Теплообменные аппараты холодильных машин и вспомогательное оборудование

1.

Тема 3. Теплообменные аппараты
холодильных машин и
вспомогательное оборудование
Лекции – 6 часов;
Практические занятия – 4 часа.

2.

Лекция №6. Основные теплообменные
аппараты холодильных машин
1.Назначение, классификация, характеристики ТОА
2. Конденсаторы холодильных машин
3. Испарительные и оросительные конденсаторы
Литература:
Росляков Е.М. Холодоснабжение / Е.М. Росляков, А.Д.
Авсюкевич, Н.В. Коченков.– СПб.: ВКА им. А.Ф. Можайского,
2010,С.92-99.
Машины низкотемпературной техники. Конструкция
оборудования холодильных машин: практикум / под общ. Ред.
Е.М. Рослякова. – СПб.: ВКА имени А.Ф. Можайского, 2016. –
С.25-30.

3.

1.Назначение, классификация,
характеристики теплообменных аппаратов
Теплообменные аппараты (ТОА)
предназначены для передачи теплоты от
одной рабочей среды к другой.
По принципу действия теплообменные
аппараты делят на рекуперативные,
регенеративные и смесительные.

4.

Рекуперативные ТОА
В рекуперативных аппаратах - рекуператорах теплоносители разделены стенкой и тепло
передается от одного теплоносителя к другому
через эту разделяющую их стенку.
Наличие стенки из теплопроводного материала,
разделяющей потоки теплоносителей, является
существенным признаком для теплообменных
аппаратов рекуперативного типа.
Эта стенка служит поверхностью теплообмена, через
которую теплоносители обмениваются теплом.

5.

Рис. 1. Виды и параметры теплопередающих поверхностей
а – плоская стенка; б – цилиндрическая труба гладкая; в – труба с
круглыми ребрами; г – труба с прямоугольными ребрами

6.

Конструкции рекуперативных ТОА
В зависимости от конструктивного
выполнения поверхности теплообмена
рекуператоры разделяют на
теплообменники кожухотрубчатые,
двухтрубчатые (рис. 3), змеевиковые,
спиральные (рис4), оросительные,
специальные и др.

7.

Рис.2. Труба в трубе:
2 – присоединительные патрубки; 3 – калач

8.

Рис.3. Змеевиковый теплообменник
: 1 – корпус; 2 – стакан; 3 – змеевик

9.

Рис.4.Спиральный теплообменник:
1,2 – листы; 3 – разделительная перегородка; 4 - крышки

10.

Регенеративные ТОА
• Регенеративными называются такие теплообменные,
аппараты, в которых два или большее число
теплоносителей попеременно соприкасаются с одной и той
же поверхностью нагрева.
• Во время соприкосновения с разными теплоносителями
поверх­ность нагрева или получает теплоту и аккумулирует
ее, а затем отдает, или, наоборот, сначала отдает
аккумулированную тепло­ту и охлаждается, а затем
нагревается. В разные периоды времени теплообмена
(нагрев или охлаждение поверхности нагрева) на­правление
теплового потока в каждой точке поверхности нагрева
изменяется на противоположное.

11.

Рис.5.Схема тепловой трубы с возвратом конденсата
под действием гравитационных сил

12.

Смешивающие ТОА
Смешивающими называются такие
теплообменные аппараты, в которых теплои массообмен происходят при
непосредственном контакте и смешивании
теплоносителей.
Смешивающие теплообменники иногда
называют контактными.

13.

Рис.6. Форсуночная камера орошения:
1 – корпус камеры; 2 – поддон для
воды; 3 – стояк для воды; 4 – форсунки; 5 – выравниватель птока; 6 каплеуловитель

14.

ТОА характеризуются следующими
показателями:
- тепловой поток;
- коэффициент теплопередачи;
- температурный напор;
- площадь теплопередающей поверхности;
- удельная металлоемкость;
- гидравлическое сопротивление.

15.

Интенсивность теплопередачи ТОА
характеризуется плотностью теплового потока –
количеством теплоты, которое отводится от более
нагретого рабочего вещества к менее нагретому
через 1 м2 площади поверхности ТОА в течение 1
секунды, т.е.
- плотность теплового потока, Вт/м2·К;
средний логарифмический температурный напор
между рабочими веществами, К.

16.

,
Коэффициент теплопередачи ТОА, например,
конденсатора, определяется выражением
где k- коэффициент теплопередачи, Вт/м2·К;
- коэффициент теплоотдачи от
холодильного агента к стенке трубы,
Вт/м2·К: для хладона R22 = 1500…2900
Вт/м2·К;

17.

Средний логарифмический температурный напор
где
- температура воды, соответственно
входящей в конденсатор и выходящей из
него; - температура конденсации.

18.

Требования к ТОА:
- высокая интенсивность теплопередачи: (k – α,λ); Q=
kFΔt;
- малое гидродинамическое сопротивление;
- простота конструкции;
- технологичность изготовления;
- дешевизна материалов;
- компактность;
- удобство монтажа;
- соответствие требованиям правил и мер
безопасности.

19.

2. Конденсаторы холодильных машин.
Водяные, воздушные конденсаторы
Классификация конденсаторов:
• по роду охлаждающей среды: с водяным
охлаждением; с воздушным охлаждением;
• по принципу отвода теплоты водяные к-ры делятся
на: проточные; оросительные; испарительные.
К проточным относятся горизонтальные и
вертикальные кожухотрубные, пакетно-панельные
(пластинчатые).
Воздушные конденсаторы делятся на конденсаторы с
принудительным и со свободным движением воздуха.

20.

