Підвищення ефективності роботи холодильної
установки за рахунок переохолодження холодоагенту
ФГОУ ВПО «Балтійська державна академія рибопромислового флоту»,
Росія, *****@***ru
Зменшення споживання електричної енергіїє дуже важливим аспектомжиття у зв'язку з енергетичною ситуацією, що склалася в країні і в світі. Зниження енергоспоживання холодильними установками можна досягти підвищенням холодопродуктивності холодильних установок. Останнє може бути здійснено за допомогою різних видів переохолоджувачів. Таким чином, розглянуті різні видипереохолоджувачів і розроблений найбільш ефективний.
холодопродуктивність, переохолодження, регенеративний теплообмінник, переохолоджувач, міжтрубне кипіння, кипіння всередині труб
За рахунок переохолодження рідкого холодоагенту перед дроселюванням може бути досягнуто значного підвищення ефективності роботи холодильної установки. Переохолодження холодоагенту можна досягти за рахунок установки переохолоджувача. Переохолоджувач рідкого холодильного агента, що йде з конденсатора при тиску конденсації до регулюючого вентиля, призначений для охолодження нижче температури конденсації. Існують різні способипереохолодження: за рахунок кипіння рідкого холодильного агента при проміжному тиску, за рахунок пароподібного агента, що виходить з випарника, та за допомогою води. Переохолодження рідкого холодильного агента дозволяє збільшити продуктивність холодильної установки.
Одним із видів теплообмінних апаратів, призначених для переохолодження рідкого холодоагенту, є регенеративні теплообмінники. В апаратах цього виду переохолодження холодильного агента досягається за рахунок пароподібного агента, що виходить із випарника.
У регенеративних теплообмінниках відбувається теплообмін між рідким холодильним агентом, що йде з ресивера до регулюючого вентиля, та пароподібним агентом, що виходить з випарника. Регенеративні теплообмінники використовуються для виконання однієї або кількох таких функцій:
1) підвищення термодинамічної ефективності холодильного циклу;
2) переохолодження рідкого холодильного агента для запобігання пароутворенню перед регулюючим вентилем;
3) випаровування невеликої кількості рідини, що виноситься з випарника. Іноді при використанні випарників затопленого типу багатий маслом шар рідини навмисно відводять у лінію для забезпечення повернення масла. У цих випадках регенеративні теплообмінники служать випаровування рідкого холодильного агента з розчину.
На рис. 1 представлена схема встановлення РТ.
Рис.1. Схема установки регенеративного теплообмінника
Fig. 1. scheme of installation of the regenerative heat exchanger
Найпростіша форма теплообмінника виходить при металевому контакті (зварюванні, пайці) між рідинним та паровим трубопроводами для забезпечення протитечії. Обидва трубопроводи покриваються ізоляцією як єдине ціле. Для забезпечення максимальної продуктивності рідинна лінія повинна бути розміщена нижче всмоктувальної, оскільки рідина у всмоктувальному трубопроводі може текти вздовж нижньої твірної .
Найбільшого поширення у вітчизняній промисловості та за кордоном набули кожугоспмійникові та кожухотрубні регенеративні теплообмінники. У малих холодильних машинах, що випускаються зарубіжними фірмами, іноді використовуються змійникові теплообмінники спрощеної конструкції, в якій рідинна трубка навивається на всмоктувальну. Фірма «Данхем-Баш» (Dunham-Busk, США) для покращення теплопередачі навитий на всмоктуючу лінію рідинний змійовик заливає алюмінієвим сплавом. Всмоктувальна лінія забезпечується внутрішніми гладкими поздовжніми ребрами, що забезпечують хорошу тепловіддачу до пари за мінімального гідравлічного опору. Ці теплообмінники призначені для холодопродуктивності установок менше 14 кВт.
Для установок середньої та великої продуктивності широко застосовуються кожугоспмійникові регенеративні теплообмінники. В апаратах цього типу рідинний змійовик (або кілька паралельних змійовиків), навитий навколо витискувача, поміщений у циліндричний посуд. Пара проходить в кільцевому просторі між витіснячем і кожухом, при цьому забезпечується повніше омивання парою поверхні рідинного змійовика. Змійовик виготовляється з гладких, а частіше з оребрених зовні труб.
При використанні теплообмінників типу "труба в трубі" (як правило, для малих холодильних машин) особливу увагуприділяють інтенсифікації теплообміну в апараті. З цією метою або застосовують оребрені труби, або використовують всілякі вставки (дротяні, стрічкові і т. д.) у паровій області або в паровій та рідинній областях (рис. 2).
