Poprawa efektywności chłodzenia
instalacji na skutek dochładzania czynnika chłodniczego
FGOU VPO „Bałtycka Państwowa Akademia Floty Rybackiej”,
Rosja, *****@***ru
Zmniejszenie zużycia energia elektryczna jest bardzo ważny aspektżycia w związku z obecną sytuacją energetyczną w kraju i na świecie. Zmniejszenie zużycia energii przez agregaty chłodnicze można osiągnąć poprzez zwiększenie wydajności chłodniczej agregatów chłodniczych. To ostatnie można osiągnąć stosując różnego rodzaju dochładzacze. Zatem rozważane różne typy dochładzacze i opracował najbardziej wydajny.
wydajność chłodnicza, dochłodzenie, regeneracyjny wymiennik ciepła, dochładzacz, wrzenie międzyrurowe, wrzenie wewnątrz rur
Dochładzając ciekły czynnik chłodniczy przed dławieniem, można osiągnąć znaczną poprawę wydajności operacyjnej agregat chłodniczy. Dochłodzenie czynnika chłodniczego można osiągnąć poprzez zainstalowanie dochładzacza. Dochładzacz ciekłego czynnika chłodniczego dopływającego ze skraplacza pod ciśnieniem skraplania do zaworu sterującego ma za zadanie schłodzić go poniżej temperatury skraplania. Tam są różne sposoby przechłodzenie: w wyniku wrzenia ciekłego czynnika chłodniczego pod średnim ciśnieniem, w wyniku opuszczania parownika przez czynnik parowy i za pomocą wody. Dochłodzenie ciekłego czynnika chłodniczego pozwala zwiększyć wydajność chłodniczą agregatu chłodniczego.
Jednym z rodzajów wymienników ciepła przeznaczonych do przechłodzenia ciekłego czynnika chłodniczego są regeneracyjne wymienniki ciepła. W urządzeniach tego typu przechłodzenie czynnika chłodniczego następuje na skutek opuszczenia parownika przez czynnik w postaci pary.
W regeneracyjnych wymiennikach ciepła następuje wymiana ciepła pomiędzy ciekłym czynnikiem chłodniczym dochodzącym z odbiornika do zaworu sterującego a czynnikiem chłodniczym w postaci pary opuszczającym parownik. Regeneracyjne wymienniki ciepła służą do wykonywania jednej lub więcej z następujących funkcji:
1) zwiększenie efektywności termodynamicznej obiegu chłodniczego;
2) dochłodzenie ciekłego czynnika chłodniczego, aby zapobiec parowaniu przed zaworem regulacyjnym;
3) odparowanie niewielkiej ilości cieczy wyniesionej z parownika. Czasami podczas korzystania z zalanych parowników warstwa cieczy bogata w olej jest celowo kierowana do przewodu ssawnego, aby umożliwić powrót oleju. W takich przypadkach regeneracyjne wymienniki ciepła służą do odparowania ciekłego czynnika chłodniczego z roztworu.
Na ryc. Rysunek 1 przedstawia schemat instalacji RT.
Ryc.1. Schemat instalacji regeneracyjnego wymiennika ciepła
Figa. 1. Schemat montażu regeneracyjnego wymiennika ciepła
Najprostszą formę wymiennika ciepła uzyskuje się poprzez kontakt metaliczny (spawanie, lutowanie) pomiędzy rurociągami cieczy i pary, aby zapewnić przepływ przeciwprądowy. Obydwa rurociągi są pokryte izolacją jako całość. Aby zapewnić maksymalną wydajność, przewód cieczy powinien znajdować się poniżej przewodu ssawnego, ponieważ ciecz w przewodzie ssawnym może przepływać wzdłuż dolnej tworzącej.
Regeneracyjne wymienniki ciepła płaszczowo-cewkowe i płaszczowo-rurowe są najbardziej rozpowszechnione w przemyśle krajowym i za granicą. w małym maszyny chłodnicze W wymiennikach ciepła firm zagranicznych stosuje się czasami wymienniki cewkowe o uproszczonej konstrukcji, w których rura cieczy nawinięta jest na rurę ssącą. Firma Dunham-Busk (Dunham-Busk, USA) napełnia wężownicę cieczy nawiniętą na przewód ssący stopem aluminium, aby poprawić przenoszenie ciepła. Linia ssąca wyposażona jest w wewnętrzne gładkie żebra wzdłużne, zapewniające dobre przekazywanie ciepła do pary przy minimalnych oporach hydraulicznych. Wymienniki te przeznaczone są do instalacji o mocy chłodniczej poniżej 14 kW.
W instalacjach o średniej i dużej wydajności szeroko stosowane są regeneracyjne wymienniki ciepła płaszczowo-cewkowe. W urządzeniach tego typu wężownica cieczy (lub kilka równoległych cewek), nawinięta wokół wypornika, umieszczona jest w cylindrycznym naczyniu. W pierścieniowej przestrzeni pomiędzy wypornikiem a obudową przepływa para, co zapewnia pełniejsze obmycie parą powierzchni wężownicy cieczy. Wężownicę wykonuje się z rur gładkich, częściej z rur ożebrowanych zewnętrznie.
