Лекции по “Промышленная вентиляция и кондиционирование воздуха ”

       Температура  конденсации превышает температуру  окружающего воздуха примерно на 10-20 °С, а температура выходящего из теплообменника воздуха на 3-5,5 °С ниже температуры  конденсации.

       Абсолютные  показатели температуры конденсации  обычно составляют 42-55 °С.

       В  табл. 4.11 представлена зависимость  температуры конденсации парообразного фреона R-22 от температуры окружающего воздуха.

 

Таблица 4.11. Зависимость  температуры конденсации от температуры

окружающего воздуха.

 

 

Конденсатор с воздушным охлаждением	Температура наружного воздуха, °С	Температура конденсации, °С
	32	46 ÷ 49
	35	49 ÷51
	38	51÷ 54

 

       Характеристики  конденсаторов зависят как от  типа хладагента и температуры окружающей среды, так и от атмосферного давления окружающего воздуха (высоты над уровнем моря).

 

3. Испаритель

  Испарители служат  для охлаждения рабочей среды – воздуха или воды. Соответственно эти теплообменники подразделяются на испарители для охлаждения воды или жидкостей, содержащих антифриз, и для охлаждения воздуха.

 

Пластинчатые  испарители для охлаждения воды

  Пластинчатые  испарители обладают теми же характеристиками, что и аналогичные конденсаторы, описание которых было приведено ранее. Они обладают большей устойчивостью к замораживанию в случае поломки или различных аномалий по сравнению с традиционными типами испарителей.

       Учитывая малый объем жидкости  в пластинчатом испарителе, необходимо предусмотреть в системе наличие аккумулирующего бака, позволяющего избежать слишком частые включения и отключения омпрессора.

Кожухотрубные испарители для охлаждения воды

       Эти  испарители состоят из кожуха  и собранных в пучок прямых трубок.

       Хладагент  циркулирует в трубках испарителя, в то время как вода омывает трубки с внешней стороны. Разделительные пластины, установленные в корпусе, направляют поток воды и несколько раз меняют его направление.

На рис.4.6показана внутренняя конструкция кожухотрубного испарителя.

Как видно из рисунка, пластины крепления трубок имеют соответствующие головки с патрубками входа и выхода хладагента

 

             Рис. 4.6. Схема кожухотрубного испарителя

      

       Испаритель может иметь один или два независимых контура. Вода, поступающая для охлаждения, входит и выходит через два боковых горизонтальных патрубка, расположенных с двух сторон кожуха.

  Конструкция и  характеристики испарителя аналогичны  конденсаторам с водяным охлаждением.

  Вода в испарителе  циркулирует перпендикулярно трубкам и с довольно большой скоростью (от 0,6 до 3,0 м/с) благодаря разделительным перегородкам. Такое техническое решение, существенно повышает эффективность теплообмена.

       Кожухотрубные  испарители предначены для работы с различными хладагентами и выполняются в очень широкой гамме мощностей от 7 до 200 кВт и более.

Испарители  для охлаждения воздуха

       Воздушные  испарители представляют собой теплообменники с одним или несколькими рядами медных трубок с алюминиевым оребрением аналогично воздушным конденсаторам.

  Хладагент циркулирует  внутри трубок, охлаждаемый воздух между пластинами (ребрами). Характеристики трубок и пластин аналогичны воздушным конденсаторам. Количество рядов трубок чаще всего колеблется в пределах от 4-х до 6-ти.

  Наиболее распространенные  диаметры трубок: 5/16", 3/8" и 1/2"; расстояние между ребрами колеблется от 1,4 до 1,8 мм. Трубки могут располагаться по ходу воздуха в ряд или в шахматном порядке.

  Начиная с определенной мощности, воздушные испарители изготавливаются с двумя или более контурами охлаждения, имеющими независимый подвод хладагента с помощью распределителя.

  Это делается  для того, чтобы более равномерно запитать теплообменник. Распределение на два и более независимых контура позволяет более гибко реагировать на изменения в режиме работы. Соединение распределителя с каждым из независимых контуров осуществляется через трубки малого диаметра.

  Каждый контур  наполняется одинаковым количеством хладагента. Поток воздуха также распределяется по теплообменнику равномерно, что предотвращает сбои в работе и исключает обледенение отдельных участков теплообменника.

  Опыт показывает, что наилучшие показатели качества работы испарителя достигаются, когда его объем позволяет развивать мощность от 2,8 до 7,0 кВт на каждый контур при использовании хладагента R-22.

       Скорость  воздушного потока на входе в испаритель обычно составляет 2-3 м/с; при более высоких скоростях возможен проскок капель конденсата на выход теплообменника.

  Размеры  теплообменников современных холодильных машин определяются исходя из расхода охлаждаемого воздуха. Ориентировочно это составляет около 195 м³/ч на 1кВт.

  Общая  холодопроизводительность испарителя зависит от температуры испарения хладагента, задаваемой при проектировании, и температуры поступающего в испаритель воздуха, определяемой условиями его эксплуатации.

  Потери давления  воздуха, проходящего через испаритель, зависят от многих факторов: диаметра трубок, площади и конфигурации ребер, количества рядов трубок, скорости воздушного потока на входе и количества образующегося на оребрении трубок конденсата.

Коэффициент просачивания (Bypass)

  Следует  отметить, что не весь воздух, который подается в испаритель, участвует в процессе теплообмена. Часть воздуха может проходить мимо теплообменника по периферии. Коэффициент просачивания характеризует процентное количество воздуха, которое проходит минуя испаритель, не изменяя своих параметров.

При низком коэффициенте просачивания

• увеличивается температура испарения и, следовательно, производительность холодильной машины. Возможно снижение габаритов компрессора;
• уменьшается потребный расход воздуха через испаритель. Возможно уменьшение размеров и мощности электровентиляторов;
• уменьшается потребная рабочая поверхность теплообменника. Возможно уменьшение количества трубок или количества рядов трубок теплообменника.