Рис.2. Теплообмінник регенеративний типу «труба в трубі»
Fig. 2. Regenerative heat exchanger type “pipe in pipe”
Переохолодження за рахунок кипіння рідкого холодильного агента при проміжному тиску може здійснюватися у проміжних судинах та економайзерах.
У низькотемпературних холодильних установках двоступінчастого стиснення робота проміжної судини, що встановлюється між компресорами першого та другого ступенів, багато в чому визначає термодинамічну досконалість та економічність роботи всієї холодильної установки. Проміжний посуд виконує такі функції:
1) «збивши» перегріву пари після компресора першого ступеня, що призводить до зменшення роботи, що витрачається ступенем високого тиску;
2) охолодження рідкого холодоагенту перед надходженням його до регулюючого вентиля до температури, близької або рівної температури насичення при проміжному тиску, що забезпечує зниження втрат у регулювальному вентилі;
3) часткове відділення олії.
Залежно від типу проміжної судини (змійникова або беззмієвикова) здійснюється схема з одно- або двоступінчастим дроселюванням рідкого холодоагенту. У безнасосних системах кращим є застосування проміжних змійникових судин, в яких рідина знаходиться під тиском конденсації, що забезпечує подачу рідкого хладагента в випарну систему багатоповерхових холодильників.
Наявність змійовика виключає також додаткове замаслювання рідини у проміжному посудині.
У насосно-циркуляційних системах, де подача рідини у випарну систему забезпечується за рахунок напору насоса, можуть бути застосовані беззмієві проміжні судини. Використання в даний час у схемах холодильних установок ефективних масловідділювачів (промивних або циклонних на стороні нагнітання, гідроциклонів - у випарній системі) також робить можливим застосуваннябеззмійникових проміжних судин - апаратів більш ефективних і простіших конструктивне виконання.
Переохолодження водою може досягатися у протиточних переохолоджувачах.
На рис. 3 показаний двотрубний протиточний переохолоджувач. Він складається з однієї або двох секцій, зібраних із послідовно включених подвійних труб (труба у трубі). Внутрішні труби з'єднані чавунними калачами, зовнішні – зварені. Рідка робоча речовина протікає в міжтрубному просторі в протитік охолоджуючої води, що рухається внутрішніми трубами. Труби – сталеві безшовні. Температура виходу робочої речовини з апарату зазвичай на 2-3 ° С вище температури охолоджуючої води .
труба в трубі"), в кожну з яких через розподільник подається рідкий холодоагент, а в міжтрубний простір надходить холодильний агент з лінійного ресивера, основним недоліком є обмежений термін служби через швидкий вихід з ладу розподільника. Проміжний посуд, у свою чергу, можна використовувати тільки для систем охолодження, що працюють на аміаку.
 |
Рис. 4. Ескіз переохолоджувача рідкого фреону з кипінням у міжтрубному просторі
Fig. 4. Скотч supercooler with boiling of liquid Freon in intertubes space
Найбільш підходящим пристроєм є переохолоджувач рідкого фреону з кипінням міжтрубному просторі. Схема такого переохолоджувача представлена на рис. 4.
Конструктивно він являє собою кожухотрубний теплообмінний апарат, в міжтрубному просторі якого кипить холодильний агент, труби надходить холодоагент з лінійного ресивера, переохолоджується і потім подається до випарника. Основним недоліком такого переохолоджувача є спінювання рідкого фреону за рахунок утворення масляної плівки на поверхні, що призводить до необхідності наявності спеціального пристрою для видалення масла.
Таким чином, була розроблена конструкція, в якій пропонується рідкий холодильний агент, що переохолоджується, з лінійного ресивера подавати в міжтрубний простір, а в трубах забезпечити (шляхом попереднього дроселювання) кипіння холодильного агента. Це технічне рішенняпояснюється рис. 5.
Рис. 5. Ескіз переохолоджувача рідкого фреону з кипінням усередині труб
Fig. 5. Смітник supercooler with boiling of liquid Freon inside pipes
Дана схема пристрою дозволяє спростити конструкцію переохолоджувача, виключаючи з неї пристрій видалення масла з поверхні рідкого фреону.
Пропонований переохолоджувач рідкого фреону (економайзер) являє собою корпус, що містить пакет теплообмінних труб з внутрішнім оребренієм, також патрубок для входу холодоагенту, патрубок для виходу охолодженого холодоагенту, патрубки для входу сдросселірованного хладагента.