W przypadku stosowania wymienników ciepła typu rura w rurze (zwykle w małych urządzeniach chłodniczych) szczególną uwagę zwrócić uwagę na intensyfikację wymiany ciepła w aparacie. W tym celu stosuje się rury ożebrowane lub wszelkiego rodzaju wkładki (drut, taśma itp.) w obszarze pary lub w obszarze pary i cieczy (rys. 2).
Ryc.2. Regeneracyjny wymiennik ciepła typu „rura w rurze”.
Figa. 2. Regeneracyjny wymiennik ciepła typu „rura w rurze”
Dochłodzenie na skutek wrzenia ciekłego czynnika chłodniczego pod średnim ciśnieniem można przeprowadzić w zbiornikach pośrednich i ekonomizerach.
W niskotemperaturowych agregatach chłodniczych ze sprężaniem dwustopniowym praca zbiornika pośredniego zamontowanego pomiędzy sprężarkami pierwszego i drugiego stopnia w dużej mierze decyduje o doskonałości termodynamicznej i efektywności pracy całego agregatu chłodniczego. Naczynie pośrednie pełni następujące funkcje:
1) „stłumienie” przegrzania pary za sprężarką pierwszego stopnia, co prowadzi do zmniejszenia pracy stopnia wysokiego ciśnienia;
2) schłodzenie ciekłego czynnika chłodniczego przed jego wejściem do zaworu sterującego do temperatury zbliżonej lub równej temperaturze nasycenia przy ciśnieniu pośrednim, co zmniejsza straty w zaworze regulacyjnym;
3) częściowe oddzielenie oleju.
W zależności od rodzaju naczynia pośredniego (wężownicowe lub bezcewkowe) realizowany jest schemat z jedno lub dwustopniowym dławieniem ciekłego czynnika chłodniczego. W systemach bez pompy zaleca się stosowanie zbiorników pośrednich z wężownicą, w których ciecz znajduje się pod ciśnieniem skraplania, w celu dostarczania ciekłego czynnika chłodniczego do układu wyparnego lodówek wielopokładowych.
Obecność wężownicy eliminuje także dodatkowe zaolejanie cieczy w naczyniu pośrednim.
W układach pompowo-obiegowych, gdzie dopływ cieczy do układu odparowania zapewnia ciśnienie pompy, można zastosować bezwężowe naczynia pośrednie. Obecne stosowanie skutecznych odolejaczy w instalacjach chłodniczych (mycie lub cyklon po stronie tłocznej, hydrocyklony w układzie odparowania) powoduje również, że możliwe zastosowanie bezzwojowe naczynia pośrednie – urządzenia wydajniejsze i łatwiejsze w obsłudze projekt.
Przechłodzenie wody można osiągnąć w dochładzaczach przeciwprądowych.
Na ryc. Rysunek 3 przedstawia dwururową dochładzacz przeciwprądowy. Składa się z jednej lub dwóch sekcji zmontowanych z podwójnych rur połączonych szeregowo (rura w rurze). Rury wewnętrzne łączone są za pomocą rolek żeliwnych, zewnętrzne są spawane. Ciekła substancja robocza przepływa w przestrzeni międzyrurowej w przeciwprądzie do wody chłodzącej przepływającej rurami wewnętrznymi. Rury - stalowe bez szwu. Temperatura wylotowa substancji roboczej z aparatu jest zwykle o 2-3°C wyższa od temperatury napływającej wody chłodzącej.
rura w rurze”), do każdego z nich ciekły czynnik chłodniczy jest dostarczany przez dystrybutor, a czynnik chłodniczy z odbiornika liniowego dostaje się do przestrzeni międzyrurowej; główną wadą jest ograniczona żywotność ze względu na szybką awarię dystrybutora. Naczynie pośrednie, z kolei może być stosowany wyłącznie w układach chłodzenia zasilanych amoniakiem.
 |
Ryż. 4. Szkic dochładzacza ciekłego freonu z wrzeniem w pierścieniu
Figa. 4. Szkic przechładzacza z wrzeniem ciekłego freonu w przestrzeni międzyrurowej
Najbardziej odpowiednim urządzeniem jest dochładzacz freonowy z wrzeniem w pierścieniu. Schemat takiego dochładzacza pokazano na ryc. 4.
Konstrukcyjnie jest to wymiennik ciepła płaszczowo-rurowy, w przestrzeni międzyrurowej, w której wrze czynnik chłodniczy, czynnik chłodniczy przedostaje się rurami z odbiornika liniowego, zostaje przechłodzony, a następnie podawany do parownika. Główną wadą takiego dochładzacza jest pienienie się ciekłego freonu w wyniku tworzenia się filmu olejowego na jego powierzchni, co prowadzi do konieczności stosowania specjalnego urządzenia do usuwania oleju.
W związku z tym opracowano projekt, w którym zaproponowano doprowadzenie przechłodzonego ciekłego czynnika chłodniczego z odbiornika liniowego do pierścienia i zapewnienie (poprzez wstępne dławienie) wrzenia czynnika chłodniczego w rurach. Dany rozwiązanie techniczne zilustrowano na ryc. 5.
Ryż. 5. Szkic dochładzacza ciekłego freonu z wrzeniem wewnątrz rur
Figa. 5. Szkic przechładzacza z wrzeniem ciekłego freonu wewnątrz rur
Ten schemat urządzenia pozwala uprościć konstrukcję dochładzacza, wykluczając z niego urządzenie do usuwania oleju z powierzchni ciekłego freonu.