При высоком коэффициенте просачивания

• уменьшается температура испарения и, следовательно, холодопроизводительность. Может понадобиться компрессор большего размера;
• увеличивается потребный расход воздуха через испаритель. Требуется электровентилятор большего размера и большей мощности;
• увеличивается потребная рабочая поверхность теплообмена, количество трубок или рядов теплообменника.

 

4. Вентилятор

        Вентиляторы обеспечивают обдув  воздухом конденсаторов и испарителей.

       Обдув  конденсаторов с воздушным охлаждением,  устанавливаемых на открытом месте, выполняется, как правило, вентиляторами осевого типа, обеспечивающими необходимый расход охлаждающего воздуха при малом напоре.

  На 1 кВт поглощенного  конденсатором тепла расходуется примерно 300-370 м³/ч наружного воздуха с перепадом температур 8-10 °С.

  Вентилятор обычно  работает на всасывание, так как при этом воздух перед теплообменником не нагревается от вентилятора и электродвигателя. Кроме того, такое размещение позволяет создать более равномерный поток воздушной струи.

  Скорость вращения  вентилятора составляет 750-1450 об./мин.

  В тех случаях,  когда конденсатор устанавливается в помещении и воздух от конденсатора приходится выбрасывать на улицу через воздуховоды, используются центробежные вентиляторы, обеспечивающие более высокий напор 150-350 Па.

  В этих модификациях  передача вращательного момента между двигателем и вентилятором производится с использованием клиноременной передачи.

  Подробная информация  о типах и конструктивных особенностях  вентиляторов представлена в [ ]

 

5. Регулятор потока

    Регулятор  потока служит для дозированной подачи жидкого хладагента из области высокого давления (от конденсатора) в область низкого давления (к испарителю).

  Самым простым  регулятором потока является свернутая в спираль тонкая длинная трубка, называемая капиллярной трубкой, диаметром 0,6-2,25 мм различной длины.

  Капиллярные трубки наиболее широко применяются в кондиционерах сплит-систем малой мощности. Это обусловлено их низкой стоимостью, простотой конструкции и надежностью в эксплуатации.

  Капиллярная трубка  надежно функционирует как в  условиях постоянной нагрузки (постоянных давлений нагнетания и всасывания), так и на переходных режимах.

 Однако в эксплуатации  бывают случаи изменения нагрузки испарителя или колебания давления нагнетания компрессора, которые могут привести к недостаточному или избыточному питанию испарителя хладагентом. Это связано с тем, что расход хладагента через трубку зависит только от перепада давлений на трубке.

Например:

1. при понижении давления конденсации из-за снижения окружающей температуры заполнение испарителя будет недостаточно, вследствие чего упадет холодопроизводительность;
2. при снижении тепловой нагрузки на испаритель весь жидкий хладагент не будет выкипать в испарителе и может попасть в компрессор и повредить его клапаны и подшипники. Это явление называют «гидравлическим ударом».

       В более мощных установках применяется терморегулирующий вентиль (ТРВ), регулирующий подачу хладагента в испаритель таким образом, чтобы поддерживать заданное давление испарения и перегрев в испарителе при изменении условий работы холодильной машины.

  На рис. 4.7 показана схема ТРВ с внутренним уравниванием для холодильных машин малой и средней мощности.

 

 

Рис. 4.7. Схемя ТРВ с внутренним уравниванием для холодильных

машин малой и средней мощности:

1 – ТРВ; 2 – пружина; 3 – регулировочный винт; 4 – мембрана; 5 – испаритель; 6 – термобаллон.

 

         Расход хладагента через ТРВ  определяется проходным сечением регулирующего клапана. На регулирующую мембрану (4) воздействует усилие пружины (2) и давление за клапаном (давление испарения), направленные на закрытие клапана. Над мембраной (4) термобаллоном (6) создается давление, направленное на открытие клапана.

  Термобаллон крепится  к трубопроводу на выходе испарителя, поэтому давление в баллоне и, следовательно, над мембраной, определяется температурой на выходе испарителя (или перегревом в испарителе).

  При увеличении  температуры наружного воздуха хладагент начинает кипеть более интенсивно. Перегрев хладагента увеличивается и соответственно растет температура термобаллона. Возросшее давление в баллоне воздействует на мембрану ТРВ и открывает клапан, увеличивая подачу хладагента в испаритель и восстанавливая состояние равновесия.

  При уменьшении  температуры наружного воздуха процесс идет в обратную сторону. ТРВ прикрывается и уменьшает подачу хладагента в испаритель.

  Регулировкой настройки  пружины (2) можно изменять настройку  ТРВ, задавая давление испарения и величину перегрева.

  Однако при изменении  гидравлического сопротивления  испарителя вследствие варьирования условий работы холодильной машины ТРВ с внутренним уравниванием не позволяет точно поддерживать постоянное давление испарения на выходе.

       На  рис. 4.8 показана схема ТРВ с  внешним уравниванием.

      

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 4.8. Схема  терморегулирующего вентиля с внешним  уравниванием:

1 – ТРВ; 2 – пружина; 3 – регулировочный винт; 4 – мембрана; 5 – испаритель; 6 – термобаллон; 7 – управляющая линия.

 

       В  холодильных машинах средней  и большой мощности при регулировании  мощности применяют ТРВ с внешним  уравниванием, в котором давление  замеряется не за клапаном, а на выходе из испарителя с помощью дополнительной управляющей трубки (7). Благодаря такому подключению, ТРВ обеспечивает стабильное поддержание давления испарения и перегрева при переменном гидравлическом сопротивлении в испарителе.