Конструкція, що рекомендується, дозволяє уникнути спінювання рідкого фреону, підвищити надійність і забезпечити більш інтенсивне переохолодження рідкого холодоагенту, що, у свою чергу, веде до збільшення холодопродуктивності холодильної установки.
СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ЛІТЕРАТУРНИХ ДЖЕРЕЛОВ
1. Зеліковський по теплообмінних апаратах малих холодильних машин. - М: Харчова промисловість, 19с.
2. Іони виробництва холоду. - Калінінград: Кн. вид-во, 19с.
3. Данилова апарати холодильних установок. - М: Агропромиздат, 19с.
IMPROVING THE EFFICIENCY OF REFRIGERATING PLANTS DUE SUPERCOOLING OF REFRIGERANT
N. V. Lubimov, Y. N. Slastichin, N. M. Ivanova
Supercooling of liquid Freon в front of evaporator дозволить збільшити рефрижерацію сили реферетингу машини. Для цього ми можемо використовувати regenerative heat exchangers and supercoolers. Але більш ефективним є supercooler with boiling of liquid Freon inside pipes.
кefrigerating capacity, supercooling, supercooler
2.1. НОРМАЛЬНА РОБОТА
Розглянемо схему на рис. 2.1, що представляє конденсатор повітряного охолодження при нормальній роботі у розрізі. Припустимо, що в конденсатор надходить холодоагент R22.
Крапка А.Пари R22, перегріті до температури близько 70°С, залишають патрубок компресора, що нагнітає, і потрапляють в конденсатор при тиску близько 14 бар.
Лінія А-В.Перегрівання пари знижується при постійному тиску.
Крапка Ст.З'являються перші краплі рідини R22. Температура дорівнює 38°С, тиск, як і раніше, близько 14 бар.
Лінія В-С.Молекули газу продовжують конденсуватись. З'являється все більше і більше рідини, залишається менше і менше пари.
Тиск і температура залишаються постійними (14 бар і 38°С) відповідно до співвідношення "тиск-температура" для R22.
Крапка З.Останні молекули газу конденсуються за температури 38°С, крім рідини в контурі нічого немає. Температура і тиск залишаються постійними, становлячи близько 38°З 14 бар відповідно.
Лінія C-D. Весь холодоагент сконденсувався, рідина під дією повітря, що охолоджує конденсатор за допомогою вентилятора, продовжує охолоджуватися.
Крапка D. R22 на виході з конденсатора лише у рідкій фазі. Тиск, як і раніше, близько 14 бар, але температура рідини знизилася приблизно до 32°С.
Поведінка сумішевих холодоагентів типу гідрохлорфторугперодів (ГХФУ) з великим температурним глайдом див. у пункті Б розділу 58.
Поведінка холодоагентів типу гідрофторвуглеців (ДФУ), наприклад, R407C і R410A див. у розділі 102.
Зміну фазового стану R22 в конденсаторі можна подати так (див. рис. 2.2).
Від А до В. Зниження перегріву пари R22 від 70 до 38 ° С (зона А-В є зоною зняття перегріву в конденсаторі).
У точці з'являються перші краплі рідини R22.
Від В до С. Конденсація R22 при 38 ° С та 14 барах (зона В-С є зоною конденсації в конденсаторі).
У точці С сконденсувалася остання молекула пари.
Від З до D. Переохолодження рідкого R22 від 38 до 32°С (зона C-D є зоною переохолодження рідкого R22 в конденсаторі).
Протягом цього процесу тиск залишається постійним, рівним показанню манометра ВД (у разі 14 бар).
Розглянемо тепер, як поводиться при цьому повітря, що охолоджує (див. рис. 2.3).
Зовнішнє повітря, яке охолоджує конденсатор і надходить на вхід з температурою 25°С, нагрівається до 31°С, відбираючи тепло, що виділяється холодоагентом.
Ми можемо уявити зміни температури охолоджуючого повітря при його проходженні через конденсатор та температуру конденсатора у вигляді графіка (див. рис. 2.4) де:
tae- Температура повітря на вході в конденсатор.
tas-температура повітря на виході з конденсатора.
tK- температура конденсації, яка зчитується з манометра ВД.
А6(читається: дельта ця) різниця (перепад) температур.
Загалом у конденсаторах з повітряним охолодженням перепад температур повітрям А0 = (tas - tae) має значення від 5 до 10 До (у прикладі 6 До).