Proponowany dochładzacz ciekłego freonu (ekonomizer) to obudowa zawierająca pakiet rur do wymiany ciepła z żebrami wewnętrznymi, rurę do wlotu schłodzonego czynnika chłodniczego, rurę do wylotu schłodzonego czynnika chłodniczego, rury do wlotu dławika czynnika chłodniczego oraz rurę wylotową czynnika chłodniczego w postaci pary.
Zalecana konstrukcja zapobiega pienieniu się ciekłego freonu, zwiększa niezawodność i zapewnia intensywniejsze dochłodzenie ciekłego czynnika chłodniczego, co z kolei prowadzi do zwiększenia wydajności chłodniczej agregatu chłodniczego.
WYKAZ WYKORZYSTANYCH ŹRÓDEŁ LITERACKICH
1. Zelikovsky o wymiennikach ciepła małych maszyn chłodniczych. - M.: Przemysł spożywczy, lata 19.
2. Jony produkowane na zimno. - Kaliningrad: Książka. wydawnictwo, 19 s.
3. Agregaty chłodnicze Daniłowa. - M.: Agropromizdat, 19с.
POPRAWA WYDAJNOŚCI INSTALACJI CHŁODNICZYCH DZIĘKI PRZECHŁODZENIU CZYNNIKA CHŁODNICZEGO
N. V. Lubimov, Y. N. Slastichin, N. M. Ivanova
Przechłodzenie ciekłego freonu przed parownikiem pozwala zwiększyć wydajność chłodniczą maszyny chłodniczej. W tym celu możemy zastosować regeneracyjne wymienniki ciepła i przechłodnice. Ale bardziej skuteczny jest supercooler z wrzeniem ciekłego freonu w rurach.
wydajność chłodnicza, przechłodzenie, przechłodzenie
2.1. NORMALNA PRACA
Spójrzmy na diagram na ryc. 2.1, przedstawiający przekrój skraplacza chłodzonego powietrzem podczas normalnej pracy. Załóżmy, że do skraplacza wpływa czynnik chłodniczy R22.
Punkt A. Pary R22 przegrzane do temperatury około 70°C opuszczają rurę tłoczną sprężarki i wchodzą do skraplacza pod ciśnieniem około 14 barów.
Linia A–B. Przegrzanie pary zmniejsza się przy stałym ciśnieniu.
Punkt B. Pojawiają się pierwsze krople płynu R22. Temperatura wynosi 38°C, ciśnienie nadal około 14 barów.
Linia B–C. Cząsteczki gazu nadal się kondensują. Pojawia się coraz więcej cieczy, pozostaje coraz mniej pary.
Ciśnienie i temperatura pozostają stałe (14 barów i 38°C) zgodnie z zależnością ciśnienie-temperatura dla R22.
Punkt C. Ostatnie cząsteczki gazu kondensują się w temperaturze 38°C; w obwodzie nie ma nic poza cieczą. Temperatura i ciśnienie pozostają stałe i wynoszą odpowiednio około 38°C i 14 barów.
Linia C–D. Cały czynnik chłodniczy uległ skropleniu; ciecz nadal się ochładza pod wpływem powietrza chłodzącego skraplacz za pomocą wentylatora.
Punkt D R22 na wylocie skraplacza występuje tylko w fazie ciekłej. Ciśnienie nadal wynosi około 14 barów, ale temperatura płynu spadła do około 32°C.
Informacje na temat zachowania mieszanych czynników chłodniczych, takich jak wodorochlorofluorowęglowodory (HCFC) przy dużym poślizgu temperaturowym, można znaleźć w paragrafie B w sekcji 58.
Informacje o zachowaniu czynników chłodniczych wodorofluorowęglowych (HFC), takich jak R407C i R410A, można znaleźć w rozdziale 102.
Zmianę stanu fazowego R22 w kondensatorze można przedstawić w następujący sposób (patrz ryc. 2.2).
Od A do B. Obniżenie przegrzania par R22 z 70 do 38°C (strefa A-B to strefa usuwania przegrzania w skraplaczu).
W punkcie B pojawiają się pierwsze krople cieczy R22.
Od B do C. Kondensacja R22 w temperaturze 38°C i 14 barach (strefa B-C to strefa kondensacji w skraplaczu).
W punkcie C skrapla się ostatnia cząsteczka pary.
Od C do D. Dochłodzenie ciekłego R22 z 38 do 32°C (strefa C-D to strefa dochłodzenia ciekłego R22 w skraplaczu).
Podczas całego procesu ciśnienie pozostaje stałe, równe wskazaniu na manometrze HP (w naszym przypadku 14 bar).
Rozważmy teraz, jak zachowuje się w tym przypadku powietrze chłodzące (patrz rys. 2.3).
Powietrze zewnętrzne, które chłodzi skraplacz i wpływa do niego o temperaturze na wlocie 25°C, zostaje podgrzane do 31°C, odbierając ciepło wytwarzane przez czynnik chłodniczy.
Zmiany temperatury powietrza chłodzącego przechodzącego przez skraplacz oraz temperatury skraplacza możemy przedstawić w formie wykresu (patrz rys. 2.4), gdzie:
taa- temperatura powietrza na wlocie skraplacza.
tas- temperatura powietrza na wylocie ze skraplacza.
tk- temperatura skraplania odczytywana z manometru HP.
