В испарителе происходит процесс перехода хладагента из жидкого фазового состояния в газообразное с одним и тем же давлением, давление внутри испарителя везде одинаковое. В процессе перехода вещества из жидкого в газообразное (его выкипание) в испарителе – испаритель поглощает тепло в отличие от конденсатора, который выделяет тепло в окружающую среду. т.о. посредством двух теплообменников происходит процесс теплообмена между двумя веществами: охлаждаемым веществом, которое находится вокруг испарителя и наружным воздухом, который находится вокруг конденсатора.

Схема движения жидкого фреона

Соленоидный клапан – перекрывает или открывает подачу хладагента в испаритель, всегда либо полностью открыт либо полностью закрыт (может и отсутствовать в системе)

Терморегулирующий вентиль (ТРВ) – это точный прибор, регулирующий подачу хладагента в испаритель в зависимости от интенсивности кипения хладагента в испарителе. Он препятствует попаданию жидкого хладагента в компрессор.

Жидкий фреон поступает на ТРВ, через мембрану в ТРВ происходит дросселирование хладагента (фреон распыляется) и начинает кипеть из-за перепада давления, постепенно капли превращаются в газ, на всем участке трубопровода испарителя. Начиная с дросселирующего устройства ТРВ, давление остаётся постоянным. Фреон продолжает кипеть и на определенном участке испарителя полностью превращается в газ и дальше, проходя по испарителю газ, начинает нагреваться воздухом, который находится в камере.

Если, например, температура кипения фреона -10 °С, температура в камере +2 °С, фреон превратившись в газ в испарителе начинает нагреваться и на выходе из испарителя его температура должна быть равной -3, -4 °С, таким образом Δt (разница между температурой кипения хладагента и температурой газа на выходе испарителя) должна быть = 7-8, это режим нормальной работы системы. При данной Δt мы будем знать, что на выходе из испарителя не будет частиц не выкипевшего фреона (их не должно быть), если кипение будет происходить в трубе, то значит не вся мощность используется для охлаждения вещества. Труба теплоизолируется, чтобы фреон не нагревался до температуры окружающей среды, т.к. газом хладагента охлаждается статор компрессора. Если все же происходит попадание жидкого фреона в трубу, то значит, доза подачи его в систему слишком большая, либо испаритель поставлен слабый (короткий).

Если Δt меньше 7, то испаритель заливается фреоном, он не успевает выкипеть и система работает неправильно, компрессор также заливается жидким фреоном и выходит из строя. В большую сторону перегрев не так опасен, чем перегрев в меньшую сторону, при Δt ˃ 7 может произойти перегрев статора компрессора, но небольшой избыток перегрева может никак не почувствоваться компрессором и при работе он предпочтительней.

С помощью вентиляторов, которые находятся в воздухоохладителе, происходит съем холода с испарителя. Если бы этого не происходило, то трубки покрывались льдом и при этом хладагент достигал бы температуры своего насыщения, при которой он перестаёт кипеть, и далее даже независимо от перепада давления в испаритель бы попадал фреон жидкий не испаряясь, заливая компрессор.

Агрегаты, имеющие опорные стойки, проверяются на горизонтальность и крепятся фундаментными болтами, после чего производится обвязка агрегата трубопроводами, контрольная проверка соосности валов, монтаж силовых кабелей, электроаппаратуры и приборов автоматики. Монтаж заканчивается индивидуальными испытаниями вхолостую и под нагрузкой.

К монтажу испарителя приступают в разобранном виде: бак, панели, коллекторы, мешалки, отделитель жидкости. Бак проверяется на герметичность, панели проверяются на вертикальность, коллекторы на горизонтальность. Делается пробный пуск мешалки. Затем монтируется на отдельной площадке отделитель жидкости. Бак снаружи теплоизолируется, собранный испаритель подвергается индивидуальному испытанию.

Монтаж батарей и воздухоохладителей

Воздухоохладитель(в/о)

Для крепления подвесных в/ов процессе строительства между плитами покрытия или перекрытия предусматриваются металлические закладные детали. Но поскольку расположение воздухоохладителей может не совпадать с закладными деталями дополнительно предусматривается специальная металлоконструкция.

Заканчивается монтаж индивидуальными испытаниями в/о, которые включают обкатку вентилятора и при необходимости проверку на прочность и плотность трубного пространства. Постаментныев/о могут устанавливаться либо на опоры фундамента, либо при размещении на антресолях на металлические опоры. Монтаж включает установку в проектное положение, выверку, закрепление, подводку трубопроводов х/а, прокладку дренажноготрубопровода, подводку электрических кабелей.

