Компрессоры холодильных установок.

В соответствии с ГОСТ 6492-61 для компрессоров приняты следующие обозначения: 1-я буква марки компрессора (поршневого) обозначает вид хладоагента (к примеру, А-аммиак, Ф-фреон), 2-я буква – тип компрессора (В - вертикального типа, У – V – образного, Г – горизонтального, П - углового). Цифры после букв обозначают хладопроизводительность агрегата при номинальных условиях работы. Цифры перед буквами соответствуют числу цилиндров. В соответствии со сказанным марки компрессоров 4АУ-15 и 2ФВ-6,5 могут быть расшифрованы следующим образом: 4-х и 2-х цилиндровые компрессоры, аммиачный и хладоновый (фреоновый), с V-образным и вертикальным расположением цилиндров, производительностью 15·4,18·10³ и 6,5·4,18·10³ кДж/ч.

В настоящее время серийно изготавливаются промышленностью страны поршневые компрессоры систем производства холода для промышленных предприятий: 1АГ, 2АГ, 3АГ, АГК-47, АГК-56, АГ-100, АГ-1200, АП-600, АП-1200, ЗУГ, Ао-600, Ао-1200, 4АУ-15, 4БАУ-19, АУ-45, АУ-150, АУ-200, АУ-400, АВ-8, АВ-1,5, АВ-22, АВ-75, АВ-100, АВ-300, 4ФУ-10, 2ФВ-6,5 и др.

Для паровоздушной смеси нашла применение турбокомпрессоры и компрессоры эжекторного типа.

Для смазки поршневых компрессоров холодильных машин используется масло, рекомендованное заводом изготовителем. В случае, когда такой рекомендации нет, используется масло для аммиачных или углекислотных компрессоров (масло марки Ха для аммиачных, ХФ-12 и ХФ-22 для компрессоров, работающих на хладоне).

Удельная норма расхода воды на охлаждение аммиачного компрессора на каждые 4190 кДж/ч хладопроизводительности составляет 10 л/ч при температуре на входе не >25^oC и на выходе 50^oC.

Конденсаторы холодильных установок

Они предназначаются для превращения циркулирующего пара хладогента путем охлаждения в жидкость (конденсата). Охлаждение выполняется водой из системы технического водоснабжения завода и (реже) воздухом.

При промышленном производстве холода используется конденсаторы 2-х типов: элементные, состоящие из нормализованных элементов (рис. 1) и кожухотрубные. Поверхность охлаждения одного нормализованного элемента конденсатора составляет 4м². Элементные конденсаторы используются для установок получения холода производительностью до 419·10³ кДж/ч.

При большей производительности применяются кожухотрубные конденсаторы, состоящие из кожуха (обечайки) диаметром 724-1200мм. В трубные доски вварены трубки Æ20-50 мм. Такие конденсаторы имеют как горизонтальную (Æ обечайки 1000-1200мм, поверхность охлаждения 152-280 м²), так и вертикальную компоновку (Æ обечайки 724-1200 мм, поверхность охлаждения 50-149 м²). Они имеют сборники для жидкого хладоагента. Из сборника также производится удаление отделившегося смазочного масла.

Если в качестве хладоагента использовался хладон, то поверхность охлаждения выолняется из медных (обмедненных) труб, а при использовании аммиака – из стальных труб.

Типоразмеры элементных и кожухотрубных конденсаторов приведены в справочной литературе [1]. Удельный расход воды на охлаждение конденсатора холодильной установки (на каждые 4190 кДж/ч хладопроизводительности машины).

Вертикальный кожухотрубный

-при циркуляционной схеме – 0,03-0,05 м³.         

-при проточной схеме – 0,1-0,15 м³

Горизонтальный кожухотрубный элементный:

--при циркуляционной схеме – 0,05-0,06 м³.         

-при проточной схеме – 0,2-0,25 м³

Испарители холодильных установок

Для охлаждения хладоносителя (воды или рассола) как правило используют кожухотрубные и секционные с вертикальными трубами испарители.

Промышленностью освоено их серийное производство.

Характеристики приведены в литературе [1].

При использовании в качестве хладоагента хладонов поверхность охлаждения набирается из медных (омедненных) труб, а при использовании аммиака – из стальных гладких. На трубах выполняется накатка ребер.

 

Схемы распределения холода

 Различают индивидуальные и централизованные системы распределения холода, причем последние уже сегодня нашли широкое распространение, т.к. позволяют обеспечить технологии разных цехов завода, имея лишь одну станцию производства холода. При применении централизованных систем существенно сокращаются капитальные и текущие задачи по сравнению с вариантом строительства индивидуальных станций.

