Конденсаторы холодильных машин. Методы интенсификации теплообмена в конденсаторах

 

 

2.2.Кожухозмеевиковые конденсаторы

 

В небольших фреоновых холодильных машинах с конденсаторами водяного охлаждения применяют кожухозмеевиковые конденсаторы (рис.3). Они представляют собой несколько видоизмененную конструкцию кожухотрубных конденсаторов. В них ставят только одну трубную решетку и делают ее съемной. С кожухом решетка соединяется помощью фланца, приваренного к его торцовой стороне. К другой торцовой стороне кожуха приваривают глухое сферическое днище.

Одни концы труб развальцовывают в отверстиях трубной решетки, а другие концы труб соединяют попарно калачами. Таким образом, создается своеобразный змеевик - кожухозмеевиковые конденсаторы. Трубную решетку закрывают чугунной крышкой на резиновой прокладке. На внутренней ее стороне расположены перегородки, с помощью которых обеспечивается многоходовость воды по трубам конденсатора.

Рис.3. Кожухозмеевиковый конденсатор КТР-3:

1 — корпус, 2 — трубная  решетка, 3 — крышка, 4 — прокладка, 5 — сборник жидкости, 6 — запорный  жидкостной вентиль, 7 — плавкая  пробка, 8 — теплообменные трубки, 9 — ребра.

Кожухозмеевиковые конденсаторы выпускают с различной теплопередающей поверхностью - от 2 до 4,3 м2. Широко применяются конденсаторы КТР-3 и КТР-4, имеющие теплопередающую поверхность, равную соответственно 3 и 4 м.

 

 

2.3.Оросительные конденсаторы

 

Оросительные конденсаторы представляют собой открытые плоские трубчатые змеевики с горизонтальным расположением труб. Внутри труб проходит холодильный агент, снаружи они орошаются водой. С наружной теплообменной поверхности оросительных конденсаторов происходит частичное испарение воды. На это расходуется значительное количество тепла, которое отнимается у холодильного агента.

Охлаждение рециркуляционной воды обусловливается тепло-и массообменом между водой и воздухом, обдувающим конденсатор.

Для лучшего охлаждения рециркуляционной воды оросительные конденсаторы устанавливают на открытых местах, хорошо продуваемых воздухом. Например, на крышах зданий, специальных эстакадах и т.д. От прямого действия лучей солнца сверху они защищены навесом, а с боков - решетчатыми стенками типа жалюзи.

Оросительные конденсаторы имеют ряд преимуществ: расход свежей охлаждающей воды не большой, так как охлаждение осуществляется в основном рециркуляционной водой; не требуют площади внутри помещений; удобны для осмотра и очистки, следовательно, для них можно использовать воду из естественных водоемов без специальной очистки.

В настоящее время применяют один тип открытых конденсаторов - оросительные с промежуточным отводом жидкого холодильного агента (рис.4).

Рис.4.Конденсатор  аммиачный  оросительный: 
1 — ниппель для присоединения к воздухоотделителю, 2 — кран для спуска воздуха, 3 — водораспределительный бак, 4 — конденсатор, 5 — воздухоотделитель, 6 — ресивер, 7 — вентиль к регулирующей станции, 8 — вентиль к маслоотделителю.

 

Используют его в холодильных установках большой холодопроизводительности. Состоит этот конденсатор из нескольких секций, представляющих собой плоские змеевики, сваренные из труб диаметром 57×3,5 мм. Секции устанавливают на общем поддоне и включают параллельно как в аммиачную линию, так и в линию подачи воды. В парообразном состоянии аммиак поступает в секции снизу через общий распределительный коллектор. По мере перехода в жидкое состояние он удаляется из труб через промежуточные отводы в общий стояк, а из него сливается в ресивер. Вода поступает на конденсатор сверху. Для того, чтобы она равномерно распределялась, над каждой секцией имеется водораспределительный желоб с зубчатыми кромками. Отдельные желоба соединены с общим водораспределительным баком. Вода стекает с конденсатора, попадает в поддон, часть ее отводится через переливную трубу в канализацию, а часть циркуляционным насосом подается снова в водораспределительный бак. В этот же бак, только по другому трубопроводу, добавляют свежую воду.