Батарея

Могут быть потолочные,пристенные. Для крепления потолочных батарей используют закладные детали. Батареи составляются из секций и могут быть коллекторные и змеевиковые.Испытываю на плотность и прочность со всей системой.

Монтаж агрегатированного оборудования

Перед монтажом проверяется готовность помещения,фундаменты, комплектность и состояние оборудования, наличие технической документации. Агрегаты могут размещаться либо в одном помещении, машинном отделении, либо рассредотачиваться по подсобным помещениям. В последнем случае на 1м 3 помещения должно быть не более 0,35кг(напр.R22). Помещение должно быть оборудовано системой вентиляции. Запрещается устанавливать агрегаты на лестничных площадках, под лестницами, в коридорах, в вестибюлях, в фойе.

В машинном отделении нужно соблюдать следующее:

1. Ширина главного прохода не менее 1,2 м;

2. Между выступающими частями оборудования не меньше 1 м;

3. Расстояние между агрегатом и стеной не меньше 0,8 м.

Щиты с арматурой размещаются на стене возле агрегата.

Трубопроводы прокладываются с уклоном обеспечивающий возврат масла в картер компрессора.Термо-регулирующий вентиль устанавливаются капиллярной трубкой вверх.

Компрессорно-конденсаторные агрегаты поступают с завода заполненными х/а, поэтому перед испытанием системы на плотность и прочность они отключаются.

Монтаж трубопроводов

При прокладке трубопроводов в стене устанавливается гильза, диаметром на 100-200 мм больше диаметра трубопроводов.

В зависимости от среды и условий работы трубопроводы подразделяются на: А-высокотоксичные; Б-пожаровзрывоопасные; В-все остальные.

В зависимости от категорий к трубопроводам предъявляются различные требования в отношении: сортамента, арматуры, вида соединения, контроля качества сварного шва, условий испытаний. Напр. Для аммиачных применяют бесшовные стальные трубы, которые соединяют с фасонными участками и между собой при помощи сварки, а с оборудованием и арматурой при помощи фланцевых соединений(шип-паз, выступ-впадина). Для фреоновых ХМ используются медные трубы, которые соед. между собой при помощи пайки, а с оборудованием, арматурой при помощи соед. нипель-штуцер-накидная гайка.

Для хладоносителя и воды используются стальные сварные с продольным швом трубы. Между собой соед. при помощи резьбовых соед.

При прокладке водяных трубопроводов в земле не разрешается их пересечение с электрическими кабелями. Трубопроводы изготавливаются на основе монтажных схем и чертежей, а также спецификации труб, опор, подвесок. Чертежи содержат размеры и материал труб и арматуры, фрагменты подвязки к оборудованию, места установки опор, подвесок. В помещении разбивается трасса трубопроводов, т.е. на стенах делаются отметки, соответствующие осям трубопроводов, по этим осям размечаются места установки узлов крепления, арматуры, компенсаторов. Устанавливаются кронштейны и закладные детали для крепления и заливаются бетоном. До монтажа трубопроводов должно быть установлено все оборудование, так как монтаж трубопроводов начинают от оборудования. На неподвижные опоры поднимаются сборочные узлы и закрепляются в нескольких точках. Затем узел присоединяется к патрубку оборудования, выверяется и предварительно закрепляется. Затем к узлу присоединяется прямолинейный участок путем прихватки сваркой. Собранный участок проверяется на прямолинейность и монтажные стыки свариваются. В заключении проводится контрольная проверка и участок трубопровода в соед. закрепляют окончательно. После монтажа трубопроводы продуваются сжатым воздухом(водяные-водой) и испытываются на плотность и прочность.

Монтаж воздуховодов

В целях унификации расположения воздуховодов относительно строительных конструкций следует использовать рекомендуемые монтажные положения:

Параллельность а 1 =а 2

Расстояние до стен(колонн)

Х=100 при =(100-400)мм

Х=200 при =(400-800)мм

Х=400 при от 800 мм

Минимально допустимое расстояние от оси воздуховодов до наружной поверхности должно быть не менее 300 мм + половина Возможны варианты прокладки нескольких воздуховодов относительно горизинтальной оси.

Расстояние до наружной стенки(от осей воздуховодов)

-минимально допустимое расстояние от осей воздуховодов до поверхности потолка

При прохождении воздуховодов через строительные конструкции разъемные соед. воздуховодов следует размещать на расстоянии не менее 100мм от поверхности этих конструкций. Крепление воздуховодов выполняется на расстоянии не больше 4х метров относительно друг друга, при диаметре или размеров большей стороны воздуховода менее 400 мм, и не более 3х метров при больших диаметрах(горизонтальные неизолированные на бесфланцевых соед.), на расстоянии не более 6м при диаметре до 2000 мм (неизолированные гор. металлические воздуховоды на фланцевом соед.)

