Теплообмінні апарати повинні забезпечувати інтенсивний теплообмін між середовищами, бути безпечними і надійними в експлуатації, компактними за обсягом, неметаллоемкое, зручними для монтажу, обслуговування і ремонту.
На інтенсивність теплообміну впливають площа теплопередающей поверхні, як правило, відображена в марці апарату; різницю температур між середовищами; характеристика матеріалу; форма, колір і шорсткість поверхні; ступінь забрудненості теплообмінної поверхні; швидкість руху середовищ, що беруть участь в теплообміні; теплофізичні властивості середовищ, що беруть участь в теплообміні (здатність середовища віддавати або поглинати теплоту).
Рівняння теплового потоку Q виражається наступною залежністю, Вт: Q = FΘmk, де F - площа поверхні теплообміну, м²; Θm - середній температурний напір між середовищами, К; k - коефіцієнт теплопередачі апарата,
Вт / (м² · К).
Твір Θmk називається щільністю теплового потоку, т. Е. Кількістю теплоти, що відводиться через 1 м² площі поверхні апарату і позначається qF, Вт / м², тоді Q = FqF, звідки F = Q / qF.
Остання залежність є основною для розрахунку і підбору теплообмінних апаратів для холодильних установок.
Апарати, що входять до складу агрегатів, підібрані відповідно до продуктивності компресорів.
При використанні неагрегатірованного обладнання або заміни в ході модернізації на апарат іншого типу проводиться його розрахунок за вищенаведеними формулами і підбір.
Для існуючого випускається серійно значення характеристик k, Θm і qF є відомими довідковими даними.
4.1.1. конденсатори
Застосовуються горизонтальні і вертикальні кожухотрубні (рідше кожухозмеевіковие) зрошувальні, випарні і повітряні конденсатори. Теплотехнічні характеристики їх наведені в табл. 26.
Горизонтальні кожухотрубні конденсатори. У торцевих решітках аміачних конденсаторів развальцовани сталеві суцільнотягнені труби діаметром 25X2,5 мм, по яких циркулює вода, роблячи від 2 до 8 ходів за рахунок встановлених в кришках перегородок.
При виготовленні конденсаторів для рівномірного розподілу пари виключають кілька труб у верхній частині апарату або встановлюють на ньому колектор з декількома вводами. У міжтрубномупросторі встановлюються підтримують перегородки, а в деяких типах апаратів - похилі площини - конденсатовідвідники, що перешкоджають стіканню рідини на нижні пучки труб. При відсутності нижніх пучків труб нижню частину кожуха використовують в якості ресивера або видаляють рідину в лінійний ресивер з верхньої частини маслоотстойніка. Характеристики аміачних конденсаторів приведені в табл. 27.
У хладонових конденсаторах застосовують мідні труби діаметром 20X3 і 16X2 мм з торованими ребрами. Коефіцієнт оребрення становить відповідно 3,64 і 3,99. Характеристики хладонових конденсаторів представлені в табл. 28.
Горизонтальні кожухотрубні конденсатори повинні охолоджуватися чистою водою, що пройшла магнітну обробку. Для захисту від корозії застосовуються протектори: для аміачних конденсаторів - цинкові; для хладонових - цинкові, кадмієві або сталеві.
Щоб уникнути замерзання води в апаратах в зимовий час їх доцільно встановлювати в приміщенні.
Вертикальні кожухотрубні конденсатори. Пар аміаку підводиться до верхньої частини кожуха і конденсується на зовнішній поверхні труб діаметром 57X3,5 мм, развальцованних в трубних решітках (рис. 39). Сконденсований аміак зливається з нижньої частини кожуха в лінійний ресивер. Вода з відкритого бака над апаратом гвинтоподібно стікає по трубах за рахунок направляючих насадок.
З метою зменшення габаритів конденсатора і його металоємності зовнішню поверхню труб оребряют поздовжніми ребрами. Забруднення вертикальних конденсаторів відбувається значно повільніше, ніж горизонтальних. Направляючі насадки легко очищаються, тому для охолодження цих конденсаторів може використовуватися забруднена вода. Апарати розміщуються поза приміщенням, займаючи незначну площу.