Для лучшего охлаждения рециркуляционной воды над секциями конденсатора устанавливают деревянные градирни. В этих случаях рециркуляционная вода из поддона подается сначала на градирню, где вследствие испарения охлаждается, а затем поступает на конденсатор. Благодаря такому охлаждению воды значительно сокращается ее расход.

Условия теплопередачи в приведенных оросительных конденсаторах хорошие. Поскольку жидкий аммиак собирается только в нижней трубе, а из остальных по мере накопления удаляется через промежуточные отводы в ресивер, то теплопередающая поверхность почти целиком используется для процесса конденсации. В первой нижней трубе секции пары аммиака, соприкасаясь с жидким аммиаком, переходят из перегретого состояния в насыщенное. Температура пара при этом понижаётся, вследствие чего значительная часть масла, попавшего в конденсатор, отделяется в первой трубе, откуда по мере накопления отводится в маслосборник.

 

 

2.4.Испарительные конденсаторы

 

По устройству и принципу действия эти конденсаторы (рис.5) во многом похожи на оросительные, но главным их преимуществом является меньший расход воды, по сравнению с оросительными. В испарительных конденсаторах вода только смачивает поверхность змеевиков. Воздух подается специальными вентиляторами принудительно.

Змеевики конденсатора спрятаны в кожух, через который продувается воздух. Кожух необходим для предохранения от разбрызгивания орошающей воды, а его нижняя часть служит водяным баком. Отсюда вода забирается насосом и подается к форсункам, направляющим ее на змеевики конденсатора. Вместо форсунок нередко применяют другие орошающие устройства, например трубы с отверстиями.

Со змеевиков вода стекает обратно в водяной бак. Некоторое ее количество испаряется на змеевиках и уносится воздухом наружу. В кожухе несколько выше орошающего устройства, для уменьшения уноса воды, ставят водоотделитель. Убыль воды восполняют добавлением водопроводной воды в водяной бак.

Суммарный расход свежей воды (на испарение и унос) в испарительных конденсаторах составляет не более 10% расхода ее в закрытых (кожухотрубных и других) конденсаторах. Расход энергии на привод насоса и вентилятора небольшой - 0,02-0,03 кВт на 1,0 кВт тепловой нагрузки конденсатора.

Испарительные конденсаторы компактны, пригодны к установке в закрытых помещениях.

 

Рис.5. Схема испарительного конденсатора:1- вентилятор, 2 – водоотделитель, 3 – форсунки, 4 – змеевик конденсатора, 5 – водяной бак, 6 – насос.

 

 

Глава 3. Конденсаторы с воздушным охлаждением

 

В малых машинах использовать конденсаторы с водяным охлаждением нецелесообразно, так как подвод и отвод воды увеличивает стоимость монтажных работ и усложняет обслуживание машины, а стоимость расходуемой воды удорожает эксплуатацию.

Поэтому в установках холодопроизводительностью до 10,0 кВт применяют конденсаторы с воздушным охлаждением. Воздух подается принудительно с помощью вентиляторов или под действием гравитационных сил осуществляется его свободное конвективное движение. С помощью свободной гравитационной конвенции воздуха охлаждаются конденсаторы машин бытовых холодильников.

Основным достоинством таких конденсаторов является отсутствие шума в работе. Коэффициент теплопередачи конденсаторов не превышает  4-6 Вт/(м2 • К).

 

 

3.1. Конденсаторы с принудительным движением воздуха

 

Конденсаторы с принудительным движением охлаждающего воздуха аналогичны друг другу и максимально унифицированы. По своему устройству они представляют ряд (от 2 до 6) плоских вертикальных змеевиков-секций из медных или стальных труб с насаженными на них ребрами, которые выполняют из тонких стальных или алюминиевых листов. Коэффициент оребрения труб в этих аппаратах от 8 до 10. Внутри змеевиков сверху вниз проходит конденсирующийся холодильный агент, а снаружи их обдувают воздухом один или два вентилятора. Холодильный агент проходит по секциям параллельно, для этого они объединены вверху и внизу коллекторами.

Примером такой конструкции может служить фреоновый конденсатор с воздушным охлаждением марки 2Ф-12 (рис.6). Состоит он из пяти плоских вертикальных змеевиков-секций, изготовленных из медных труб диаметром 12×1 мм. На трубы насажены стальные ребра в виде полос толщиной 0,5 мм в шагом 4 мм. Каждое ребро охватывает трубы всех пяти секций. Общая теплопередающая поверхность ребер конденсатора составляет 9,3 м2.