Способы соед. воздуховодов:

Фланцевое соед.;

Телескопическое соед.;

1,2 – склепываемые детали; 3 – корпус заклепки; 4 – головка стержня; 5 – концентратор напряжений; 6 – упор; 7 – цанга; 8 – стержень. Цанга 7 тянет стержень 8 влево. Упор 6 прижимает заклепку 3 к склепываемым деталям 1,2. Головка стрежня 4 развалбцовывает заклепку 3 с внутренней стороны и при определенном усилии стержень 8 отрывает ее.

Бандажное соед.;

1-бандаж

2-прокладка

3-соед. воздуховоды

Эксплуатация и сервис СКВ

После сдачи заказчику законченных монтажом систем начинается их эксплуатация. Эксплуатация СКВ – постоянное использование системы при нормальной ее работе в целях создания и поддержания заданных условий в обслуживаемых объектах. В ходе эксплуатации производят включение системы, техническое обслуживание, оформление предусмотренной документации, регистрацию в журналах рабочих параметров, а также замечания по работе. Обеспечение бесперебойной и эффективной работы СКВ осуществляют службы эксплуатации в соответствии с инструкцией по эксплуатации. Они вкл. в себя: сроки техобслуживания, профилактического осмотра, ремонтов, сроки поставки запчастей, инструктажа и материалов. СКВ также используются схемами систем, актами на скратые работы, акты на отступление от проекта, технологические паспорта на оборудование. Перед вводом в эксплуатацию СКВ проводятся их испытания и наладка. Испытания вкл. индивидуальные испытания смонтированного оборудования, пневматические испытания подсистем тепло и холодоснабжения, а также системы воздуховодов. Результаты испытаний оформляются соответствующим актом. Целью работ по наладке СКВ явл. Достижение и стабильное поддержание заданных параметров при наиболее экономичном режиме работы всех систем. При наладке рабочие параметры системы устанавливаются в соответствии с проектными и нормативными показателями. В процессе обслуживания системы проверяют тезническое состояние всего оборудования, размещение и исправность регулирующих устройств и контрольно-измерительных приборов. По результатам проверки составляют дефектную ведомость. Если установленное оборудование соответствует проекту, то проводят испытания и наладку всех систем в след. последовательности: - наладка всех функциональных блоков ЦК для вывода его на проектные параметры; - аэродинамическая регулировка системы на проектные расходы воздуха по ответвлениям; - испытание и наладка источника теплоты и холода, насосной станции; - наладка систем фанкойлов, воздухоохладителей и воздухонагревателей ЦК; - измерение и проверка параметров воздуха в помещении с нормативными.

В целях повышения безопасности эксплуатации холодильной установки рекомендуется конденсаторы, линейные ресиверы и маслоотделители (аппараты высокого давления) с большим количеством хладагента размещать снаружи машинного отделения.
Это оборудование, как и ресиверы для хранения запаса хладагента, должны быть ограждены металлическим барьером с запирающимся входом. Ресиверы должны быть защищены навесом от солнечных лучей и осадков. Аппараты и сосуды, устанавливаемые в помещении, могут размещаться в компрессорном цехе или специальном помещении аппаратной, если оно имеет отдельный выход наружу. Проход между гладкой стеной и аппаратом должен быть не менее 0,8 м, но допускается установка аппаратов у стен без проходов. Расстояние между выступающими частями аппаратов должно быть не менее 1,0 м, а если этот проход является основным - 1,5 м.
При монтаже сосудов и аппаратов на кронштейнах или консольных балках последние должны быть заделаны в капитальную стену на глубину не менее 250 мм.
Допускается установка аппаратов на колоннах с помощью хомутов. Запрещается пробивать отверстия в колоннах для крепления оборудования.
Для монтажа аппаратов и дальнейшего обслуживания конденсаторов и циркуляционных ресиверов устраиваются металлические площадки с ограждением и лестницей. При длине площадки более 6 м лестниц должно быть две.
Площадки и лестницы должны иметь поручни и закраины. Высота поручней 1 м, закраин - не менее 0,15 м. Расстояние между стойками поручней не более 2 м.
Испытания аппаратов, сосудов и систем трубопроводов на прочность и плотность производятся по окончании монтажных работ и в сроки, предусмотренные «Правилами устройства и безопасной эксплуатации аммиачных холодильных установок».