Конструкция конденсаторов водяного
охлаждения
• Кожухотрубные конденсаторы получили
самое широкое распространение в ХМ
технических систем.
• Достоинствами являются высокая
плотность теплового потока (5.8-6.5 КВт/м2
при Δ t =5-6 oС), компактность,
относительно небольшая масса,
технологичность изготовления, невысокая
стоимость, удобство обслуживания.

21.

Рис.7. Схема горизонтального кожухотрубного конденсатора

22.

Рис.8. Кожухотрубный горизонтальный конденсатор:
1 – корпус конденсатора; 2 – ресивер; 3 – трубки ( трубный пучок); 4 – предохранительный клапан; 5 –
манометр; 6 – воздухоотделитель; 7 – кран для выпуска воздуха; 8 – крышка; 9 – кран для слива воды; 10 –
вентиль; 11 – маслоотстойник; 12 - указатель уровня со стеклом Клингера

23.

Рис.9. Схема вертикального кожухотрубного конденсатора
1-кожух; 2-трубные решетки; 3- гладкие стальные трубы; 4распределительный бак; 5-цилиндрическая перегородка

24.

Конденсаторы с воздушным охлаждением
Эти конденсаторы имеют хорошую перспективу. В
настоящее время в мире имеет место дефицит пресной
воды. Из общего количества добываемой воды 70%
потребляется промышленностью, из них 30% расходуется на
охлаждение оборудования. Применение конденсаторов с
воздушным охлаждением для холодильных установок
позволит уменьшить общий расход воды, сократить затраты
на сооружение и использование устройств охлаждения
оборотной воды.
Плотность теплового потока в конденсаторах с воздушным
охлаждением составляет 290…525 Вт/м2 при скорости
воздуха 4…5 м/с и = 10оС.

25.

Рис. 10.Конденсатор с воздушным охлаждением:
1 – вентиль; 2 – штуцер; 3 – калачи; 4 – коллектор входа пара; 5 – штуцер для входа пара; 6 - ресивер

26.

Рис. 10, а. Воздушный конденсатор

27.

Способы отвода теплоты в окружающую
среду
Для отвода теплоты в окружающую среду
применяются два вида систем водоснабжения:
- прямоточная;
- оборотная.
В прямоточной системе вода используется
однократно и после прохождения конденсатора
сбрасывается либо в канализацию, либо в
естественные водоемы. Способ неэкономичный.

28.

Рис. 11. Схема оборотного водоснабжения:
КМ – компрессор; КД – конденсатор; Д – дроссель; И – испаритель; Г –
градирня или другое устройство; ЦН – циркулярный насос; П –
подпитка

29.

Устройства отвода теплоты в окружающую
среду
Для отвода теплоты от теплоносителя (вода) в
окружающую среду применяются следующие типы
охлаждающих устройств:
1) брызгальные бассейны;
2) открытые градирни – брызгальные и капельные; 3)
вентиляторные градирни – брызгальные, пленочные и
капельные.
Брызгальные бассейны (рис.7) представляют собой
искусственные пруды, над поверхностью которых
разбрызгивается вода с помощью форсунок, что
увеличивает интенсивность охлаждения воды.

30.

Рис. 12. Брызгальный бассейн:
1 – коллектор; 2 – жалюзийные решетки; 3 – поддон пруда; 4 – форсунки; 5 - трубы

31.

Вентиляторные градирни
Вентиляторные градирни применяются в холодильных
установках любой производительности. Они значительно
компактнее открытых градирен, их работа не зависит от ветра,
так как процесс испарения воды в них интенсифицируется
вентилятором.
Недостаток вентиляторных градирен – повышение
эксплуатационных расходов, связанное с расходом
электроэнергии на работу вентиляторов.
Пленочные вентиляторные градирни марки ГПВ
предназначены для холодильных установок
холодопроизводительностью до 1000 кВт (рис. 8).
Корпус градирни сварной из стального листа. Для орошаемой
насадки и каплеотделителя применяются пластины
мипластовых сепараторов из полихлорвиниловой смолы,
набранных в кассетах из нержавеющей стали.

32.

Рис. 13. Вентиляторная градирня типа ГПВ:
1 – корпус; 2 – вентилятор; 3 – каплеотделитель; 4 – форсуночный водораспределитель; 5 – орошаемая
насадка; 6 – водосборный бак; 7 – фильтр; 8 – поплавковое устройство для управления подачей свежей воды

33.

3.Оросительные и испарительные
конденсаторы
Преимущества оросительного конденсатора:
- меньший расход воды по сравнению с кожухотрубными;
- меньший удельный расход металла;
- простота изготовления;
- надежность в работе.
Недостатки оросительного конденсатора:
- громоздкость;
- необходимость установки в открытом пространстве;
- необходимость тщательного ухода за водораспределительным
устройством;
- значительное загрязнение орошающей воды.
В испарительном конденсаторе в отличие от оросительного обеспечивается
принудительное движение воздуха снизу вверх в противоток воде,
стекающей по поверхности теплопередающих труб

34.

Рис. 14. Схема оросительного
конденсатора

35.

Испарительный конденсатор
Преимущества испарительного конденсатора:
- небольшой расход свежей воды (10-15% от
расхода в проточных конденсаторах);
- компактность;
- возможность применения в транспортных
холодильных машинах.
Основной недостаток конденсаторов этого типа
заключается в сравнительно низком значении
коэффициента теплопередачи.
Плотность теплового потока составляет 1.4…2.3
кВт/м2.
Применяются в аммиачных холодильных машинах.

36.

Рис. 15. Испарительный конденсатор: 1-вентилятор; 2 –
форконденсатор; 3 – сепаратор; 4- орошающее устройство;5секция конденсатора; 6-насос; 7-фильтр; 8-поплавковый клапан

37.

Рис. 12. Испарительный конденсатор