Значення різниці між температурою конденсації та температурою повітря на виході з конденсатора також має порядок від 5 до 10 К (у прикладі 7 К).
Таким чином, повний температурний напір ( tK - tae) може становити від 10 до 20 К (як правило, його значення знаходиться поблизу 15 К, а в нашому прикладі він дорівнює 13 К).
Поняття повного температурного напору дуже важливе, оскільки даного конденсатора ця величина залишається майже постійної.
Використовуючи величини, наведені у наведеному вище прикладі, можна говорити, що для температури зовнішнього повітря на вході в конденсатор, що дорівнює 30°С (тобто tae = 30°С), температура конденсації tk повинна бути дорівнює:
tae + Дбповн = 30 + 13 = 43 ° С,
що відповідатиме показанню манометра ВД близько 15,5 бар для R22; 10,1 бар для R134a та 18,5 бар для R404A.
| 2.2. ПЕРЕОХОЛОДЖЕННЯ В КОНДЕНСАТОРАХ З ПОВІТРЯНИМ ОХОЛОДЖЕННЯМ |
Однією з найбільш важливих характеристикпри роботі холодильного контуру, поза сумнівом, є ступінь переохолодження рідини на виході з конденсатора.
Переохолодженням рідини називатимемо різницю між температурою конденсації рідини при даному тиску і температурою самої рідини при цьому ж тиску.
Ми знаємо, що температура конденсації води за атмосферного тиску дорівнює 100°С. Отже, коли ви п'єте склянку води, що має температуру 20°С, з позиції теплофізики ви п'єте воду, переохолоджену на 80 К!
У конденсаторі переохолодження визначається як різниця між температурою конденсації (зчитується з манометра ВД) та температурою рідини, що вимірюється на виході з конденсатора (або в ресивері).
У прикладі, наведеному на рис. 2.5, переохолодження П/О = 38 - 32 = 6 К.
Нормальна величина переохолодження холодоагенту в конденсаторах з повітряним охолодженням, як правило, знаходиться в діапазоні від 4 до 7 К.
Коли величина переохолодження виходить за межі звичайного діапазону температур, часто вказує на аномальний перебіг робочого процесу.
Тому нижче ми проаналізуємо різні випадкианомального переохолодження.
| 2.3. АНАЛІЗ ВИПАДКУ АНОМАЛЬНОГО ПЕРЕОХОЛОДЖЕННЯ. |
Одна з найбільших складнощів у роботі ремонтника полягає в тому, що він не може бачити процесів, що відбуваються всередині трубопроводів та в холодильному контурі. Проте, вимірювання величини переохолодження може дозволити отримати відносно точну картину поведінки холодоагенту всередині контуру.
Зауважимо, що більшість конструкторів вибирають розміри конденсаторів з повітряним охолодженням таким чином, щоб забезпечити переохолодження на виході з конденсатора в діапазоні від 4 до 7 К. Розглянемо, що відбувається в конденсаторі, якщо величина переохолодження виходить за межі діапазону.
А) Знижене переохолодження (зазвичай, менше 4 К).
На рис. 2.6 наведено відмінність у стані холодоагенту всередині конденсатора при нормальному та аномальному переохолодженні.
Температура в точках tB = tc = tE = 38 ° С = температурі конденсації tK. Вимірювання температури в точці D дає значення tD = 35 °С, переохолодження 3 К.
Пояснення.Коли холодильний контур працює нормально, останні молекули пари конденсуються в точці С. Далі рідина продовжує охолоджуватися і трубопровід по всій довжині (зона C-D) заповнюється рідкою фазою, що дозволяє досягати нормальної величини переохолодження (наприклад, 6 К).
У разі нестачі холодоагенту в конденсаторі, зона C-D залита рідиною не повністю, є тільки невелика ділянкацієї зони, повністю зайнятий рідиною (зона E-D), та її довжини недостатньо, щоб забезпечити нормальне переохолодження.
В результаті, при вимірюванні переохолодження в точці D, ви обов'язково отримаєте його значення нижче за нормальне (у прикладі на рис. 2.6 - 3 К).
І чим менше буде холодоагенту в установці, тим менше буде його рідкої фази на виході з конденсатора і тим меншим буде його ступінь переохолодження.
У межі, при значній нестачі холодоагенту в контурі холодильної установки, на виході з конденсатора буде знаходитися парорідкісна суміш, температура якої дорівнюватиме температурі конденсації, тобто переохолодження є дорівнює ОК (див. рис. 2.7).
