Файл: Шемаханов, М. М. Основы термодинамики и кондиционирования рудничной атмосферы учебник.pdf

В настоящее время для кондиционирования воздуха на шахтах аммиачные холодильные компрессоры почти не применяются. Так, выпускаемые ранее московским заводом «Компрессор» аммиачные холодильные установки 4АГ и АО-1200 холодопроизводительностью 10-106 и 1,2 -106 ккал/ч на шахтах Донбасса широкого при­ менения не нашли из-за отсутствия приборов по контролю утечек аммиака.

При работе с аммиачными холодильными установками необхо­ димо тщательное выполнение требований техники безопасности, непрерывный контроль содержания аммиака в холодоносителе, технологической воде и охлаждаемом воздухе. Холодильные уста­ новки должны быть снабжены контрольно-измерительными прибо­ рами и автоматической защитой.

Следует отметить, что в практике проходки шахт способом замораживания аммиачные холодильные установки находят при­ менение.

В передвижных установках кондиционирования применяют фреоновые поршневые компрессоры, а в шахтных станционарных холодильных установках — фреоновые центробежные турбоком­ прессоры. Теоретический процесс сжатия холодильного агента в турбокомпрессоре, как и в поршневом компрессоре, принимается адиабатным. Однако в действительности этот процесс является политропным, причем показатель политропы п больше показателя адиабаты для данного рабочего тела.

Турбокомпрессоры имеют ряд преимуществ перед поршневыми

компрессорах нет клапанов, создающих сопротивление холодиль­ ному агенту при прохождении через их сечения, лучше уравнове­ шены, позволяют работать на очень высоких скоростях вращения вала (6000—8000 об/мин), в них не замасливается холодильный агент. Конструкция трубокомпрессора удобна для осуществления автоматического регулирования и схем многоступенчатого сжатия. Наличие торцового сальника уплотнения вращающегося вала и возможность встраивания электродвигателя в корпус машины определяют долговечность и надежность турбокомпрессоров не­ смотря на очень высокие скорости вращения вала. В Советском Союзе выпускаются крупные турбокомпрессоры холодопроизводительностью 2—4 млн. ккал/ч, двух- и трехколесные с приво­ дом от синхронного высоковольтного электродвигателя через по­ вышающий редуктор. Пуск компрессора ручной, регулировка и остановка автоматизированы. На шахтах Украины применяют компрессоры холодильных установок ХТМ-2-1-4000 (цифра 2 озна­ чает число колес) и ШХТМ-1300.

На рис. 103 показана принципиальная схема фреоновой холо­ дильной турбокомпрессорной установки ХТМ-2-1-4000.

Турбокомпрессор отсасывает пары фреона из испарителя, где жидкий фреон кипит, превращаясь в пар и отнимая тепло от

184

Величина коэффициента теплопередачи существенно зависит от коэффициента теплоотдачи щ от пара к стенке и аг от внешней поверхности стенки к окружающей среде. Большое значение имеет пленка конденсата на поверхности. Необходимо также, чтобы конденсат быстро отводился с теплоотдающей поверхности, что обу­ словливает высокие значения коэффициента теплоотдачи ai со стороны холодильного агента. В конденсаторе не должен накапли­ ваться воздух и другие неконденсирующиеся газы, так как, обво­ лакивая теплопередающую поверхность, вследствие малого зна­ чения коэффициента теплопроводности их, они снижают коэффи­ циент теплопередачи и увеличивают температуру отводимого кон­ денсата. Коэффициент теплопередачи снижают также загрязнения на стенках труб. Масло, '.проникающее с парами из компрессора в конденсатор, загрязняет теплопередающую поверхность и сни­ жает интенсивность теплопередачи. Отложения накипи (из охлаж­ дающей воды) и при воздушном охлаждении пыль, копоть, ржав­ чина и другие загрязнения на поверхности конденсатора тоже отрицательно влияют на теплопередачу. Конструкция конденса­ тора должна быть удобной для удаления загрязнений.

186

Охлаждение водой значительно интенсивней, чем воздухом, причем тем интенсивней, чем больше скорость движения. Скорость воды в конденсаторах целесообразно поддерживать в пределах 1,0— 1,5 м/с, а воздуха — не ниже 2—3 м/с.