Горизонтальные цилиндрические аппараты. Кожухотрубные испарители, горизонтальные кожухотрубные конденсаторы и горизонтальные ресиверы устанавливают на бетонных фундаментах в виде отдельных тумб строго горизонтально с допустимым уклоном 0,5 мм на 1 м погонной длины в сторону маслоотстойника.
Аппараты опираются на деревянные антисептированные брусья шириной не менее 200 мм с углублением по форме корпуса (рис. 10 и 11) и прикрепляются к фундаменту стальными поясами с резиновыми прокладками.

Низкотемпературные аппараты устанавливают на брусья толщиной не менее толщины теплоизоляции, а под
поясами размещают деревянные бруски длиной 50-100 мм и высотой, равной толщине изоляции, на расстоянии 250- 300 мм друг от друга по окружности (рис. 11).
Для очистки труб конденсаторов и испарителей от загрязнений расстояние между их торцовыми крышками и стенами должно составлять 0,8 м с одной стороны и 1,5-2,0 м с другой. При установке аппаратов в помещении для замены труб конденсаторов и испарителей устраивается «ложное окно» (в стене напротив крышки аппарата). Для этого в кладке здания оставляют проем, который заполняют теплоизоляционным материалом, зашивают досками и штукатурят. При ремонте аппаратов «ложное окно» вскрывают, а по окончании ремонта восстанавливают. По окончании работ по размещению аппаратов на них монтируют приборы автоматики и контроля, запорную арматуру, предохранительные клапаны.
Полость аппарата для хладагента продувают сжатым воздухом, испытание на прочность и плотность производят со снятыми крышками. При монтаже конденсаторно-ресиверного узла горизонтальный кожухотрубный конденсатор устанавливают на площадке над линейным ресивером. Размер площадки должен обеспечивать круговое обслуживание аппарата.

Вертикальные кожухотрубные конденсаторы. Аппараты устанавливают вне помещения на массивном фундаменте с приямком для слива воды. При изготовлении фундамента в бетон закладывают болты крепления нижнего фланца аппарата. Конденсатор устанавливают подъемным краном на пакеты подкладок и клиньев. Подбивкой клиньев аппарат выставляют строго вертикально с помощью отвесов, расположенных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Для того чтобы исключить раскачивание отвесов ветром, их грузы опускают в емкость с водой или маслом. Вертикальное расположение аппарата вызвано винтообразным стеканием воды по его трубкам. Даже при незначительном наклоне аппарата вода не будет нормально омывать поверхность труб. По окончании выверки аппарата подкладки и клинья сваривают в пакеты и делают подливку фундамента.

Испарительные конденсаторы. Поставляются на монтаж в сборе и устанавливаются на площадке, размеры которой позволяют проводить круговое обслуживание этих аппаратов. ‘Высота площадки принимается с учетом размещения под ней линейных ресиверов. Для удобства обслуживания площадку оборудуют лестницей, а при верхнем расположении вентиляторов она устанавливается дополнительно между площадкой и верхней плоскостью аппарата.
После установки испарительного конденсатора к нему подключают циркуляционный насос и трубопроводы.

Наибольшее распространение находят испарительные конденсаторы типа TVKA и «Эвако» производства ВНР. Капле-отбойный слой этих аппаратов изготовлен из пластмассы, поэтому в районе установки аппаратов должны быть запрещены сварочные и другие работы с открытым пламенем. Электродвигатели вентиляторов заземляют. При установке аппарата на возвышении (например, на крыше здания) необходимо применение молниезащиты.

Панельные испарители. Поставляются в виде отдельных узлов, и их сборка производится в ходе монтажных работ.

Бак испарителя испытывается на герметичность наливом воды и устанавливается на бетонную плиту толщиной 300-400 мм (рис. 12), высота подземной части которой составляет 100-150 мм. Между фундаментом и баком укладывают деревянные антисептированные брусья либо железнодорожные шпалы и теплоизоляцию. Панельные секции устанавливают в баке строго горизонтально, по уровню. Боковые поверхности бака изолируют и штукатурят, налаживают работу мешалки.

Камерные приборы. Пристенные и потолочные батареи собирают из унифицированных секций (рис. 13) на месте монтажа.

Для аммиачных батарей используют секции из труб диаметром 38X2,5 мм, для хладоносителя - диаметром 38X3 мм. Трубы оребрены спирально навитыми ребрами из стальной ленты 1X45 мм с шагом ребер 20 и 30 мм. Характеристики секций представлены в табл. 6.

Суммарная длина шлангов батарей в насосных схемах не должна превышать 100-200 м. Установка батареи в камере производится с помощью закладных деталей, закрепленных в перекрытии при сооружении здания (рис. 14).