Таким чином, недостатнє заправлення холодоагенту завжди призводить до зменшення переохолодження.
Звідси випливає, що грамотний ремонтник не буде без оглядки додавати холодоагент в установку, не переконавшись у відсутності витоків і не впевнившись, що переохолодження аномально низько!
Зазначимо, що в міру дозаправки холодоагенту в контур рівень рідини в нижній частині конденсатора буде підвищуватися, викликаючи збільшення переохолодження.
Перейдемо тепер до розгляду протилежного явища, тобто надто великого переохолодження.
Б) Підвищене переохолодження (зазвичай, більше 7 к).
Пояснення.Вище ми переконалися, що нестача холодоагенту в контурі призводить до зменшення переохолодження. З іншого боку, надмірна кількість холодоагенту накопичуватиметься в нижній частині конденсатора.
В цьому випадку довжина зони конденсатора, повністю залита рідиною, збільшується і може займати весь ділянка E-D. Кількість рідини, що знаходиться в контакті з повітрям, що охолоджує, зростає і величина переохолодження, отже, теж стає більше (у прикладі на рис. 2.8 П/О = 9 К).
На закінчення вкажемо, що вимірювання величини переохолодження ідеальні для діагностики процесу функціонування класичної холодильної установки.
В ході детального аналізутипових несправностей ми побачимо як у кожному конкретному випадку безпомилково інтерпретувати дані цих вимірів.
Занадто мале переохолодження (менше 4 К) свідчить про нестачу холодоагенту в конденсаторі. Підвищене переохолодження (більше 7 К) вказує на надлишок холодоагенту в конденсаторі.
Під дією сили тяжіння рідина накопичується в нижній частині конденсатора, тому вхід пари в конденсатор завжди повинен розміщуватися зверху. Отже, варіанти 2 і 4 щонайменше є дивним рішенням, яке не буде працездатним.
Різниця між варіантами 1 і 3 полягає, головним чином, у температурі повітря, що обдуває зону переохолодження. У 1-му варіанті повітря, яке забезпечує переохолодження, надходить у зону переохолодження вже підігрітим, оскільки він пройшов через конденсатор. Найбільш вдалою слід вважати конструкцію 3-го варіанта, тому що в ній реалізований теплообмін між холодоагентом та повітрям за принципом протитечії.
Цей варіант має найкращі характеристикитеплообміну та конструкції установки в цілому.
Подумайте про це, якщо ви ще не вирішили, який напрямок проходження охолоджуючого повітря (або води) через конденсатор вибрати.
Рис. 1.21. Сема дендриту
Таким чином, механізм кристалізації металевих розплавів при високих швидкостях охолодження принципово відрізняється тим, що в малих обсягах розплаву досягається високий рівень переохолодження. Наслідком цього є розвиток об'ємної кристалізації, яка у чистих металівможе бути гомогенною. Центри кристалізації з розміром більше критичного здатні до подальшого зростання.
Для металів і сплавів найбільш типова дендритна форма зростання, вперше описана ще 1868 р. Д.К. Чорновим. На рис. 1.21 показаний ескіз Д.К. Чернова, що пояснює схему будови дендриту. Зазвичай дендрит складається із стовбура (вісь першого порядку), від якого йдуть гілки – осі другого та наступних порядків. Дендритне зростання протікає у певних кристалографічних напрямках з відгалуженнями через однакові проміжки. У структурах з ґратами гранецентрованого та об'ємно-центрованого кубів дендритне зростання йде у трьох взаємно перпендикулярних напрямках. Експериментально встановлено, що дендритне зростання спостерігається лише у переохолодженому розплаві. Швидкість зростання визначається ступенем переохолодження. Завдання теоретичного визначення швидкості зростання функції ступеня переохолодження ще отримала обґрунтованого рішення. Виходячи з експериментальних даних, вважають, що ця залежність приблизно може розглядатися у вигляді V ~ (D Т) 2 .
Багато дослідників вважають, що з певної критичної ступеня переохолодження спостерігається лавиноподібне збільшення числа центрів кристалізації, здатних до подальшого зростання. Зародження нових і нових кристалів може перервати дендритний зростання.
Рис. 1.22. Трансформація структур
За останніми зарубіжними даними, зі зростанням ступеня переохолодження і температурного градієнта перед фронтом кристалізації, спостерігається трансформація структури сплаву, що швидко затвердіває, від дендритної до рівноосної, мікрокристалічної, нанокристалічної і далі до аморфного стану (рис. 1.22).
