Испарители
В испарителе жидкий хладагент кипит и превращается в парообразное состояние, отводя теплоту от охлаждаемой среды.
Испарители подразделяют:
по виду охлаждаемой среды - для охлаждения газовых сред (воздуха или других газовых смесей), для охлаждения жидких теплоносителей (хладоносителей), для охлаждения твёрдых тел (продуктов, технологический веществ), испарители-конденсаторы (в каскадных холодильных машинах);
в зависимости от условий движения охлаждаемых сред - с естественной циркуляцией охлаждаемой среды, с принудительной циркуляцией охлаждаемой среды, для охлаждения неподвижных сред (контактное охлаждение или замораживание продуктов);
по способу заполнения - затопленного и незатопленного типов;
по способу организации движения холодильного агента в аппарате - с естественной циркуляцией хладагента (циркуляция хладагента под действием разности давлений); с принудительной циркуляцией хдадагента (с циркуляционным насосом);
в зависимости от способа организации циркуляции охлождаемой жидкости - с закрытой системой охлаждаемой жидкости (кожухотрубные, кожухозмеевиковые), с открытой системой охлаждаемой жидкости (панельные).
Чаще всего средой для охлаждения является воздух - универсальный теплоноситель, который всегда имеется в наличии. Испарители отличаются по виду каналов, в которых течёт и кипит хладагент, профилю теплообменной поверхности и организации движения воздуха.
Виды испарителей
Листотрубные испарители применяют в бытовых холодильниках. Изготовляют из двух листов, имеющих штампованые каналы. После совмещения каналов листы соединяют роликовой сваркой. Собранному испарителю может придаваться вид П- или О-образной конструкции (по форме низкотемпературной камеры). Коэффициент теплопередачи листотрубных испарителей составляет от 4 до 8 В/(м- квадратных * К) при температурном напоре 10 К.
а, б - О-образной формы; в - панельный (полка-испаритель)
Гладкотрубные испарители представляют собой змеевики из труб которые крепятся к стойкам скобками или пайкой. Для удобства монтажа гладкотрубные испарители изготавливают в виде настенных батарей. Батарея такого типа (настенные гладкотрубные испарительные батареи типа БН и БНИ) применяют на судах для оснащения камер для хранения пищевых продуктов. Для охлаждения провизионных камер используют гладкотрубные настенные батареи конструкции ВНИИхолодмаша (ОН26-03)
Ребристотрубные испарители наиболее широко применяют в торговом холодильном оборудовании. Испарители изготавливают из медных труб диаметром 12, 16, 18 и 20 мм с толщиной стенки 1 мм или латунной ленты Л62-Т-0,4 толщиной 0,4 мм. Для предохранения поверхности труб от контактной коррозии их покрывают слоем цинка или хромируют.
Для оснащения холодильных машин производительностью от 3,5 до 10,5 кВт применяют испарители ИРСН (испаритель ребристотрубный сухой настенный). Испарители изготавливают из медной трубы диаметром 18 х 1 мм, оребрение - из латунной ленты толщиной 0,4 мм с шагом ребра 12,5 мм.
Ребристотрубный испаритель, снабжённый вентилятором для принудительной циркуляции воздуха, получил название воздухоохладителя. Коэффициент теплопередачи такого теплообменного аппарата выше, чем у ребристого испарителя, и поэтому габариты и масса аппарата меньше.
испаритель неисправность технический теплопередача
Кожухотрубные испарители относятся к испарителям с закрытой циркуляцией охлаждаемой жидкости (теплоносителя или жидкой технологической среды). Охлаждаемая жидкость протекает через испаритель под напором, создаваемым циркуляционным насосом.
В кожухотрубных испарителях затопленного типа хладагент кипит на наружной поверхности труб, а охлаждаемая жидкость протекает внутри труб. Закрытая система циркуляции позволяет снизить системы холодоснабжения вследствие уменьшения контакта с воздухом.
Для охлаждения воды чаще используют кожухотрубные испарители с кипением хладагента внутри труб. Теплообменная поверхность выполнена в виде труб с внутренним оребрением и хладагент кипит внутри труб, а охлаждаемая жидкость протекает в межтрубном пространстве.
Эксплуатация испарителей
· При эксплуатации испарителей необходимо соблюдать требования инструкций заводов-изготовителей, настоящих Правил и производственных инструкций.
· При достижении давления на нагнетательных линиях испарителей выше предусмотренного проектом электродвигатели и теплоносители испарителей автоматически должны отключаться.