Шланги батарей размещают строго горизонтально по уровню.

Потолочные воздухоохладители поставляются для монтажа в сборе. Несущие конструкции аппаратов (швеллеры) соединяются со швеллерами закладных деталей. Горизонтальность установки аппаратов проверяют по гидростатическому уровню.

К месту монтажа аппаратов батареи и воздухоохладители поднимаются погрузчиками или другими грузоподъемными устройствами. Допустимый уклон шлангов не должен превышать 0,5 мм на 1 м погонной длины.

Для удаления талой воды во время оттаивания устанавливаются сливные трубы, на которых закрепляют нагревательные элементы типа ЭНГЛ-180. Нагревательный элемент представляет собой ленту из стеклонити, в основе которой находятся металлические нагревательные жилы из сплава с высоким удельным сопротивлением. Нагревательные элементы навивают на трубопровод спирально или прокладывают линейно, закрепляя на трубопроводе стеклолентой (например, лента ЛЭС-0,2Х20). На вертикальном участке сливного трубопровода нагреватели устанавливаются только спирально. При линейной прокладке нагреватели закрепляют на трубопроводе стеклолентой с шагом не более 0,5 м. После закрепления нагревателей трубопровод изолируют негорючей изоляцией и обшивают защитной металлической оболочкой. В местах значительных изгибов нагревателя (например, на фланцах) под него нужно подложить алюминиевую ленту толщиной 0,2-1,0 мм и шириной 40-80 мм во избежание местных перегревов.

По окончании установки все аппараты испытывают на прочность и плотность.

Одним из самых важных элементов для парокомпрессионной машины является . Он выполняет главный процесс холодильного цикла – отбор от охлаждаемой среды. Другие элементы холодильного контура, такие как конденсатор, расширительное устройство, компрессор и пр., только обеспечивают надежную работу испарителя, поэтому именно выбору последнего необходимо уделять должное внимание.

Из этого следует, что, подбирая оборудование для холодильной установки, необходимо начинать именно с испарителя. Многие начинающие ремонтники часто допускают типичную ошибку и начинают комплектацию установки с компрессора.

На рис. 1 представлена схема самой обычной парокомпрессионной холодильной машины. Ее цикл, заданный в координатах: давление Р и i . На рис. 1б точки 1-7 холодильного цикла, является показателем состояния холодильного агента (давления, температуры, удельного объема) и совпадает с аналогичным на рис. 1а (функции параметров состояния).

Рис. 1 – Схема и в координатах обычной парокомпрессионной машины: РУ расширительное устройство, Рk – давление конденсации, Ро – давление кипения.

Графическое изображение рис. 1б отображает состояние и функции холодильного агента, которые изменяются в зависимости от давления и энтальпии. Отрезок АВ на кривой рис. 1б характеризует хладагент в состоянии насыщенного пара. Его температура соответствует температуре начала кипения. Доля пара хладагента в составляет 100%, а перегрев близок к нулю. В правой части от кривой АВ хладагент имеет состояние (температура хладагента больше температуры кипения).

Точка В является критической для данного хладагента, поскольку отвечает той температуре, при которой вещество не может перейти в жидкое состояние, не зависимо от того, на сколько высоким будет давление. На отрезке ВС хладагент имеет состояние насыщенной жидкости, а в левой стороне – переохлажденной жидкости (температура хладагента меньше температуры кипения).

Внутри кривой АВС хладагент находится в состоянии парожидкостной смеси (доля пара в единице объема изменчива). Процесс, происходящий в испарителе (рис. 1б), отвечает отрезку 6-1 . Хладагент поступает в испаритель (точка 6) в состоянии кипящей парожидкостной смеси. При этом доля пара зависит от определенного холодильного цикла и составляет 10-30%.

На выходе из испарителя процесс кипения может не завершиться и точка 1 может не совпадать с точкой 7 . Если температура хладагента на выходе из испарителя больше температуры кипения, то получаем испаритель с перегревом. Его величина ΔТперегрев представляет собой разность температуры хладагента на выходе из испарителя (точка 1) и его температуры на линии насыщения АВ (точка 7):

ΔТперегрев=Т1 – Т7

Если точка 1 и 7 совпадают, то температура хладагента равна температуре кипения, а перегрев ΔТперегрев будет равен нулю. Таким образом, получим затопленный испаритель. Поэтому, при выборе испарителя вначале необходимо совершить выбор между затопленным испарителем и испарителем с перегревом.