A6(czytaj: delta theta) różnica temperatur.
Ogólnie rzecz biorąc, w skraplaczach chłodzonych powietrzem różnica temperatur w powietrzu A0 = (smak-tae) ma wartości od 5 do 10 K (w naszym przykładzie 6 K).
Różnica pomiędzy temperaturą skraplania a temperaturą powietrza na wylocie skraplacza jest również rzędu 5 do 10 K (w naszym przykładzie 7 K).
Zatem całkowita różnica temperatur ( tk-tae) może wynosić od 10 do 20 K (z reguły jego wartość wynosi około 15 K, ale w naszym przykładzie jest to 13 K).
Pojęcie całkowitej różnicy temperatur jest bardzo ważne, ponieważ dla danego kondensatora wartość ta pozostaje prawie stała.
Korzystając z wartości podanych w powyższym przykładzie można powiedzieć, że dla temperatury powietrza zewnętrznego na wlocie do skraplacza równej 30°C (tj. tae = 30°C) temperatura skraplania tk powinna wynosić:
tae + dbtot = 30 + 13 = 43°C,
co odpowiadałoby odczytowi manometru wysokiego ciśnienia około 15,5 bara dla R22; 10,1 bara dla R134a i 18,5 bara dla R404A.
| 2.2. DOCHŁODZENIE W SKRAPLACZACH CHŁODZONYCH POWIETRZEM |
Jeden z najbardziej ważne cechy Podczas pracy obiegu chłodniczego nie ulega wątpliwości, że istotny jest stopień przechłodzenia cieczy na wylocie ze skraplacza.
Przechłodzeniem cieczy będziemy nazywać różnicę między temperaturą skraplania cieczy przy danym ciśnieniu a temperaturą samej cieczy przy tym samym ciśnieniu.
Wiemy, że temperatura skraplania wody pod ciśnieniem atmosferycznym wynosi 100°C. Zatem pijąc szklankę wody o temperaturze 20°C, z punktu widzenia termofizyki, pijemy wodę przechłodzoną o 80 K!
W skraplaczu dochłodzenie definiuje się jako różnicę pomiędzy temperaturą skraplania (odczytywaną z manometru HP) a temperaturą cieczy mierzoną na wylocie ze skraplacza (lub w odbiorniku).
W przykładzie pokazanym na rys. 2,5, dochłodzenie P/O = 38 - 32 = 6 K.
Normalna wartość dochłodzenia czynnika chłodniczego w skraplaczach chłodzonych powietrzem mieści się zwykle w przedziale od 4 do 7 K.
Gdy ilość przechłodzenia wykracza poza normalny zakres temperatur, często wskazuje to na nieprawidłowy proces operacyjny.
Dlatego poniżej przeanalizujemy różne przypadki nienormalna hipotermia.
| 2.3. ANALIZA PRZYPADKÓW NIENORMALNOŚCI HIPOCHŁODZENIA. |
Jedną z największych trudności w pracy mechanika jest to, że nie widzi on procesów zachodzących wewnątrz rurociągów i w obiegu chłodniczym. Jednakże pomiar ilości przechłodzenia może zapewnić stosunkowo dokładny obraz zachowania czynnika chłodniczego w obwodzie.
Należy zauważyć, że większość projektantów dobiera kondensatory chłodzone powietrzem tak, aby zapewnić dochłodzenie na wylocie skraplacza w zakresie od 4 do 7 K. Przyjrzyjmy się, co dzieje się w skraplaczu, jeśli wartość dochłodzenia wykracza poza ten zakres.
A) Zmniejszona hipotermia (zwykle poniżej 4 K).
Na ryc. 2.6 pokazuje różnicę w stanie czynnika chłodniczego wewnątrz skraplacza w warunkach normalnych i nienormalna hipotermia.
Temperatura w punktach tB = tc = tE = 38°C = temperatura skraplania tK. Pomiar temperatury w punkcie D daje wartość tD = 35°C, przechłodzenie 3 K.
Wyjaśnienie. Gdy obieg chłodniczy pracuje normalnie, ostatnie cząsteczki pary kondensują w punkcie C. Następnie ciecz chłodzi się dalej, a rurociąg na całej swojej długości (strefa C-D) wypełnia się fazą ciekłą, co pozwala na osiągnięcie normalnego wartość przechłodzenia (na przykład 6 K).
Jeżeli w skraplaczu brakuje czynnika chłodniczego, strefa C-D nie jest całkowicie wypełniona cieczą, pozostaje jedynie mały obszar Strefa ta jest całkowicie zajęta przez ciecz (strefa E-D), a jej długość nie jest wystarczająca do zapewnienia normalnego przechłodzenia.
W rezultacie, mierząc hipotermię w punkcie D, na pewno uzyskasz wartość niższą niż normalnie (w przykładzie na ryc. 2.6 - 3 K).
A im mniej czynnika chłodniczego będzie w instalacji, tym mniej będzie jego fazy ciekłej na wylocie ze skraplacza i tym mniejszy będzie stopień jego przechłodzenia.
W limicie, jeśli w obwodzie chłodniczym występuje znaczny niedobór czynnika chłodniczego, na wylocie skraplacza pojawi się mieszanina para-ciecz, której temperatura będzie równa temperaturze skraplania, to znaczy dochłodzenie być równy O K (patrz ryc. 2.7).