· Не допускается работа испарителей при неисправной или выключенной вентиляции, с неисправными контрольно-измерительными приборами или их отсутствии, при наличии в помещении концентрации газа, превышающей 20% нижнего концентрационного предела распространения пламени.
· Сведения о режиме работы, количестве отработанного времени компрессоров, насосов и испарителей, а также неполадках в работе должны отражаться в эксплуатационном журнале.
· Вывод испарителей из рабочего режима в резерв должен производиться согласно производственной инструкции.
· После отключения испарителя запорная арматура на всасывающей и нагнетательной линиях должна быть закрыта.
· Температура воздуха в испарительном отделениях в рабочее время должна быть не ниже 10 °С. При температуре воздуха ниже 10 °С, необходимо слить воду из водопровода, а также из охлаждающей системы компрессоров и нагревающей системы испарителей.
· В испарительном отделениях должны быть технологические схемы оборудования, трубопроводов и КИП, инструкции по эксплуатации установок и эксплуатационные журналы.
· Техническое обслуживание испарителей осуществляется эксплуатационным персоналом под руководством специалиста.
· Текущий ремонт испарительного оборудования включает в себя операции технического обслуживания и осмотра, частичную разборку оборудования с ремонтом и заменой быстроизнашивающихся частей и деталей.
· При эксплуатации испарителей должны выполняться требования по безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением.
· Техническое обслуживание и ремонт испарителей должны производиться в объеме и сроки, указанные в паспорте завода-изготовителя.Техническое обслуживание и ремонт газопроводов, арматуры, приборов автоматики безопасности и КИП испарителей должны проводиться в сроки, установленные для этого оборудования.
Эксплуатация испарителей не допускается в случаях:
1) повышения или понижения давления жидкой и паровой фазы выше или ниже установленных норм ;
2) неисправности предохранительных клапанов, КИП и средств автоматики;
3) непроведения поверки контрольно-измерительных приборов;
4) неисправности крепежных деталей;
5) обнаружении утечки газа или потения в сварных швах, болтовых соединениях, а также нарушения целостности конструкции испарителя;
6) попадании жидкой фазы в газопровод паровой фазы;
7) прекращении подачи теплоносителя в испаритель.
Ремонт испарителей
Слишком слабый испаритель . Обобщение симптомов
В настоящем разделе мы условимся под неисправностью «слишком слабый испаритель» понимать любую неисправность, приводящую к аномальному снижению холодопроизводительности по вине самого испарителя.
Алгоритм диагностирования
Неисправность типа «слишком слабый испаритель» и, как следствие, аномальное падение давления испарения, наиболее легко выявляется, поскольку это единственная неисправность, при которой одновременно с аномальным падением давления испарения реализуется нормальный или слегка пониженный перегрев.
Практические аспекты
3агрязнены трубки и теплообменные ребра испарителя
Опасность появления этого дефекта возникает, главным образом, в установках, которые плохо обслуживаются. Типичным примером такой установки является кондиционер, в котором отсутствует воздушный фильтр на входе в испаритель.
При чистке испарителя иногда достаточно продуть ребра струёй сжатого воздуха или азота в направлении, противоположном движению воздуха при работе установки, но чтобы полностью справиться с грязью, часто приходится использовать специальные чистящие и моющие средства. В некоторых особо тяжелых случаях может даже возникнуть необходимость замены испарителя.
Грязный воздушный фильтр
В кондиционерах загрязнение воздушных фильтров, установленных на входе в испаритель, приводит к росту сопротивления воздушному потоку и, как следствие, падению расхода воздуха через испаритель, что обусловливает рост перепада температур. Тогда ремонтник должен почистить или поменять воздушные фильтры (на фильтры аналогичного качества), не забывая при установке новых фильтров обеспечить свободный доступ к ним наружного воздуха.
Представляется полезным напомнить, что воздушные фильтры должны находиться в безупречном состоянии. Особенно на выходе, обращенном к испарителю. Нельзя допускать, чтобы фильтрующий материал был порванным или терял толщину в ходе повторяющихся промывок.
Если воздушный фильтр находится в плохом состоянии или не подходит для данного испарителя, частицы пыли будут плохо улавливаться и с течением времени вызовут загрязнение трубок и ребер испарителя.