1.11.5. Аморфізація розплаву
На рис. 1.23 ілюструється ідеалізована ТТТ-діаграма (Time-Temperature-Transaction), що пояснює особливості затвердіння легованих металевих розплавів залежно від швидкості охолодження.
Рис. 1.23. ТТТ-діаграма: 1 – помірна швидкість охолодження:
2 – дуже висока швидкість охолодження;
3 – проміжна швидкість охолодження
По вертикальній осі відкладено температуру, по горизонтальній – час. Вище деякої температури плавлення - Т П рідка фаза (розплав) стабільна. Нижче цієї температури рідина переохолоджується і стає нестабільною, оскільки з'являється можливість зародження та зростання центрів кристалізації. Однак при різкому охолодженні може виникнути припинення руху атомів сильно переохолодженої рідини і при температурі нижче Т З сформується аморфна тверда фаза. Для багатьох сплавів температура початку аморфізації - Т З лежить в межах від 400 до 500 ºC. Більшість традиційних зливків та виливків охолоджуються повільно відповідно до кривої 1 на рис. 1.23. За час охолодження виникають і зростають центри кристалізації, формуючи кристалічну структуру металу в твердому стані. При дуже високій швидкості охолодження (крива 2) утворюється тверда аморфна фаза. Представляє також інтерес проміжна швидкість охолодження (крива 3). Для цього випадку можливий змішаний варіант затвердіння з наявністю кристалічної, так і аморфної структури. Такий варіант має місце в тому випадку, коли процес кристалізації, що почався, не встигає завершитися за час охолодження до температури Т З. Змішаний варіантзатвердіння із формуванням дрібних аморфних частинок пояснюється спрощеною схемою, представленою на рис. 1.24.
Рис. 1.24. Схема формування дрібних аморфних частинок
Зліва на цьому малюнку зображена велика крапля розплаву, що містить в обсязі 7 центрів кристалізації, здатних до подальшого зростання. У середині ця сама крапля розділена на 4 частини, одна з яких не містить центрів кристалізації. Ця частка затвердіє аморфною. Справа на малюнку вихідна частка розділена на 16 частин, 9 з яких стануть аморфними. На рис. 1.25. представлена реальна залежність числа аморфних частинок високолегованого нікелевого сплаву від розміру частинок та інтенсивності охолодження у газовому середовищі (аргон, гелій).
Рис. 1.25. Залежність кількості аморфних частинок металу нікелю від
розміру частинок та інтенсивності охолодження в газовому середовищі
Перехід металевого розплаву в аморфний, або, як його ще називають, склоподібний стан є складним процесом і залежить від багатьох факторів. В принципі, всі речовини можна отримати в аморфному стані, але для чистих металів потрібні такі високі швидкості охолодження, які поки що не можуть бути забезпечені сучасними технічними засобами. У той же час високолеговані сплави, у тому числі евтектичні сплави металів з металоїдами (В, С, Si, Р), твердне в аморфному стані при нижчих швидкостях охолодження. У табл. 1.9 наведено критичні швидкості охолодження при аморфізації розплавів нікелю та деяких сплавів.
Таблиця 1.9
Одна з найбільших складнощів у роботі ремонтника полягає в тому, що він не може бачити процесів, що відбуваються всередині трубопроводів та в холодильному контурі. Проте, вимірювання величини переохолодження може дозволити отримати відносно точну картину поведінки холодоагенту всередині контуру.
Зауважимо, що більшість конструкторів вибирають розміри конденсаторів з повітряним охолодженням таким чином, щоб забезпечити переохолодження на виході з конденсатора в діапазоні від 4 до 7 К. Розглянемо, що відбувається в конденсаторі, якщо величина переохолодження виходить за межі діапазону.
А) Знижене переохолодження (зазвичай, менше 4 К).
Рис. 2.6
На рис. 2.6 наведено відмінність у стані холодоагенту всередині конденсатора при нормальному та аномальному переохолодженні. Температура у точках tв=tc=te=38°С = температурі конденсації tк. Вимірювання температури в точці D дає значення td=35 °С, переохолодження 3 К.
Пояснення. Коли холодильний контур працює нормально, останні молекули пари конденсуються в точці С. Далі рідина продовжує охолоджуватися і трубопровід по всій довжині (зона C-D) заповнюється рідкою фазою, що дозволяє досягати нормальної величини переохолодження (наприклад, 6 К).