Характеристики конденсаторів представлені в табл. 29.
Конденсатори з водоповітряних охолодженням. Застосовується два види водоповітряних конденсаторів: випарні і зрошувальні. Останні внаслідок громіздкості і високою корозії зняті з виробництва.
Випарні конденсатори застосовують в зонах з сухим і спекотним кліматом. Вони дозволяють отримувати достатньо низькі температури конденсації при високих температурах навколишнього повітря. При цьому використовується мінімальна витрата води.
У нашій країні найбільшого поширення набули вітчизняні апарати ІК і випарні конденсатори виробництва ВНР, характеристики яких наведені в табл. 30.
Схема роботи випарного конденсатора типу TVKA представлена на рис. 40. Повітря нагнітається вентиляторами в нижню частину апарата, омиває змійовики конденсатора і, пройшовши через каплеотбойний шар, обдуває фор-конденсатор і виходить назовні. Вода з піддону, обору-
довай переливним і підживлювальних пристроїв, засмоктується насосом через фільтр і подається на форсунки для зрошення змієвикових секцій конденсатора.
Перегріта пара аміаку надходить у форконденсатор, охолоджується повітрям і направляється в секції конденсатора. Конденсація аміаку здійснюється за рахунок відведення теплоти від пари Потоком води яка передає її повітрю в процесі випаровування.
Витрата свіжої води в випарному конденсаторі визначається частковим її випаровуванням, винесенням і необхідністю заміни води в піддоні (не рідше ніж через кожні 6 міс, а при значній жорсткості підживлювальної води - частіше). Кількість циркулюючої води становить 0,06-0,1 м³ на 1 м² зрошуваною поверхні; обсяг повітря, що продувається - 120-200 м³ / год на 1000 Вт теплового потоку.
Апарати знаходять широке застосування внаслідок можливості їх використання з подачею і без подачі води при включених і виключених вентиляторах.
Це дає можливість регулювати температуру конденсації в широких межах, економити воду і електроенергію.
У вітчизняних випарних конденсаторах типу ІК і деяких апаратах виробництва ВНР між форконденсатором і секціями конденсатора встановлюється маслоотделитель. При охолодженні пара аміаку в форконденсаторе відбувається часткова конденсація масла, якого віднесло з компресора в пароподібному стані. Крапельне масло відділяється від пара.
Недоліки випарних конденсаторів: засмічення форсунок роздачі води, освіту водяного каменю на тешюпередающіх поверхнях і вихід з ладу електродвигунів вентиляторів.
Апарати встановлюють на майданчиках над лінійними ресиверами поза приміщенням, поблизу компресорного цеху.
Повітряні конденсатори. Розрізняють повітряні конденсатори для домашніх холодильників, малих холодильних установок, а також середніх і великих.
Для домашніх холодильників застосовують апарати, в яких теплота конденсації відводиться природною конвекцією. Останнім часом найбільшого поширення знаходять проволочно-трубні конденсатори (рис. 41). До поверхні сталевого обмідненого змійовика з труби діаметром 6 × 1 мм приварені сталеві дроту діаметром 1,5 мм з кроком 5-8 мм.
У малих холодильних установках застосовуються секційні конденсатори з горизонтальних мідних труб діаметром 14 × 1 мм з насадженими на них просічно алюмінієвими ребрами товщиною 0,5 мм з кроком 3,1 мм. На рис. 42 показаний конденсатор від агрегату типу ФАК-0,7.
Повітряні конденсатори для середніх і великих холодильних установок виготовляються на базі біметалевих труб. На внутрішню сталеву трубу діаметром 25 × 2 мм насаджена обребрена труба діаметром 38 × 8 мм з алюмінієвого сплаву АД1-М. Кінці труб розвальцьовуються в трубних решітках прямокутної форми, які закриті кришками. В результаті утворюється трубна секція. Такі секції встановлюються на апараті горизонтально або зигзагоподібно.