Проскальзывает или порван ременный привод вентилятора испарителя
Если ремень (или ремни) вентилятора проскальзывает, скорость вращения вентилятора падает, что приводит к снижению расхода воздуха через испаритель и росту перепада температуры воздуха (в пределе, если ремень порван. расход воздуха полностью отсутствует).
Перед тем, как подтянуть ремень, ремонтник должен проверить его износ и в случае необходимости заменить. Безусловно, ремонтник должен также проверить выравнивание ремней и полностью осмотреть привод (чистота, механические зазоры, засаленность, натяжение), а также состояние приводного мотора с той же тщательностью, что и самого вентилятора. Каждый ремонтник, естественно, не может иметь в запасе в своей машине все существующие модели приводных ремней, поэтому предварительно нужно справиться у клиента и подобрать нужный комплект.
Плохо отрегулирован шкив с переменной шириной желоба
Большинство современных кондиционеров оснащены приводными моторами вентиляторов, на оси которых устанавливается шкив переменного диаметра (переменной ширины желоба).
По окончании регyлировки необходимо закрепить подвижную щеку на резьбовой части ступицы с помощью стопорного винта, при этом винт следует завернуть как можно более тyгo, внимательно следя за тем, чтобы ножка винта упиралась в специальную лыску, имеющуюся на резьбовой части ступицы и предотвращающую повреждение резьбы. В противном случае, если резьба будет смята стопорным винтом, дальнейшая регyлировка глубины желоба будет затруднена, а может быть и совсем невозможна. После регyлировки шкива следует в любом случае проверить силу тока, потребляемого электромотором (см. описание следующей неисправности).
Большие потери давления в воздушном тракте испарителя
Если шкив с переменным диаметром отрегулирован на максимальное число оборотов вентилятора, а расход воздуха при этом остается недостаточным, это значит, что потери в воздушном тракте слишком большие по отношению к максимальному числу оборотов вентилятора.
После того, как вы твердо убедились в отсутствии других неполадок (закрыты задвижка или клапан, например), следует считать целесообразным заменить шкив таким образом, чтобы повысить скорость вращения вентилятора. К сожалению, повышение числа оборотов вентилятора требует не только замены шкива, но и влечет за собой другие последствия.
Вентилятор испарителя вращается в обратную сторону
Опасность появления такой неисправности существует всегда при вводе в эксплуатацию новой установки, когда вентилятор испарителя оборудован трехфазным приводным электродвигателем (в этом случае бывает достаточным поменять местами две фазы, чтобы восстановить нужное направление вращения).
Мотор вентилятора, будучи рассчитан на питание от сети с частотой 60 гц, подключен к сети с частотой 50 гц
Эта проблема, к счастью довольно редко встречающаяся, может в основном касаться двигателей, изготовленных в США и предназначенных для включения в сеть переменного тока с частотой 60 гц. 3аметим, что некоторые моторы, изготовленные в Европе и предназначенные для экспорта, могут также требовать частоту питающего тока 60 гц. Быстро понять причину данной неисправности можно очень просто достаточно ремонтнику прочитать технические характеристики мотора на прикрепленной к нему специальной табличке.
3агрязнение большого числа ребер испарителя
Если много ребер испарителя покрыто грязью, сопротивление движению воздуха через него повышено, что приводит к снижению расхода воздуха через испаритель и повышению перепада температуры воздуха.
И тогда ремонтнику не останется ничего другого, кроме тщательной очистки загрязненных частей оребрения испарителя с обеих сторон с помощью специальной гребенки с шагом зубьев, в точности соответствующей расстоянию между ребрами.
Техническое обслуживание испарителей
Оно заключается в обеспечении теплосъёма с теплопередающей поверхности. В этих целях регулируют подачу жидкого хладагента в испарители и воздухоохладители до создания требуемого уровня затопленных системах или в количестве, необходимом для обеспечения оптимального перегрева отходящего пара в незатопленных.
От регулирования подачи хладагента и порядка включения и отключения испарителей во многом зависит безопасность работы испарительных систем. Регулирование подачи хладагента проводят таким образом, чтобы предотвратить прорыв паров со стороны высокого давления. Это достигается плавностью операций регулирования, поддержанием необходимого уровня в линейном ресивере. При подключении к работающей системе отключённых испарителей необходимо предотвратить влажный ход компрессора, который может произойти из-за выброса пара из отопленного испарителя вместе с каплями жидкого хладагента при резком его вскипании после неосторожного или непродуманного открытия запорной арматуры.