У разі нестачі холодоагенту в конденсаторі, зона C-D залита рідиною не повністю, є тільки невелика ділянка цієї зони, повністю зайнята рідиною (зона Е-D), і її довжини недостатньо, щоб забезпечити нормальне переохолодження.
В результаті, при вимірюванні переохолодження в точці D, ви обов'язково отримаєте його значення нижче за нормальне (у прикладі на рисунку 2.6 — 3 К).
І чим менше буде холодоагенту в установці, тим менше буде його рідкої фази на виході з конденсатора і тим меншим буде його ступінь переохолодження.
У межі, при значній нестачі холодоагенту в контурі холодильної установки, на виході з конденсатора буде знаходитися парорідинна суміш, температура якої дорівнюватиме температурі конденсації, тобто переохолодження дорівнює 0 К (дивися малюнок 2.7).
Рис. 2.7
tв=td=tk=38°С. Значення переохолодження П/О = 38-38 = 0 К.
Таким чином, недостатнє заправлення холодоагенту завжди призводить до зменшення переохолодження.
Звідси випливає, що грамотний ремонтник не буде без оглядки додавати холодоагент в установку, не переконавшись у відсутності витоків і не переконавшись, що переохолодження аномально низьке!
Зазначимо, що в міру дозаправки холодоагенту в контур рівень рідини в нижній частині конденсатора буде підвищуватися, викликаючи збільшення переохолодження.
Перейдемо тепер до розгляду протилежного явища, тобто надто великого переохолодження.
Б) Підвищене переохолодження (зазвичай, більше 7 К).
Рис. 2.8
tв = te = tk = 38 ° С. td = 29 ° С, отже переохолодження П/О = 38-29 = 9 К.
Пояснення. Вище ми переконалися, що нестача холодоагенту в контурі призводить до зменшення переохолодження. З іншого боку, надмірна кількість холодоагенту накопичуватиметься в нижній частині конденсатора.
В цьому випадку довжина зони конденсатора, повністю залита рідиною, збільшується і може займати всю ділянку E-D. Кількість рідини, що знаходиться в контакті з повітрям, що охолоджує, зростає і величина переохолодження, отже, теж стає більше (у прикладі на рис. 2.8 П/О = 9 К).
На закінчення вкажемо, що вимірювання величини переохолодження ідеальні для діагностики процесу функціонування класичної холодильної установки.
У результаті детального аналізу типових несправностей ми побачимо як у кожному даному випадку безпомилково інтерпретувати дані цих вимірів.
Занадто мале переохолодження (менше 4 К) свідчить про нестачу холодоагенту в конденсаторі. Підвищене переохолодження (більше 7 К) вказує на надлишок холодоагенту в конденсаторі.
2.4. ВПРАВА
Виберіть із 4-х варіантів конструкцій конденсатора з повітряним охолодженням, представлених на рис. 2.9, той, який, на вашу думку, є найкращим. Поясніть чому?
Рис. 2.9
Під дією сили тяжіння рідина накопичується в нижній частині конденсатора, тому вхід пари в конденсатор завжди повинен розміщуватися зверху. Отже, варіанти 2 і 4 щонайменше є дивним рішенням, яке не буде працездатним.
Різниця між варіантами 1 і 3 полягає, головним чином, у температурі повітря, що обдуває зону переохолодження. У 1-му варіанті повітря, яке забезпечує переохолодження, надходить у зону переохолодження вже підігрітим, оскільки він пройшов через конденсатор. Найбільш вдалою слід вважати конструкцію 3-го варіанта, тому що в ній реалізований теплообмін між холодоагентом та повітрям за принципом протитечії. Цей варіант має найкращі характеристики теплообміну та конструкції установки в цілому.
Подумайте про це, якщо ви ще не вирішили, який напрямок проходження охолоджуючого повітря (або води) через конденсатор вибрати.
- Вплив температури та тиску на стан хладогенів
- Переохолодження в конденсаторах з повітряним охолодженням
- Аналіз випадків аномального переохолодження
Під переохолодженням конденсату розуміють зниження температури конденсату проти температури насиченої пари, що у конденсатор. Вище зазначалося, що величина переохолодження конденсату визначається різницею температур t н -t до .