Повітряні конденсатори випускаються трьох типів: повітряні малопоточной (АВМ); повітряні горизонтальні (АВГ); повітряні звивисті (АПЗ).
Характеристики апаратів наведені в табл. 31.
Конденсатори типу ABM і АВГ аналогічні по конструкції і відрізняються тільки довжиною труб. Конденсатор типу АВЗ передбачає зигзагообразное розміщення секцій (рис. 43).
4.1.2. Випарники
Розрізняють відкриті і закриті випарники.
У испарителях з відкритою циркуляцією хладоносителя випарні секції занурені в бак з хладоносителем, циркуляція якого здійснюється мішалкою. В результаті постійного насичення хладоносителя киснем з повітря система схильна до швидкої корозії.
Перевага віддається випарників закритого типу. В цьому випадку хладоноситель циркулює в Кожухотрубний випарник за рахунок напору, що створюється насосом.
За способом заповнення холодоагентом розрізняють затоплені випарники, в яких киплячий холодоагент, заповнюючи порожнину апарату, має чітко визначається рівень, і незатоплений - з кипінням холодоагенту в трубному просторі. Теплотехнічні характеристики різних типів випарників представлені в табл. 32.
Панельні випарники. Апарати складаються з сталевого бака, в якому розміщуються панельні випарні секції і мішалка для циркуляції холодоносія. Секції об'єднані рідинним і паровим колекторами.
Перевагами панельних випарників є їх простота виготовлення, невелика витрата безшовних труб, мала амміакоемкость, доступність хладоносителя для спостереження і контролю, відсутність небезпеки руйнування апарату при замерзанні хладоносителя. При використанні в якості холодоносія крижаної води, наприклад на молочних холодильних установках, можливе використання панельного випарника як акумулятори холоду за рахунок намораживания льоду на панелях. До складу панельних випарників входять отделители рідини. Встановлюються панельні випарники в приміщенні або на вулиці.
З метою збільшення ефективності серійних апаратів
можна збільшити висоту перегородки, що забезпечує два ходи хладоносителя в баку, так як при перетікання хладоносителя через перегородку порушується його нормальна циркуляція; подавати тепле хладоноситель в бак у напрямку його циркуляції, приварив до зливного трубопроводу відведення.
Характеристики панельних випарників дані в табл. 33.
Кожухотрубні випарники затопленого типу. У трубних решітках апаратів закріплені труби: сталеві діаметром 25 × 2,5 мм - в аміачних; мідні діаметром 16 × 2 мм з торованими ребрами - в хладонових.
У трубах циркулює хладоноситель. Холодоагент заповнює міжтрубний простір: аміак - на 80%; хла-дони - на 60% (внаслідок значного спінювання масла). Пар хладагента виходить з випарника через сухопарник, який забезпечує перегрів пара аміаку на 3 ... 5 ° С, хладонов - на 1,5 ° С.
Рівень в аміачних апаратах підтримують за допомогою поплавкових реле рівня (ПРУ-5), в хладонових застосовуються теплорегулюючі вентилі (ТРВ).
Встановлюються закриті випарники в приміщенні.
Характеристики затоплених ісларітелей представлені в табл. 34 і 35.
Випарники з кипінням холодоагенту всередині труб. Являють собою мідні труби діаметром 20X1,5 мм з запресованими в них восьми- або десятиканальний сердечниками, закріплені в трубних решітках (рис. 44).
У міжтрубномупросторі встановлені поперечні перегородки, що дозволяє збільшити швидкість руху холодоносія і поперечне омивання труб.
Хладон подається в нижні пучки труб через ТРВ і робить в апараті два ходи. На виході повинен бути перегрів хладагента 2 ... 3 ° С.
Перевагами таких апаратів є мала місткість по холодоагенту і можливість отримання низьких температур холодоносія. Немає небезпеки розриву труб при замерзанні хладоносителя.