Индивидуальные системы целесообразны при небольших единичных мощностях потребителей по холоду, когда легко удается удовлетворять эти мощности небольшими дешевыми типовыми компрессорными холодильными машинами, серийно изготавливаемыми в стране. При больших единичных мощностях применение типовых схем невозможно, и тогда разрабатывается проект крупной системы хладостабжения целого ряда технологий. В качестве примера можно сослаться на хладоснабжение металлургических заводов, крупных холодильных комбинатов со многими потребителями холода (морозильные камеры, фабрики мороженного и др.).

Небольшие индивидуальные системы имеют широкое распространение. Достаточно сослаться на технологии получения СO₂ (охлаждение CO₂ перед ожижением, охлаждение позиций сборки, имеющих целью единичное охлаждение и др.).

Схема централизованной системы дана на рис. Ее основным недостатком является большая протяженность трубопроводов, а следовательно, повышенные потери при плохом качестве тепловой изоляции. Текущие затраты на ее обслуживание будут несколько повышенными.         

Расчет элементов систем производства холода.

Расчет и выбор типоразмера компрессора холодильной установки.

Исходными данными для расчета служат хладопроизводительность Q_o, температура кипения хладогента t_o, конденсации t_к, и переохлаждения t_п, вид хладогента и тип компрессора.

При расчете компрессора в начале выполняется оценка объемного КПД.

 

где  - объемная доля вредного пространства, %, V_c=5-8%;

P_КP_o-соответствующие давления конденсации и кипения хладоагента, МПа.

По аналогии с  находится значение коэффициента , учитывающего снижение производительности вследствие теплообмена парожидкостной смеси со стенками компрессора,

Значение  лежит в пределах 0,9-0,95. Коэффициент, учитывающий неплотности тракта, . Коэффициенты , ,  будут описаны подробнее в ближайшей лекции. После нахождения перечисленных коэффициентов, рассчитывается коэффициент подачи  в соответствии с выражением

Определяется индикаторный КПД

Значения коэффициентов ,  находятся в интервалах 0,4-0,9 для аммиачных и 0,5-0,97 для хладоновых компрессоров соответственно.

Коэффициент подачи является наиболее важной характеристикой компрессора, зависящей в основном от температуры кипения хладогента и отношения давления P_к/P_o.

 

Масса хладоагента G в системе (кг/ч) находится в соответствии с теоретической хладопроизводительностью хладоагента q_o, значения которого даны в таблицах (справочная литература) тогда

где q_o – теоретическая хладопроизводительность хладоагента, кДж/кг.

Объем паров (м³/ч), циркулирующих в системе,

где v’’ – удельный объем паров хладоагента перед компрессором, м³/кг, q_об – объемная хладопроизводительность хладоагента кДж/м³. (дается в в справочной литературе в виде таблиц в зависимости от t_к)  находится по формуле

Индикаторная мощность компрессора

где k­_o – теоретическая удельная хладопроизводительность (значения по справочным табл. В литературе), кДж/кВт·ч

Мощность на валу компрессора

где механический КПД

 

Расчет конденсатора холодильной установки

Хладопроизводительность 1 кг хладоагента (пароэжекторной смеси) в соответствии с рис 1 (см. лекцию N2 “многоступенчатая парожидкостная холодильная компрессорная установка”) запишется в виде

q_o=h₁-h_o=r(1-x),

где h₁ и h_o приведены на рис. в литературе, r-теплота парообразования, кДж/кг; k-стпепень сухости смеси хладоагента после дроссельного вентиля (находится из рис. в справочной литературе), кг/кг.

Работа компрессора (кДж/кг)

W=h₂-h₁.

Объемная хладопроизводительность

где  - уд. объем паровой фазы хладогента перед компрессором, м³/кг.

Тепловая мощность конденсатора рассчитывается по формулам

 

q _к =q_o+N_i;   Q _к =G(q_o+N_i).

Поверхность охлаждения конденсатора находится по тепловой мощности Q_К:

где K_К – коэффициент теплопередачи конденсата (находится из справочных табл.), Вт/(м²·К);

t_K – среднелогарифмическая разность температур (температурный напор) хладогента и охлаждающей воды, К;  - удельная тепловая нагрузка конденсата (из литературы), кДж/м².

 

Расчет испарителя

Расчет испарителя заключается в определении его поверхности охлаждения (конструкторский тепловой расчет). Имея величину хладопроизвоительности Q_o, записываем

,

где   - те же величины, что и в аналогичной формуле для конденсатора (их значение берутся из табл. В литературе).

Расход хладоносителя (охлаждающей жидкости)

где  - соответствующая массовая изобарная теплоемкость хладоносителя и его плотность, кДж/(кг·К), и его плотность кг/м³; t_х.н.1t _х.н.2  - соответствующие температуры хладоносителя на входе и выходе из испарителя, ^oC.

Определив поверхность испарителя, производят выбор отдельных его элементов и окончательную их компоновку.

Значения для компрессора типа АВ