Переохолодження конденсату призводить до помітного зниження економічності установки, так як з переохолодженням конденсату збільшується кількість тепла, що передається в конденсаторі води, що охолоджує. Збільшення переохолодження конденсату на 1 ° С викликає перевитрату палива в установках без регенеративного підігріву поживної водина 0,5%. При регенеративному підігріві живильної води перевитрата палива в установці виходить трохи меншою. В сучасних установкахза наявності конденсаторів регенеративного типу переохолодження конденсату за нормальних умов роботи конденсаційної установкивбирається у 0,5-1°С. Переохолодження конденсату викликається такими причинами:
а) порушенням повітряної щільності вакуумної системи та підвищеними присосами повітря;
б) високим рівнемконденсату у конденсаторі;
в) зайвою витратою води, що охолоджує, через конденсатор;
г) конструктивними вадами конденсатора.
Збільшення вмісту повітря в пароповітряній
суміші призводить до збільшення парціального тиску повітря і відповідно до зниження парціального тиску водяної пари по відношенню до повного тискусуміші. Внаслідок цього температура насиченої водяної пари, а отже, і температура конденсату буде нижчою, ніж було до збільшення вмісту повітря. Таким чином, одним із важливих заходів, спрямованих на зниження переохолодження конденсату, є забезпечення хорошої повітряної густини вакуумної системи турбоустановки.
При значному підвищенні рівня конденсату в конденсаторі може вийти таке явище, що нижні ряди трубок, що охолоджують, будуть омиватися конденсатом, внаслідок чого конденсат буде переохолоджуватися. Тому треба стежити за тим, щоб рівень конденсату був завжди нижчий за нижній ряд охолоджуючих трубок. Найкращим засобомПопередження неприпустимого підвищення рівня конденсату є пристрій автоматичного регулювання його в конденсаторі.
Надмірна витрата води через конденсатор, особливо при низькій її температурі, буде призводити до збільшення вакууму в конденсаторі внаслідок зменшення парціального тиску водяної пари. Тому витрата охолоджуючої води через конденсатор необхідно регулювати в залежності від парового навантаження на конденсатор і температури охолоджуючої води. При правильному регулюванні витрати охолоджуючої води в конденсаторі підтримуватиметься економічний вакуум і переохолодження конденсату не виходитиме за мінімальне значеннядля цього конденсатора.
Переохолодження конденсату може відбуватися внаслідок конструктивних недоліків конденсатора. У деяких конструкціях конденсаторів в результаті тісного розташування охолодних трубок і невдалої розбивки їх по трубних дошках створюється великий паровий опір, що досягає в окремих випадках 15-18 мм рт. ст. Великий паровий опір конденсатора призводить до значного зниження тиску над рівнем конденсату. Зменшення тиску суміші над рівнем конденсату відбувається за рахунок зменшення парціального тиску водяної пари. Таким чином, температура конденсату виходить значно нижче температури насиченої пари, що надходить у конденсатор. У таких випадках для зменшення переохолодження конденсату необхідно йти на конструктивні переробки, а саме на видалення деякої частини трубок охолоджуючих з метою пристрою в трубному пучку коридорів і зниження парового опору конденсатора.
Слід мати на увазі, що видалення частини трубок охолоджуючих і зменшення внаслідок цього поверхні охолодження конденсатора призводить до збільшення питомого навантаження конденсатора. Однак збільшення питомого парового навантаження зазвичай буває цілком прийнятним, так як конденсатори старих конструкцій мають порівняно низьке питоме парове навантаження.
Ми розглянули основні питання експлуатації обладнання конденсаційної установки парової турбіни. Зі сказаного випливає, що головна увага при експлуатації конденсаційної установки повинна бути звернена на підтримку економічного вакууму в конденсаторі і на забезпечення мінімального переохолодження конденсату. Ці два параметри значною мірою впливають на економічність турбоустановки. З цією метою необхідно підтримувати хорошу повітряну щільність вакуумної системитурбоустановки, забезпечувати нормальну роботу повітровидалювальних пристроїв, циркуляційних та конденсатних насосів, підтримувати трубки конденсатора чистими, стежити за водяною щільністю конденсатора, недопускати підвищення присосів сирої води, забезпечувати нормальну роботу охолоджувальних пристроїв. Наявні контрольно-вимірювальні прилади, автоматичні регулятори, сигналізуючі та регулюючі пристрої дозволяють обслуговуючому персоналу вести спостереження за станом обладнання та за режимом роботи установки та підтримувати такі режими роботи, при яких забезпечується високоекономічна та надійна експлуатація установки.
Завантаження...