Zatem niewystarczające uzupełnienie czynnikiem chłodniczym zawsze prowadzi do zmniejszenia przechłodzenia.
Wynika z tego, że kompetentny mechanik nie będzie lekkomyślnie uzupełniał czynnika chłodniczego bez sprawdzenia, czy nie ma wycieków i bez upewnienia się, że przechłodzenie jest nienormalnie niskie!
Należy pamiętać, że w miarę dodawania czynnika chłodniczego do obwodu poziom cieczy w dolnej części skraplacza wzrośnie, powodując zwiększenie przechłodzenia.
Przejdźmy teraz do rozważenia zjawiska odwrotnego, czyli zbyt dużej hipotermii.
B) Zwiększona hipotermia (zwykle powyżej 7 tys.).
Wyjaśnienie. Widzieliśmy powyżej, że brak czynnika chłodniczego w obwodzie prowadzi do zmniejszenia przechłodzenia. Z drugiej strony na dnie skraplacza będzie gromadzić się nadmierna ilość czynnika chłodniczego.
W tym przypadku długość strefy skraplacza całkowicie wypełnionej cieczą zwiększa się i może zająć całą sekcja E-D. Zwiększa się ilość cieczy stykającej się z powietrzem chłodzącym, wzrasta również ilość przechłodzenia (w przykładzie na rys. 2.8 P/O = 9 K).
Podsumowując, zwracamy uwagę, że pomiar wielkości przechłodzenia jest idealny do diagnozowania procesu funkcjonowania klasycznego agregatu chłodniczego.
Podczas szczegółowa analiza typowych usterek, zobaczymy jak dokładnie zinterpretować dane z tych pomiarów w każdym konkretnym przypadku.
Zbyt małe przechłodzenie (poniżej 4 K) świadczy o braku czynnika chłodniczego w skraplaczu. Zwiększone przechłodzenie (ponad 7 K) wskazuje na nadmiar czynnika chłodniczego w skraplaczu.
Ciecz pod wpływem grawitacji gromadzi się na dnie skraplacza, dlatego wlot pary do skraplacza powinien zawsze znajdować się u góry. Dlatego opcje 2 i 4 są co najmniej dziwnym rozwiązaniem, które nie zadziała.
Różnica między opcjami 1 i 3 polega głównie na temperaturze powietrza nawiewającego nad strefą hipotermiczną. W pierwszej opcji powietrze zapewniające dochłodzenie wchodzi do strefy dochłodzenia już ogrzanej, ponieważ przeszło przez skraplacz. Projekt trzeciej opcji należy uznać za najbardziej udany, ponieważ realizuje wymianę ciepła między czynnikiem chłodniczym a powietrzem zgodnie z zasadą przeciwprądu.
Ta opcja ma najlepsze cechy wymianę ciepła i projekt instalacji jako całości.
Pomyśl o tym, jeśli jeszcze nie zdecydowałeś, w którym kierunku poprowadzić powietrze chłodzące (lub wodę) przez skraplacz.
Ryż. 1.21. Sema dendryt
Zatem mechanizm krystalizacji stopionego metalu przy dużych szybkościach chłodzenia jest zasadniczo odmienny, ponieważ wysoki stopień przechłodzenia osiąga się w małych objętościach stopionego metalu. Konsekwencją tego jest rozwój krystalizacji wolumetrycznej, która czyste metale może być jednorodny. Centra krystalizacji o wielkości większej od krytycznej są zdolne do dalszego wzrostu.
W przypadku metali i stopów najbardziej typową formą wzrostu jest dendryt, opisany po raz pierwszy w 1868 roku przez D.K. Czernow. Na ryc. 1.21 przedstawia szkic D.K. Czernow, wyjaśniając budowę dendrytu. Zwykle dendryt składa się z pnia (oś pierwszego rzędu), z którego odchodzą gałęzie - osie drugiego i kolejnych rzędów. Wzrost dendrytyczny zachodzi w określonych kierunkach krystalograficznych z rozgałęzieniami w regularnych odstępach czasu. W strukturach z siatkami sześcianów wyśrodkowanych na ścianie i na ciele, wzrost dendrytyczny zachodzi w trzech wzajemnie prostopadłych kierunkach. Ustalono eksperymentalnie, że wzrost dendrytyczny obserwuje się tylko w przechłodzonym stopie. Szybkość wzrostu zależy od stopnia przechłodzenia. Problem teoretycznego określenia szybkości wzrostu w funkcji stopnia przechłodzenia nie został dotychczas rozwiązany. świadoma decyzja. Na podstawie danych eksperymentalnych uważa się, że zależność tę można w przybliżeniu uwzględnić w postaci V ~ (D T) 2.
Wielu badaczy uważa, że przy pewnym krytycznym stopniu przechłodzenia obserwuje się lawinowy wzrost liczby centrów krystalizacji zdolnych do dalszego wzrostu. Zarodkowanie coraz większej liczby nowych kryształów może przerwać wzrost dendrytów.
