавливают у испари­ телей, но могут быть применены и для регулирования уровня жидкого хладагента в конденсаторе установки. Поплавковые ре­ гуляторы уровня применяются только в установках с затоплен­ ным испарителем.

44

Регулирующий вентиль постоянного давления (рис. 16, б) осуществляет поддержание давления в испарителе постоянным, т. е. «после себя». Силовым элементом регулирующего вентиля является мембрана 1. На мембрану действуют усилия со сторо­ ны пружины 2 и сила, определяемая давлением ри в испари­ теле. Если усилие от р„ больше упругой силы пружины, то кла­ пан 3 закрыт, и жидкость в испаритель не подается. При мень­ ших давлениях хладагента в испарителе положение клапана

Рис. 16. Схема регулирующего вентиля:

а — iiöii.naüKOuoro; 6 — постоянного давления; в — терморегулирующего

будет зависеть от его величины: чем ниже давление хладагента, тем больше проходное сечение клапана. Величина необходимого давления устанавливается с помощью регулировочного впита 4, позволяющего менять начальное сжатие пружины 2.

Регулирующие вентили постоянного давления используют обычно в холодильных установках небольшой мощности (до 30—40 квт).

В настоящее время в холодильных установках широко при­ меняются так называемые терморегулирующие вентили (рис. 16, а). При их применении сопротивление дросселирую­ щего органа зависит от перегрева пара хладагента перед ком­ прессором. В терморегулирующих вентилях в качестве чувстви­ тельного элемента может быть использована мембрана или сильфон. Чувствительный элемент 1 с помощью штока 2 соеди­ нен с клапаном 3, осуществляющим дросселирование потока хладагента. К. трубе, по которой пары хладагента поступают из испарителя 4 к компрессору, прижимается термочувствительный элемент (патрон) 5, заполненный обычно насыщенным паром

4 5

хладагента. Патрон капиллярной трубкой 6 соединен с поло­ стью над чувствительным элементом (мембраной) вентиля. Та­ ким образом, на Мембрану действуют: снизу — давление насы­ щения хладагента при температуре в испарителе, сверху — давление насыщения хладагента при температуре перегретого пара перед компрессором. Если из испарителя выходит насы­ щенный пар, то давление сверху и-снизу мембраны будет одина­ ковым и под действием пружины 7 клапан будет закрыт. По> мере перегрева пара в испарителе давление рп, действующее^ на мембрану, будет увеличиваться и в определенный момент (при определенной температуре перегрева) клапан откроется. В дальнейшем положение клапана будет определяться пере­ гревом пара в испарителе.

В некоторых случаях термочувствительный элемент запол­ няют не хладагентом, используемым в данной холодильной; установке, а другим веществом, имеющим необходимые значе­ ния давления насыщения. Это делают, например, в аммиачных холодильных установках, чтобы уменьшить коррозию капилляр­ ной трубки, патрона и мембраны, их заполняют менее корро­ зионно-активным веществом — фреоном-22.

Терморегулирующие вентили применяют обычно при незатопленных испарителях, но их можно применять и при затоп­ ленных испарителях.

7. Тепловой расчет конденсаторов и испарителей

При расчете существующего или проектируемого аппарата цель теплового расчета различна. В первом случае обычно оп­ ределяют тепловой поток между средами и температуры сред; во втором случае главной задачей является определение не­ обходимой поверхности теплообмена аппарата. Однако в обоих случаях наибольшие трудности возникают при определении значения коэффициента теплопередачи или обратной ему вели­ чины полного термического сопротивления аппаратов.

Рассмотрим гіроцесс передачи тепла в конденсаторах и ис­ парителях ПКХУ.

Величина теплового потока, устанавливающегося между двумя средами с различной температурой, разделенными много­ слойной цилиндрической стенкой (рис. 17), определяется 113] выражением

46

Рис. 17. Продольным разрез стенки трубы теплообменного аппарата:

а — гладкой многослойной: 6 — оребренной

Величина Дtc рассчитывается по формуле

А(с = е— ча?— . (69)

, Atmax ln --------

ДЛпіп

.Здесь Д^шах и A/min— разность температур сред в аппарате соответственно максимальная и ми­ нимальная;

е — поправочный коэффициент, учитываю­ щий влияние схемы теплообменника на среднюю разность температур.

Поправочный коэффициент, входящий в выражение (69), для противоточных и прямоточных аппаратов равен единице, при сложных схемах теплообмена он меньше единицы и может быть определен [15] по специальным графикам.

Коэффициент теплопередачи определяется соотношением

где k — коэффициент теплопередачи, вт/м2-град;

R — термическое сопротивление стенки, м2-град/вт;

F — площадь поверхности, к которой отнесен коэффициент теплопередачи, м2.

47

Отношение площади оребренной поверхности (Е,, ) к площади внутренней поверхности {Fn) называется коэффициентом ореб-

реніия.

Уравнение (74) справедливо, если температура оребренной поверхности и ее коэффициент теплоотдачи одинаковы для всех элементов. В действительности температура в различных точках ребра и коэффициент теплоотдачиразличных его элементов неодинаковы. В литературе [10, 9] приводятся более сложные формулы, позволяющие точнее вычислить коэффициенты тепло­ отдачи оребренных поверхностей, однако они основаны также на ряде допущений и результаты, получаемые при их исполь­ зовании, часто расходятся с данными экспериментов.

Ознакомившись с общими принципами расчета теплообмена в аппаратах ПКХУ, рассмотрим вопросы теплового расчета конденсаторов этих установок. При расчетах конденсаторов кожухотрубного или кожухозмеевикового типа с гладкими труб­ ками коэффициент теплопередачи определяется по формулам, аналогичным (71) или (73). Слоями цилиндрической поверх­ ности, разделяющей хладагент и охлаждающую среду (воду), являются отложения на внутренней и наружной поверхности

заключается в правильном определении коэффициентов тепло­ отдачи ц2 и особенно а,.

При определении коэффициента теплоотдачи от конденси­ рующегося пара к стенкам трубы используется обычно фор­ мула Нуссельта [13].

При движении конденсирующегося пара снаружи пучка го­ ризонтальных труб, по которым течет охлаждающая жидкость, коэффициент теплоотдачи [13, 7]

4 9 -