Конденсаторы аммиачных холодильных машин применяются различных типов: кожухотрубные (вертикальные и горизонталь­ ные), элементные, оросительные с промежуточным отводом жид­

кого аммиака и испарительные. Наиболее распространенным типом является кожухотрубный конденсатор. На рис. 104 показан гори­ зонтальный аммиачный кожухотрубный конденсатор. В одной из крышек конденсатора имеются отверстия для входа и выхода воды. Охлаждающая вода подается во внутренние трубы через нижние отверстия в крышке. Вода совершает несколько ходов по трубам в разных направлениях и подогревается теплом от холодильного агента и выходит через верхнее отверстие. Парообразный холо­ дильный агент из компрессора поступает в межтрубное простран­ ство через патрубок, расположенный в верхней части кожуха. При соприкосновении с холодильными трубами он конденсируется и стекает в нижнюю часть междутрубного пространства конденса­ тора, откуда отводится в ресивер или к регулировочному вен­ тилю. Масло, проникающее в конденсатор, как более тяжелое и малорастворимое в аммиаке осаждается в маслоотстойнике, его периодически удаляют. Коэффициент теплоотдачи щ со стороны аммиака составляет 7000—8500 ккал/(м2 •°С •ч ). Однако при го­ ризонтальном расположении трудно образующийся в верхних трубках конденсат стекает на расположенные ниже трубы, что несколько снижает интенсивность работы нижней части конден­ сатора. Удельная тепловая нагрузка таких конденсаторов 4000—- 4500 ккал/(м2-ч) при разности температур воды и аммиака около 5° С. Элементный конденсатор представляет собой несколько оди­ наковых элементов кожухотрубных конденсаторов с небольшим

187

который охлаждается водой, орошающей внешнюю поверхность змеевика. Вода подается с помощью насоса 4 через форсунки 5. Воздух, поступающий через отверстия в кожухе 1, забирает тепло­ ту конденсации с испарившейся водой и отводится вентилятором 7. Взамен испарившейся в окружающую среду воды в бак 3 вво­

стальными трубами, но медь имеет лучший коэффициент тепло­ передачи, облегчает накатку ребер и чистоту системы. В таких конденсаторах допускается большая разность температур между холодильным агентом и водой (до 7— 10° вместо 5—6° в аммиач­

Переохладители

Теплообменные аппараты, предназначенные для охлаждения холодильного агента ниже температуры конденсации и, следова­ тельно, повышения холодопроизводительности холодильной маши­ ны, называются переохладителями. Обычно переохладитель пред­ ставляет собой противоточный двухтрубный теплообменник. Охлаждающая вода проходит по внутренним трубам, а жидкий хладоагент протекает в межтрубное пространство. Внутренние трубы аммиачного переохладителя имеют диаметр 38 мм и тол­ щину стенки 3,4 мм, а наружные — соответственно 57 и 3,5 мм.

188

верхности испарителя (гладкой) составляет 5000—6000 ккал/(м2Х Хч) при температурном напоре 5—6°С и скорости 1,5 м/с.

Рассольные батареи — плоские змеевики из гладких или реб­ ристых труб, предназначенные для охлаждения воздуха холодиль­ ным рассолом. Рассольные батареи бывают пристенными, потолоч­ ными, одно- и двухрядными.

Воздухоохладител и

Для шахтных установок кондиционирования применяют воз­ духоохладители, в которых охлаждается и обрабатывается венти­ ляционный воздух. Вентилятор прогоняет обрабатываемый воздух через воздухоохладитель. Искусственная циркуляция должна обес­ печить температурно-влажностный режим воздуха. Воздухоохла­ дители разделяются на сухие и мокрые. В сухих охладителях воздух охлаждается при соприкосновении с холодными трубами (гладкими или оребренными). Внутри труб пропускают рассол или воду, а в воздухоохладителях непосредственного охлаждения и хладоагент.

Мокрыми, или оросительными, и форсуночными охладителями называются такие, в которых теплообмен происходит путем непо­ средственного соприкосновения (контакта) воздуха с охлаждаю­ щей средой (водой или рассолом). В смешанных воздухоохлади­ телях воздух охлаждается рассолом или водой, орошающей труб­ чатые змеевики непосредственного испарения, расположенные в самом воздухоохладителе.

Тепло, отнимаемое от воздуха, передается охлаждающей воде через поверхность змеевика (труб) и путем непосредственного контакта с пленкой воды, стекающей по наружной поверхности змеевиков. Сухие воздухоохладители изготовляют из гладких и оребренных труб. Оребрение позволяет получить более компактный аппарат, с более высоким теплосъемом на единицу длины трубы, меньшим весом и меньшей стоимостью. Такие воздухоохладители могут быть установлены в шахте на более глубоком горизонте, чем холодильная машина. Охлаждающая среда (вода) циркулирует в замкнутой системе, и подача ее на более высокий горизонт не требует большого дополнительного расхода электроэнергии. При установке сухого воздухоохладителя рядом с холодильной маши­ ной его можно сочетать с испарителем, т. е. применить воздухо­ охладитель непосредственного испарения. В этом случае исклю­ чается установка циркуляционного насоса холодоносителя.

Фреоновые сухие воздухоохладители состоят из горизонталь­ ных змеевиков, уложенных в металлический кожух. Внутри зме­ евиков циркулирует фреон. В пространство между кожухом и змеевиком подается воздух. Змеевики выполняют из медных лу­ женых труб, оребренных алюминиевыми пластинками. Змеевики разделены на секции, в каждой из которых установлен терморегу­ лирующий вентиль, автоматически поддерживающий температуру

190