Ryż. 1,22. Transformacja struktur
Według najnowszych danych zagranicznych, wraz ze wzrostem stopnia przechłodzenia i gradientu temperatury przed frontem krystalizacji obserwuje się przemianę struktury szybko krzepnącego stopu z dendrytycznej w równoosiową, mikrokrystaliczną, nanokrystaliczną, a następnie w stan amorficzny (ryc. 1.22).
1.11.5. Amorfizacja w stopie
Na ryc. Rysunek 1.23 ilustruje wyidealizowany wykres TTT (transakcja czas-temperatura), wyjaśniający cechy krzepnięcia stopionych metali w zależności od szybkości chłodzenia.
Ryż. 1,23. Wykres TTT: 1 – umiarkowana szybkość chłodzenia:
2 – bardzo duża szybkość chłodzenia;
3 – pośrednia szybkość chłodzenia
Oś pionowa reprezentuje temperaturę, a oś pozioma przedstawia czas. Powyżej pewnej temperatury topnienia - T P faza ciekła (stop) jest stabilna. Poniżej tej temperatury ciecz ulega przechłodzeniu i staje się niestabilna, gdyż pojawia się możliwość zarodkowania i wzrostu centrów krystalizacji. Jednakże przy nagłym ochłodzeniu ruch atomów w silnie przechłodzonej cieczy może ustać i w temperaturze poniżej T3 utworzy się amorficzna faza stała. W przypadku wielu stopów temperatura, w której rozpoczyna się amorfizacja - ТЗ mieści się w zakresie od 400 do 500 ° C. Większość tradycyjnych wlewków i odlewów schładza się powoli zgodnie z krzywą 1 na ryc. 1,23. Podczas chłodzenia pojawiają się i rosną centra krystalizacji, tworząc krystaliczną strukturę stopu w stanie stałym. Przy bardzo dużej szybkości chłodzenia (krzywa 2) tworzy się amorficzna faza stała. Interesująca jest także pośrednia szybkość chłodzenia (krzywa 3). W tym przypadku możliwa jest mieszana wersja krzepnięcia z obecnością zarówno struktur krystalicznych, jak i amorficznych. Opcja ta występuje w przypadku, gdy rozpoczęty proces krystalizacji nie ma czasu na zakończenie w czasie schładzania do temperatury T3. Opcja mieszana krzepnięcie z utworzeniem małych cząstek amorficznych ilustruje uproszczony schemat przedstawiony na rys. 1,24.
Ryż. 1,24. Schemat powstawania małych cząstek amorficznych
Po lewej stronie na tym rysunku znajduje się duża kropla stopu zawierająca 7 ośrodków krystalizacji zdolnych do późniejszego wzrostu. W środku ta sama kropla jest podzielona na 4 części, z których jedna nie zawiera centrów krystalizacji. Cząstka ta stwardnieje i przybierze postać amorficzną. Po prawej stronie rysunku pierwotna cząstka jest podzielona na 16 części, z których 9 stanie się amorficzne. Na ryc. 1,25. przedstawiono rzeczywistą zależność liczby cząstek amorficznych wysokostopowego stopu niklu od wielkości cząstek i intensywności chłodzenia w środowisku gazowym (argon, hel).
Ryż. 1,25. Zależność liczby amorficznych cząstek stopu niklu
wielkość cząstek i intensywność chłodzenia w środowisku gazowym
Przejście stopionego metalu w stan amorficzny, czyli jak to się nazywa, szklisty jest procesem złożonym i zależnym od wielu czynników. W zasadzie wszystkie substancje można otrzymać w stanie amorficznym, ale czyste metale wymagają tak dużych szybkości chłodzenia, których nie są jeszcze w stanie zapewnić nowoczesne środki techniczne. Jednocześnie stopy wysokostopowe, w tym stopy eutektyczne metali z metaloidami (B, C, Si, P), krzepną w stanie amorficznym przy niższych szybkościach chłodzenia. W tabeli Tabela 1.9 pokazuje krytyczne szybkości chłodzenia podczas amorfizacji niklu i niektórych stopów.
Tabela 1.9
Jedną z największych trudności w pracy mechanika jest to, że nie widzi on procesów zachodzących wewnątrz rurociągów i w obiegu chłodniczym. Jednakże pomiar ilości przechłodzenia może zapewnić stosunkowo dokładny obraz zachowania czynnika chłodniczego w obwodzie.
Należy zauważyć, że większość projektantów dobiera kondensatory chłodzone powietrzem tak, aby zapewnić dochłodzenie na wylocie skraplacza w zakresie od 4 do 7 K. Przyjrzyjmy się, co dzieje się w skraplaczu, jeśli wartość dochłodzenia wykracza poza ten zakres.
A) Zmniejszona hipotermia (zwykle poniżej 4 K).
Ryż. 2.6
Na ryc. 2.6 pokazuje różnicę stanu czynnika chłodniczego wewnątrz skraplacza podczas normalnego i nieprawidłowego przechłodzenia. Temperatura w punktach tв=tc=te=38°С = temperatura skraplania tк. Pomiar temperatury w punkcie D daje wartość td=35°C, przechłodzenie 3 K.
Wyjaśnienie. Gdy obieg chłodniczy pracuje normalnie, ostatnie cząsteczki pary kondensują w punkcie C. Następnie ciecz chłodzi się dalej, a rurociąg na całej swojej długości (strefa C-D) wypełnia się fazą ciekłą, co pozwala na osiągnięcie normalnego wartość przechłodzenia (na przykład 6 K).