Порядок подключения испарителя независимо от продолжительности отключения должен быть всегда следующим. Прекращают подачу хладагента в работающий испаритель. Закрывают всасывающий вентиль на компрессоре и постепенно открывают запорный вентиль на испарителе. После этого также постепенно открывают всасывающий вентиль компрессора. Затем регулируют подачу хладагента в испарители.
Для обеспечения эффективного процесса теплопередачи в испарителях холодильных установок с рассольными системами следят за тем, чтобы вся теплопередающая поверхность была погружена в рассол. В испарителях открытого типа уровень рассола должен быть на 100-150 мм выше секции испарителя. При эксплуатации кожухотрубных испарителей следят за своевременным выпуском воздуха через воздушные краны.
При обслуживании испарительных систем следят за своевременностью оттаивания (отогрева) слоя инея на батареях и воздухоохладителях, проверяют, не замерз ли трубопровод отвода талой воды, следят за работой вентиляторов, плотностью закрытия люков и дверей во избежание потерь охлаждаемого воздуха.
При оттаивании следят за равномерностью подачи греющих паров, не допуская неравномерного нагрева отдельных частей аппарата и не превышая скорости отогрева 30 Сч.
Подачу жидкого хладагента в воздухоохладители в установках безнасоснон схемой регулируют по уровню в воздухоохладителе.
В установках с насосной схемой регулируют равномерность поступления хладагента во все воздухоохладители в зависимости от скорости обмерзания.
Список литературы
· Монтаж, эксплуатация и ремонт холодильного оборудования. Учебник (Игнатьев В.Г., Самойлов А.И.)
Многие ремонтники часто задают нам следующий вопрос: "Почему в ваших схемах питание Ег к испарителю всегда подводится сверху, является ли это обязательным требованием при подключении испарителей?" Настоящий раздел вносит ясность в этот вопрос.
А) Немного истории
Мы знаем, что когда температура в охлаждаемом объеме уменьшается, одновременно падает давление кипения, поскольку полный перепад температур остается почти постоянным (см. раздел 7. "Влияние температуры охлаждаемого воздуха").
Несколько лет назад это свойство часто использовалось в холодильном торговом оборудовании в камерах с положительной температурой для остановки компрессоров, когда температура холодильной камеры достигала требуемой величины.
Такая технология имущества:
имела два пре-
Регулятор НД
Регулирование по давлению
Рис. 45.1.
Во-первых, она позволяла обходиться без задающего термостата, поскольку реле НД выполняло двойную функцию - задающего и предохранительного реле.
Во-вторых, для обеспечения размораживания испарителя при каждом цикле достаточно было настроить систему так, чтобы компрессор запускался при давлении, соответствующем температуре выше 0°С, и таким образом сэкономить на системе оттайки!
Однако, когда компрессор останавливался, для того, чтобы давление кипения в точности соответствовало температуре в холодильной камере, обязательно требовалось постоянное наличие жидкости в испарителе. Вот почему в то время испарители запитывались очень часто снизу и все время были наполовину залиты жидким хладагентом (см. рис. 45.1).
В наши дни регулирование по давлению используется достаточно редко, так как оно имеет следующие отрицательные моменты:
Если конденсатор имеет воздушное охлаждение (наиболее частый случай), давление конденсации в течение года сильно меняется (см. раздел 2.1. "Конденсаторы с воздушным охлаждением. Нормальная работа "). Эти изменения давления конденсации обязательно приводят к изменениям давления кипения и, следовательно, изменениям полного температурного перепада на испарителе. Таким образом, температура в холодильной камере не может поддерживаться стабильной и будет подвергаться большим изменениям. Поэтому необходимо либо использовать конденсаторы с водяным охлаждением, либо применять эффективную систему стабилизации давления конденсации.
Если возникают хотя бы небольшие аномалии в работе установки (по давлениям кипения или конденсации), приводящие к изменению полного температурного перепада на испарителе, даже незначительного, температура в холодильной камере не может больше поддерживаться в заданных пределах.
Если нагнетающий клапан компрессора недостаточно герметичен, то при остановках компрессора давление кипения быстро растет и возникает опасность увеличения частоты циклов "пуск-останов" компрессора.
Вот почему в наши дни для отключения компрессора наиболее часто используется датчик температуры в охлаждаемом объеме, а реле НД выполняет только функции защиты (см. рис. 45.2).