Отметим, что при равных условиях затопленный испаритель более выгоден по интенсивности процесса отбора теплоты, чем с перегревом. Но следует учитывать то, что на выходе затопленного испарителя хладагент находится в состоянии насыщенного пара, а подавать влажную среду в компрессор нельзя. В противном случае возникает высокая вероятность появления гидроударов, которые будут сопровождаться механическим разрушением деталей компрессора. Получается, что если выбрать затопленный испаритель, то необходимо предусматривать дополнительную защиту компрессора от попадания в него насыщенного пара.

Если отдать предпочтение испарителю с перегревом, то не нужно заботиться о защите компрессора и попадания в него насыщенного пара. Вероятность возникновения гидравлических ударов будет возникать только в случае отклонения от требуемого показателя величины перегрева. В нормальных условиях эксплуатации холодильной установки величина перегрева ΔТперегрев должна находиться в пределах 4-7 К.

При снижении показателя перегрева ΔТперегрев , интенсивность отбора теплоты окружающей среды повышается. Но при чрезмерно низких значениях ΔТперегрев (менее 3К) возникает вероятность попадания в компрессор влажного пара, что может стать причиной появления гидравлического удара и, следовательно, повреждения механических узлов компрессора.

В обратном случае, при высоком показании ΔТперегрев (больше 10 К), это говорит о том, что в испаритель поступает недостаточное количество хладагента. Резко снижается интенсивность отбора теплоты от охлаждаемой среды и ухудшается тепловой режим компрессора.

При выборе испарителя возникает и другой вопрос, связанный с величиной температуры кипения хладагента в испарителе. Чтобы его решить вначале необходимо определить какую температуру охлаждаемой среды следует обеспечить для нормальной работы холодильной установки. Если в качестве охлаждаемой среды используется воздух, то кроме температуры на выходе из испарителя требуется учесть и влажность на выходе из испарителя. Теперь рассмотрим поведения температур охлаждаемой среды вокруг испарителя во время работы обычной холодильной установки (рис. 1а).

Чтобы не углубляться в данную тему потерями давлений на испарителе будем пренебрегать. Также будем считать, что происходящий теплообмен между хладагентом и окружающей средой осуществляется по прямоточной схеме.

На практике такую схему используют не часто, поскольку по эффективности теплообмена она уступает противоточной схеме. Но если один из теплоносителей имеет постоянную температуру, а показания перегрева невелики, то прямоток и противоток будут равнозначными. Известно, что среднее значение температурного напора не зависит от схемы движения потоков. Рассмотрение прямоточной схемы предоставит нам более наглядное представление о теплообмене, который происходит между хладагентом и охлаждаемой средой.

Для начала введем виртуальную величину L , равную длине теплообменного устройства (конденсатора или испарителя). Ее значение можно определить из следующего выражения: L=W/S , где W – соответствует внутреннему объему теплообменного устройства, в котором происходит циркуляция хладагента, м3; S – площадь поверхности теплообмена м2.

Если речь идет о холодильной машине, то равнозначная длина испарителя практически равняется длине трубки, в которой происходит процесс 6-1 . Поэтому ее наружная поверхность омывается охлаждаемой средой.

Вначале обратим внимание на испаритель, который выполняет роль воздухоохладителя. В нем процесс отбора теплоты от воздуха происходит в результате естественной конвекции или же при помощи принудительного обдува испарителя. Отметим, что в современных холодильных установках первый способ практически не используют, поскольку охлаждение воздуха путем естественной конвекции является малоэффективным.

Таким образом, будем предполагать, что воздухоохладитель оборудован вентилятором, который обеспечивает принудительный обдув испарителя воздухом и являет собой трубчато-ребристый теплообменный аппарат (рис. 2). Его схематическое изображение представлено на рис. 2б. рассмотрим основные величины, которые характеризуют процесс обдува.

Перепад температур

Перепад температур на испарителе рассчитывается следующим образом:

ΔТ=Та1- Та2 ,

где ΔТа находится в пределах от 2 до 8 К (для трубчато-ребристых испарителей с принудительным обдувом).

Другими словами, при нормальной работе холодильной установки воздух проходящий через испаритель должен охлаждаться не ниже 2 К и не выше 8 К.

Рис. 2 – Схема и температурные параметры охлаждения воздуха на воздухоохладителе:

Та1 и Та2 – температура воздуха на входе и выходе из воздухоохладителя;

• FF – температура хладагента;
• L – эквивалентная длина испарителя;
• То – температура кипения хладагента в испарителе.