Застосовуються для охолодження води до 1 ... 2 ° С.
Характеристики апаратів дані в табл. 36.
4.1.3. камерні прилади
Як камерних приладів застосовуються стельові, пристінні і радіаційні батареї, а також навісні та постаментние повітроохолоджувачі.
Стельові і пристінні батареї. Виготовляються колекторні і змієвикові зі стандартних секцій (див. Розділ 2) або з труб і фасонних деталей. Вони можуть бути оребренними і гладкотрубний. Радіаційні батареї складаються з панельних секцій, якими комплектуються панельні випарники. Вони знаходять застосування переважно в остивочние камерах м'ясокомбінатів.
Повітроохолоджувачі. За способом охолодження повітряного середовища діляться на поверхневі (сухі) і контактні (мокрі). Останні в даний час знаходять обмежене застосування через значну корозії і постійного падіння концентрації хладоносителя. Переважно застосовуються сухі охолоджувачі повітря (рис. 45).
У аміачних холодильних установках використовуються навісні і постаментние повітроохолоджувачі з діаметром труб 25X2,5 мм, в хладонових - навісні з діаметром труб 16X0,8 мм (табл. 37). Крок ребер змінний, зменшується по ходу руху повітря через апарат. Передбачена верхня подача холодоагенту для насосно-циркуляційних схем і нижня - для безнасосной.
Відтавання снігової шуби повітроохолоджувачів проводиться гарячою парою холодильного агента, зрошенням водою і електрообігрівом. Перевага віддається першим способом, при якому з апарату паралельно відтавання видаляється і масло.
Останнім часом широке застосування знаходять угорські повітроохолоджувачі типів X і. MX (табл. 38).
4.1.4. Пристрої для охолодження оборотної води
Вартість охолоджуючої води - одна з основних експлуатаційних витрат. Скоротити витрати на охолоджуючу воду дозволяє застосування оборотного водопостачання.
Вода охолоджується в бризкальних басейнах, відкритих і вентиляційних градирнях за рахунок часткового її випаровування. Після цього вона подається на охолодження конденсаторів, маслоохладителей гвинтових агрегатів і сорочок поршневих компресорів.
Бризкальні басейни (рис. 46) працюють за принципом фонтанів. Відкриті градирні обгороджені жалюзійними ґратами, вода в них розбризкується форсунками з висоти 2-4 м. Ефективність в градирнях вище, ніж в бризкальних басейнах, за рахунок більш тривалого контакту води з повітрям.
Найбільшого поширення набули плівкові вентиляторні градирні, в яких повітря вентилятором продувається або просасивается через зрошувані водою насадки з дерева або пластмас за принципом протитечії (рис. 47 і 48).
Під градирнею влаштовується водозбірний резервуар.
Вентиляторні градирні випускаються з нижнім і верхнім розташуванням вентиляторів, причому нижнє розташування краще з точки зору довговічності електродвигунів вентиляторів. Габарити вентиляторної градирні значно менше, ніж відкритою.
Недоліком плівкових вентиляторних градирень є можливість обвалення щитів насадки під вагою льоду в холодну пору року, тому при підключенні градирні слід передбачити варіант перемикання подачі води в холодну пору року в піддон градирні, минаючи верхню роздачу.
Характеристики вентиляторних градирень, виконаних за проектами ВНІКТІхолодпрома і «Союзводоканалпроект», представлені в табл. 39, характеристики градирень виробництва ВНР - в табл. 40.
Градирні можуть розміщуватися поза приміщеннями, на дахах будівель, а також всередині приміщень, в цьому випадку йде з градирні повітря необхідно виводити назовні.
Для всіх апаратів охолодження оборотної води повинна бути організована підживлення свіжої води з розрахунку 2-4% від кількості циркулюючої. Підживлення доцільно проводити в піддон апарату, автоматизуючи цей процес за рівнем в піддоні за допомогою поплавкового пристрою. Періодично необхідно здійснювати повну заміну оборотної води на свіжу для видалення накопичуються солей.