Заметим, что в этом случае способ за-питки испарителя (снизу или сверху) почти не оказывает заметного влияния на качество регулирования.
Б) Конструкция современных испарителей
При увеличении холодопроизводительности испарителей, их размеры, в частности длина трубок, используемых для их изготовления, также увеличиваются.
Так, в примере на рис. 45.3, конструктор для получения производительности в 1 кВт должен последовательно соединить две секции по 0,5 кВт каждая.
Но такая технология имеет ограниченное применение. Действительно, при удвоении длины трубопроводов потери давления также удваиваются. То есть, потери давления в больших испарителях быстро становятся слишком большими.
Поэтому, при повышении мощности изготовитель больше не располагает отдельные секции последовательно, а соединяет их параллельно с тем, чтобы сохранить потери давления как можно ниже.
Однако при этом требуется, чтобы каждый испаритель был запитан строго одинаковым количеством жидкости, в связи с чем изготовитель устанавливает на входе в испаритель распределитель жидкости.
3 секции испарителя, соединенные параллельно
Рис. 45.3.
Для таких испарителей вопрос о том, снизу или сверху их запитывать, уже не стоит, поскольку они запитываются только через специальный распределитель жидкости.
Теперь рассмотрим способы поОсоеОинения трубопроводов к различным типам испарителей.
Для начала, в качестве примера, возьмем небольшой испаритель, малая производительность которого не требует применения распределителя жидкости (см. рис. 45.4).
Хладагент поступает на вход испарителя Е и потом опускается по первой секции (изгибы 1, 2, 3). Далее он поднимается во второй секции (изгибы 4, 5, 6 и 7) и перед тем, как покинуть испаритель на выходе из него S, вновь опускается по третьей секции (изгибы 8, 9, 10 и 11). Заметим, что хладагент опускается, поднимается, затем вновь опускается, и движется навстречу направлению движения охлаждаемого воздуха.
Рассмотрим теперь пример более мощного испарителя, который имеет значительные размеры и запитан с помощью распределителя жидкости.
Каждая доля полного расхода хладагента поступает на вход своей секции Е, поднимается в первом ряду, потом опускается во втором ряду и покидает секцию через свой выход S (см. рис. 45.5).
Иначе говоря, хладагент поднимается, потом опускается в трубах, всегда двигаясь против направления движения охлаждающего воздуха. Итак, каким бы ни был тип испарителя, хладагент попеременно то опускается, то поднимается.
Следовательно, понятия об испарителе, зачитанном сверху или снизу, не существует, особенно для наиболее часто встречающегося случая, когда испаритель запитыеается через распределитель жидкости.
С другой стороны, в обоих случаях мы увидели, что воздух и хладагент двигаются по принципу противотока, то есть навстречу друг другу. Полезно напомнить основания для выбора такого принципа (см. рис. 45.6).
Поз. 1: этот испаритель запитан через ТРВ, который настроен таким образом, чтобы обеспечивать перегрев 7К. Для обеспечения такого перегрева паров, покидающих испаритель, служит определенный участок длины трубопровода испарителя, обдуваемый теплым воздухом.
Поз. 2: Речь идет о том же самом участке, но с направлением движения воздуха, совпадающим с направлением движения хладагента. Можно констатировать, что в этом случае длина участка трубопровода, обеспечивающего перегрев паров, возрастает, поскольку обдувается более холодным воздухом, чем в предыдущем случае. Это означает, что испаритель содержит меньше жидкости, следовательно, ТРВ в большей степени перекрыт, то есть давление кипения ниже и холодопроизводительность ниже (см. также раздел 8.4. "Терморегулирую-щий вентиль. Упражнение").
Поз. 3 и 4: Хотя испаритель запитан снизу, а не сверху, как на поз. 1 и 2, наблюдаются те же самые явления.
Таким образом, хотя в большинстве примеров испарителей с прямым циклом расширения, рассматриваемых в настоящем руководстве, они запитываются жидкостью сверху, это сделано исключительно для упрощения и в целях более понятного изложения материала. На практике монтажник-холодильщик реально почти никогда не совершит ошибку в подключении распределителя жидкости к испарителю.
В том случае, когда у вас возникают сомнения, если направление прохождения воздуха через испаритель не очень ясно обозначено, чтобы выбрать способ подключения трубопроводов к испарителю, строго соблюдайте предписания разработчика с целью достижения холодо-производителъности, заявленной в документации на испаритель.
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.
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.
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.
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.
- 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.
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.
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.