Максимальный температурный напор

Максимальный температурный напор воздуха на входе в испаритель определяется следующим образом:

DTмакс=Та1 – То

Данный показатель применяется при подборе воздухоохладителей, поскольку зарубежные производители холодильной техники предоставляют значения холодопроизводительности испарителей Qисп в зависимости от величины DTмакс . Рассмотрим метод подбора воздухоохладителя холодильной установки и определим расчетные значения DTмакс . Для этого приведем в пример общепринятые рекомендации по подбору значения DTмакс :

• для морозильных камер DTмакс находится в пределах 4-6 К;
• для камер хранения неупакованной продукции – 7-9 К;
• для камер хранения герметично упакованной продукции – 10-14 К;
• для установок кондиционирования воздуха – 18-22 К.

Степень перегрева пара на выходе из испарителя

Для определения степени перегрева пара на выходе из испарителя используют следующую форму:

F=ΔТперегр/DTмакс=(Т1-Т0)/(Та1-Т0) ,

где Т1 – температура пара хладагента на выходе из испарителя.

Данный показатель у нас практически не используют, но в зарубежных каталогах предусмотрено, что показания холодопроизводительности воздухоохладителей Qисп соответствует значению F=0,65.

Во время эксплуатации значение F принято принимать от 0 до 1. Предположим, что F=0 , тогда ΔТперегр=0 , а хладагент на выходе из испарителя будет иметь состояние насыщенного пара. Для данной модели воздухоохладителя фактическая холодопроизводительность будет на 10-15% больше показателя, приведенного в каталоге.

Если F>0,65 , то показатель холодопроизводительности для данной модели воздухоохладителя, должен быть меньше значения, приведенного в каталоге. Допустим, что F>0,8 , тогда фактическая производительность для данной модели будет на 25-30% больше значения, приведенного в каталоге.

Если F->1 , то холодопроизводительность испарителя Qисп->0 (рис.3).

Рис.3 – зависимость холодопроизводительности испарителя Qисп от перегрева F

Процесс, изображенный на рис.2б, характеризуют и другие параметры:

• среднеарифметический температурный напор DTср=Таср-Т0 ;
• средняя температура воздуха, которая проходит через испаритель Таср=(Та1+Та2)/2 ;
• минимальный температурный напор DTмин=Та2-То .

Рис. 4 – Схема и температурные параметры, отображающие процесс охлаждения воды на испарителе:

где Те1 и Те2 температура воды на входы и выходе испарителя;

• FF – температура хладагента;
• L – эквивалентная длина испарителя;
• То – температура кипения хладагента в испарителе.

Испарители, в которых охлаждающей средой выступает жидкость, имеют те же температурные параметры, что и для воздухоохладителей. Цифровые значения температур охлаждаемой жидкости, которые необходимы для нормальной работы холодильной установки, будут иными, чем соответствующие параметры для воздухоохладителей.

Если перепад температур по воде ΔТе=Те1-Те2 , то для кожухотрубных испарителей ΔТе следует поддерживать в диапазоне 5±1 К, а для пластинчатых испарителей показатель ΔТе будет находиться в пределах 5±1,5 К.

В отличие от воздухоохладителей в охладителях жидкости необходимо поддерживать не максимальный, а минимальный температурный напор DTмин=Те2-То – разность между температурой охлаждаемой среды на выходе из испарителя и температурой кипения хладагента в испарителе.

Для кожухотрубных испарителей минимальный температурный напор DTмин=Те2-То следует поддерживать в пределах 4-6 К, а для пластинчатых испарителей – 3-5 К.

Заданный диапазон (разность между температурой охлаждаемой среды на выходе из испарителя и температурой кипения хладагента в испарителе) необходимо поддерживать по следующим причинам: при увеличении разности интенсивность охлаждения начинает снижаться, а при снижении повышается риск замерзания охлаждаемой жидкости в испарителе, что может стать причиной его механического разрушения.

Конструктивные решения испарителей

Независимо от способа применения различных и хладагентов, теплообменные процессы, происходящие в испарителе, подчиняются основному технологическому циклу холодопотребляющего производства, согласно которому создаются холодильные установки и теплообменные аппараты. Таким образом, чтобы решить задачу по оптимизации теплообменного процесса необходимо учитывать условия рациональной организации технологического цилка холодопотребляющего производства.

Как известно, охлаждение определенной среды возможно при помощи теплообменника. Его конструктивное решение следует выбирать согласно технологическим требованиям, которые предъявляются к данным устройствам. Особо важным моментом является соответствие устройства технологическому процессу термической обработки среды, что возможно при следующих условиях:

• поддержание заданной температуры рабочего процесса и контроль (регулирование) над температурным режимом;
• выбор материала устройства, согласно химическим свойствам среды;
• контроль над продолжительностью пребывания среды в устройстве;
• соответствие рабочих скоростей и давления.