Jeżeli w skraplaczu brakuje czynnika chłodniczego, strefa C-D nie jest całkowicie wypełniona cieczą; tylko niewielka część tej strefy jest całkowicie zajęta cieczą (strefa E-D), a jej długość nie jest wystarczająca do zapewnienia normalnego dochłodzenia.
W rezultacie mierząc hipotermię w punkcie D, na pewno uzyskasz wartość niższą niż normalnie (w przykładzie na rycinie 2.6 - 3 K).
A im mniej czynnika chłodniczego będzie w instalacji, tym mniej będzie jego fazy ciekłej na wylocie ze skraplacza i tym mniejszy będzie stopień jego przechłodzenia.
W limicie, jeśli w obwodzie chłodniczym występuje znaczny niedobór czynnika chłodniczego, na wylocie skraplacza pojawi się mieszanina para-ciecz, której temperatura będzie równa temperaturze skraplania, to znaczy dochłodzenie być równe 0 K (patrz rysunek 2.7).
Ryż. 2.7
tв=td=tk=38°С. Wartość dochłodzenia P/O = 38–38=0 K.
Zatem niewystarczające uzupełnienie czynnikiem chłodniczym zawsze prowadzi do zmniejszenia przechłodzenia.
Wynika z tego, że kompetentny mechanik nie będzie lekkomyślnie dodawał czynnika do instalacji bez sprawdzenia, czy nie ma wycieków i bez upewnienia się, że przechłodzenie jest nienormalnie niskie!
Należy pamiętać, że w miarę dodawania czynnika chłodniczego do obwodu poziom cieczy w dolnej części skraplacza wzrośnie, powodując zwiększenie przechłodzenia.
Przejdźmy teraz do rozważenia zjawiska odwrotnego, czyli zbyt dużej hipotermii.
B) Zwiększona hipotermia (zwykle powyżej 7 K).
Ryż. 2.8
tв=te=tk= 38°С. td = 29°C, zatem hipotermia P/O = 38-29 = 9 K.
Wyjaśnienie. Widzieliśmy powyżej, że brak czynnika chłodniczego w obwodzie prowadzi do zmniejszenia przechłodzenia. Z drugiej strony na dnie skraplacza będzie gromadzić się nadmierna ilość czynnika chłodniczego.
W tym przypadku długość strefy skraplacza całkowicie wypełnionej cieczą wzrasta i może zajmować cały odcinek E-D. Zwiększa się ilość cieczy stykającej się z powietrzem chłodzącym, wzrasta również ilość przechłodzenia (w przykładzie na rys. 2.8 P/O = 9 K).
Podsumowując, zwracamy uwagę, że pomiar wielkości przechłodzenia jest idealny do diagnozowania procesu funkcjonowania klasycznego agregatu chłodniczego.
W trakcie szczegółowej analizy typowych usterek zobaczymy, jak dokładnie zinterpretować dane z tych pomiarów w każdym konkretnym przypadku.
Zbyt małe przechłodzenie (poniżej 4 K) świadczy o braku czynnika chłodniczego w skraplaczu. Zwiększone przechłodzenie (ponad 7 K) wskazuje na nadmiar czynnika chłodniczego w skraplaczu.
2.4. ĆWICZENIA
Wybierz jedną z 4 konstrukcji skraplaczy chłodzonych powietrzem pokazanych na rys. 3. 2.9, ten, który Twoim zdaniem jest najlepszy. Wyjaśnij dlaczego?
Ryż. 2.9
Ciecz pod wpływem grawitacji gromadzi się na dnie skraplacza, dlatego wlot pary do skraplacza powinien zawsze znajdować się u góry. Dlatego opcje 2 i 4 są co najmniej dziwnym rozwiązaniem, które nie zadziała.
Różnica między opcjami 1 i 3 polega głównie na temperaturze powietrza nawiewającego nad strefą hipotermiczną. W pierwszej opcji powietrze zapewniające dochłodzenie wchodzi do strefy dochłodzenia już ogrzanej, ponieważ przeszło przez skraplacz. Projekt trzeciej opcji należy uznać za najbardziej udany, ponieważ realizuje wymianę ciepła między czynnikiem chłodniczym a powietrzem zgodnie z zasadą przeciwprądu. Ta opcja ma najlepsze właściwości przenoszenia ciepła i ogólny projekt instalacji.
Pomyśl o tym, jeśli jeszcze nie zdecydowałeś, w którym kierunku poprowadzić powietrze chłodzące (lub wodę) przez skraplacz.
- Wpływ temperatury i ciśnienia na stan czynników chłodniczych
- Dochłodzenie w skraplaczach chłodzonych powietrzem
- Analiza przypadków nieprawidłowej hipotermii
Przez przechłodzenie kondensatu rozumiemy obniżenie temperatury kondensatu w porównaniu do temperatury pary nasyconej wchodzącej do skraplacza. Zauważono powyżej, że ilość przechłodzenia kondensatu zależy od różnicy temperatur t N -T Do .