Отдельные горизонтальные трубы секции образуют змеевики посредством калачей (двойных колен), согнутых из труб диаметром 10×1 мм. Их вводят на 10,5 мм внутрь труб и пропаивают. Концы труб секций присоединяют к коллекторам: верхних к газовому, а нижних к жидкостному. Газовый коллектор соединяют с нагнетательным вентилем компрессора, а жидкостный - с ресивером.

 

Рис.6. Фреоновый конденсатор с воздушным охлаждением:

1 - теплообменные трубы; 2 – ребра; 3 - паровой коллектор;  4 – кожух; 5 - диффузор вентилятора; 6 - жидкостной коллектор.

 

В собранном виде конденсатор подвергают окраске и заключают в кожух из листовой стали. Кожух является одновременно каркасом, при помощи которого конденсатор крепится к раме агрегата. Спереди конденсатор закрыт листом с круглым вырезом и отбортованными краями, к которым приваривается кольцо, выполняющее роль диффузора - устройства для направления потока воздуха, обдувающего теплопередающие трубы конденсатора. Внутри диффузора расположены лопасти вентилятора, который просасывает воздух через конденсатор.

Конденсаторы с воздушным охлаждением снабжают ресиверами для сбора конденсата, стекающего из теплопередающих труб. Ресивер - горизонтально расположенный сосуд, изготовленный из стальной бесшовной трубы с приваренными к ней донышками. Ресивер снабжен штуцером и запорным угловым вентилем. С помощью штуцера он присоединяется к конденсатору. Угловой вентиль соединяет его с жидкостной заборной трубой. Монтируют ресивер под чугунной рамой агрегата или под конденсатором. В агрегате ФАК-0,7 конденсатор расположен непосредственно на ресивере и крепится к нему с помощью болтов.

 

 

3.2. Конденсаторы с конвективным движением воздуха

 

В домашних холодильниках применяют конденсаторы щитового типа с конвективным движением воздух (рис.7). Конденсатор агрегатов ДХ-2, ДХ-2М и ДХ-3 представляет собой металлический щит, к которому припаян змеевик из медной трубы диаметром 5×1 мм и длиной 9 или 11 м в зависимости от марки агрегата. В агрегатах ДХ-ЗМ и КХ-240 используют алюминиевый конденсатор прокатно-сварного типа с внутренним каналом, образующим змеевик.

 

Рис.7. Конденсаторы бытовых холодильников:

1 - проволочно-трубный,2 - листотрубный  щитовой, 3 - листотрубныйпрокатносварной

 

 

 

 

Глава 4. Методы интенсификации теплообмена в конденсаторах

 

Конденсатор — это основной теплообменный аппарат холодильной установки, в котором охлаждаются и конденсируются пары холодильного агента за счет нагревания теплоносителя - охлаждающей воды или воздуха.

На интенсивность теплообмена в конденсаторе холодильной машины влияют следующие факторы:

• скорость удаления жидкостной пленки с теплообменной поверхности, создающей дополнительное термическое сопротивление;
• скорость движение пара;
• примеси неконденсирующихся газов;
• наличие отложений на теплообменной поверхности: со стороны холодильного агента - масло; со стороны воды — водный камень, ржавчина; со стороны воздуха - слой пыли, краска;
• скорость движения теплоносителя.

В настоящее время малые холодильные машины с конденсаторами, охлаждаемыми воздухом (воздушными конденсаторами), являются одними из наиболее массовых видов холодильных машин, выпускаемых российскими и иностранными производителями и находящиеся в эксплуатации.

Воздушные конденсаторы с естественной конвекцией применяют в малых компрессионных холодильных машинах, широко используемых на предприятиях торговли и общественного питания и в быту. Конденсаторы с вынужденной конвекцией - в малых компрессионных холодильных машинах средней холодопроизводительности, которые применяются на предприятиях пищевой промышленности, в системах кондиционирования воздуха, на автомобильном и железнодорожном транспорте.

В последние годы в связи с острым дефицитом воды, особенно в городских условиях, а также ее высокой стоимостью для предприятий, к охлаждению конденсаторов при помощи воздуха переходят в холодильных машинах с производительностью примерно до 100 кВт.