Другим фактором, от которого зависит экономическая рациональность аппарата, является производительность. Прежде всего, на нее влияют интенсивность теплообмена и соблюдение гидравлических сопротивлений устройства. Выполнение этих условий возможно при следующих обстоятельствах:

• обеспечение необходимой скорости рабочих сред для осуществления турбулентного режима;
• создание наиболее подходящих условий для удаления конденсата, накипи, инея и пр.;
• создание благоприятных условий для движения рабочих сред;
• предотвращение возможных загрязнений устройства.

Другими важными требованиями также являются небольшой вес, компактность, простота конструкции, а также удобство монтажа и ремонта устройства. Для соблюдения этих правил следует учитывать такие факторы как: конфигурация поверхности нагрева, наличие и тип перегородок, способ размещения и крепления трубок в трубных решетках, габаритные размеры, устройство камер, днищ и пр.

На удобство эксплуатации и надежность устройства влияют такие факторы как прочность и герметичность разъемных соединений, компенсация температурных деформаций, удобства для обслуживания и ремонта устройства. Данные требования заложены в основу конструирования и выбора теплообменного агрегата. Главную роль в этом занимает обеспечение требуемого технологического процесса в холодопотребляющем производстве.

Для того, что выбрать правильное конструктивное решение испарителя необходимо руководствоваться следующими правилами. 1) охлаждение жидкостей лучше всего осуществлять при помощи трубчатого теплообменника жесткой конструкции или компактного пластинчатого теплообменника; 2) применение трубчато-ребристых устройств обусловлено следующими условиями: теплоотдача между рабочими средами и стенкой по обе стороны поверхности нагрева значительно отличаются. При этом оребрение необходимо устанавливать со стороны наименьшего коэффициента теплоотдачи.

Для увеличения интенсивности теплообмена в теплообменниках необходимо придерживаться таких правил:

• обеспечение надлежащих условий по отводу конденсата в воздухоохладителях;
• снижение толщины гидродинамического пограничного слоя путем повышения скорости движения рабочих тел (установка межтрубных перегородок и разбивка пучка трубок на ходы);
• улучшение обтекания рабочими телами поверхности теплообмена (вся поверхность должна активно участвовать в процессе теплообмена);
• соблюдение основных показателей температур, термических сопротивлений и пр.

Анализируя отдельные термические сопротивления можно выбрать наиболее оптимальный способ повысить интенсивность теплообмена (в зависимости от типа теплообменника и характера рабочих тел). В жидкостном теплообменнике поперечные перегородки рационально устанавливать только при нескольких ходах в трубном пространстве. При теплообмене (газа с газом, жидкости с жидкостью) количество жидкости, протекающее через межтрубное пространство, может быть надменно большим, и, в результате, показатель скорости достигнет тех пределов, что и внутри трубок, из-за чего установка перегородок будет нерациональна.

Улучшение теплообменных процессов является одним из основных процессов по совершенствованию теплообменного оборудования холодильных машин. В этом отношении проводятся исследования в области энергетики и химической техники. Это изучение режимных характеристик течения, турбулизация потока путем создания искусственных шероховатостей. Кроме того, ведется разработка новых поверхностей теплообмена, благодаря чему теплообменники станут более компактными.

Выбираем рациональный подход для расчета испарителя

При проектировании испарителя следует произвести конструктивный, гидравлический, прочностной, тепловой и технико-экономический расчет. Их выполняют в нескольких вариантах, выбор которых зависит от показателей эффективности: технико-экономического показателя, КПД и пр.

Чтобы произвести тепловой расчет поверхностного теплообменника необходимо решить уравнение и теплового баланса, с учетом определенных условий работы устройства (конструктивные размеры теплопередающих поверхностей, пределов изменения температур и схем, относительно движения охлаждающей и охлаждаемой среды). Чтобы найти решение этой задачу нужно применять правила, которые позволят получить результаты из исходных данных. Но из-за многочисленных факторов, найти общее решение для различных теплообменников невозможно. Вместе с этим существует много методов приближенного расчета, которые легко произвести в ручном или машинном варианте.

Современные технологии позволяют подобрать испаритель при помощи специальных программ. В основном они предоставляются производителями теплообменной аппаратуры и позволяют быстро подобрать необходимую модель. При использовании таких программ необходимо учитывать то, что они предполагают работу испарителя при стандартных условиях. Если фактические условия отличаются от стандартных, то производительность испарителя будет иной. Таким образом, желательно всегда проводить проверочные расчеты выбранной вами конструкции испарителя, относительно фактических условий его работы.