Dochłodzenie kondensatu prowadzi do zauważalnego spadku sprawności instalacji, gdyż wraz z dochłodzeniem kondensatu wzrasta ilość ciepła oddawanego w skraplaczu do wody chłodzącej. Wzrost przechłodzenia kondensatu o 1°C powoduje nadmierne zużycie paliwa w instalacjach bez ogrzewania regeneracyjnego podawać wodę o 0,5%. Dzięki regeneracyjnemu podgrzewaniu wody zasilającej nadmierne zużycie paliwa w instalacji jest nieco mniejsze. W nowoczesne instalacje w obecności skraplaczy typu regeneracyjnego, przechłodzenie kondensatu w normalnych warunkach pracy agregat skraplający nie przekracza 0,5-1°C. Przechłodzenie kondensatu jest spowodowane następującymi przyczynami:
a) naruszenie gęstości powietrza w układzie próżniowym i zwiększone zasysanie powietrza;
B) wysoki poziom kondensat w skraplaczu;
c) nadmierny przepływ wody chłodzącej przez skraplacz;
d) wady konstrukcyjne kondensatora.
Zwiększanie zawartości powietrza w parze-powietrzu
mieszanina prowadzi do wzrostu ciśnienia cząstkowego powietrza i odpowiednio do zmniejszenia ciśnienia cząstkowego pary wodnej w stosunku do pełne ciśnienie mieszaniny. W rezultacie temperatura nasyconej pary wodnej, a w konsekwencji temperatura kondensatu, będzie niższa niż przed wzrostem zawartości powietrza. Zatem jednym z ważnych działań mających na celu ograniczenie przechłodzenia kondensatu jest zapewnienie dobrej gęstości powietrza w układzie próżniowym zespołu turbinowego.
Przy znacznym wzroście poziomu kondensatu w skraplaczu może wystąpić zjawisko obmywania przez kondensat dolnych rzędów rurek chłodzących, w wyniku czego kondensat ulegnie przechłodzeniu. Dlatego należy zadbać o to, aby poziom kondensatu znajdował się zawsze poniżej dolnego rzędu rurek chłodzących. Najlepszy środek zapobiegający niedopuszczalnemu wzrostowi poziomu kondensatu jest urządzeniem do automatycznej regulacji jego poziomu w skraplaczu.
Nadmierny przepływ wody przez skraplacz, zwłaszcza w niskich temperaturach, będzie prowadził do wzrostu podciśnienia w skraplaczu na skutek spadku ciśnienia cząstkowego pary wodnej. Dlatego też przepływ wody chłodzącej przez skraplacz należy regulować w zależności od obciążenia parą skraplacza i temperatury wody chłodzącej. Przy odpowiedniej regulacji przepływu wody chłodzącej w skraplaczu zostanie utrzymana ekonomiczna próżnia, a przechłodzenie kondensatu nie przekroczy minimalna wartość dla danego kondensatora.
Przechłodzenie kondensatu może nastąpić z powodu wad konstrukcyjnych skraplacza. W niektórych konstrukcjach skraplaczy, w wyniku ścisłego ułożenia rurek chłodzących i ich nieodpowiedniego rozmieszczenia wzdłuż ścian rur, powstaje duży opór pary, sięgający w niektórych przypadkach 15-18 mm Hg. Sztuka. Wysoka oporność pary skraplacza prowadzi do znacznego spadku ciśnienia powyżej poziomu kondensatu. Spadek ciśnienia mieszaniny powyżej poziomu kondensatu następuje w wyniku spadku ciśnienia cząstkowego pary wodnej. Zatem temperatura kondensatu jest znacznie niższa niż temperatura pary nasyconej wchodzącej do skraplacza. W takich przypadkach, w celu ograniczenia przechłodzenia kondensatu, konieczne jest dokonanie zmian konstrukcyjnych, a mianowicie usunięcie części rur chłodzących w celu zainstalowania korytarzy w wiązce rur i zmniejszenia oporu pary wodnej skraplacza.
Należy pamiętać, że usunięcie części rurek chłodzących i wynikające z tego zmniejszenie powierzchni chłodzącej skraplacza prowadzi do wzrostu obciążenia właściwego skraplacza. Jednakże zwiększenie właściwego obciążenia parą jest zwykle całkiem akceptowalne, ponieważ starsze konstrukcje skraplaczy mają stosunkowo niskie właściwe obciążenie parą.
Przeanalizowaliśmy główne zagadnienia obsługi urządzeń agregatów skraplających turbina parowa. Z powyższego wynika, że główną uwagę podczas eksploatacji agregatu skraplającego należy zwrócić na utrzymanie ekonomicznej próżni w skraplaczu oraz zapewnienie minimalnego przechłodzenia kondensatu. Te dwa parametry w istotny sposób wpływają na sprawność zespołu turbinowego. W tym celu konieczne jest utrzymanie dobrej gęstości powietrza system próżniowy turbozespoły, zapewniają prawidłową pracę urządzeń odpowietrzających, pomp obiegowych i kondensatu, utrzymują rury skraplacza w czystości, monitorują gęstość wody w skraplaczu, zapobiegają wzrostowi zasysania wody surowej, zapewniają prawidłową pracę urządzeń chłodniczych. Znajdujące się na instalacji oprzyrządowanie, automatyczne regulatory, urządzenia sygnalizacyjne i sterujące pozwalają personelowi utrzymania ruchu monitorować stan urządzeń i tryb pracy instalacji oraz utrzymywać takie tryby pracy, które zapewniają wysoce ekonomiczną i niezawodną pracę instalacji.
Załadunek...