УДК 621.565
Повышение эффективности работы холодильной
установки за счет переохлаждения хладагента
*, *, *
ФГОУ ВПО «Балтийская государственная академия рыбопромыслового флота»,
Россия, , *****@***ru
Уменьшение потребления электрической энергии является очень важным аспектом жизни в связи со сложившейся энергетической ситуацией в стране и в мире. Снижения энергопотребления холодильными установками можно достичь повышением холодопроизводительности холодильных установок. Последнее может быть осуществлено с помощью различных видов переохладителей. Таким образом, рассмотрены различные виды переохладителей и разработан наиболее эффективный.
холодопроизводительность, переохлаждение, регенеративный теплообменник, переохладитель, межтрубное кипение, кипение внутри труб
За счет переохлаждения жидкого хладагента перед дросселированием может быть достигнуто значительное повышение эффективности работы холодильной установки. Переохлаждения хладагента можно добиться за счет установки переохладителя. Переохладитель жидкого холодильного агента, идущего из конденсатора при давлении конденсации к регулирующему вентилю, предназначен для его охлаждения ниже температуры конденсации. Существуют различные способы переохлаждения: за счет кипения жидкого холодильного агента при промежуточном давлении, за счет парообразного агента, выходящего из испарителя, и с помощью воды. Переохлаждение жидкого холодильного агента позволяет увеличить холодопроизводительность холодильной установки.
Одним из видов теплообменных аппаратов, предназначенных для переохлаждения жидкого хладагента, являются регенеративные теплообменники. В аппаратах данного вида переохлаждение холодильного агента достигается за счет парообразного агента, выходящего из испарителя.
В регенеративных теплообменниках происходит теплообмен между жидким холодильным агентом, идущим из ресивера к регулирующему вентилю, и парообразным агентом, выходящим из испарителя. Регенеративные теплообменники используются для выполнения одной или нескольких следующих функций:
1) повышения термодинамической эффективности холодильного цикла;
2) переохлаждения жидкого холодильного агента для предотвращения парообразования перед регулирующим вентилем;
3) испарения небольшого количества жидкости, уносимой из испарителя. Иногда при использовании испарителей затопленного типа богатый маслом слой жидкости намеренно отводят во всасывающую линию для обеспечения возврата масла. В этих случаях регенеративные теплообменники служат для испарения жидкого холодильного агента из раствора.
На рис. 1 представлена схема установки РТ.
Рис.1. Схема установки регенеративного теплообменника
Fig. 1. The scheme of installation of the regenerative heat exchanger
Простейшая форма теплообменника получается при металлическом контакте (сварке, пайке) между жидкостным и паровым трубопроводами для обеспечения противотока. Оба трубопровода покрываются изоляцией как единое целое. Для обеспечения максимальной производительности жидкостная линия должна быть размещена ниже всасывающей, поскольку жидкость во всасывающем трубопроводе может течь вдоль нижней образующей [1].
Наибольшее распространение в отечественной промышленности и за рубежом получили кожухозмеевиковые и кожухотрубные регенеративные теплообменники. В малых холодильных машинах, выпускаемых зарубежными фирмами, иногда используются змеевиковые теплообменники упрощенной конструкции, в которой жидкостная трубка навивается на всасывающую. Фирма «Данхэм-Баш» (Dunham-Busk, США) для улучшения теплопередачи навитый на всасывающую линию жидкостный змеевик заливает алюминиевым сплавом. Всасывающая линия снабжается внутренними гладкими продольными ребрами, обеспечивающими хорошую теплоотдачу к пару при минимальном гидравлическом сопротивлении. Эти теплообменники предназначены для установок холодопроизводительностью менее 14 кВт.
Для установок средней и крупной производительности широко применяются кожухозмеевиковые регенеративные теплообменники. В аппаратах этого типа жидкостный змеевик (или несколько параллельных змеевиков), навитый вокруг вытеснителя, помещен в цилиндрический сосуд. Пар проходит в кольцевом пространстве между вытеснителем и кожухом, при этом обеспечивается более полное омывание паром поверхности жидкостного змеевика. Змеевик производится из гладких, а чаще из оребренных снаружи труб.
При использовании теплообменников типа «труба в трубе» (как правило, для малых холодильных машин) особое внимание уделяют интенсификации теплообмена в аппарате. С этой целью либо применяют оребренные трубы, либо используют всевозможные вставки (проволочные, ленточные и т. д.) в паровой области или в паровой и жидкостной областях (рис. 2) [1].
Рис.2. Теплообменник регенеративный типа «труба в трубе»
Fig. 2. Regenerative heat exchanger type “pipe in pipe”
Переохлаждение за счет кипения жидкого холодильного агента при промежуточном давлении может осуществляться в промежуточных сосудах и экономайзерах.
В низкотемпературных холодильных установках двухступенчатого сжатия работа промежуточного сосуда, устанавливаемого между компрессорами первой и второй ступеней, во многом определяет термодинамическое совершенство и экономичность работы всей холодильной установки. Промежуточный сосуд выполняет следующие функции:
1) «сбив» перегрева пара после компрессора первой ступени, что приводит к уменьшению работы, затрачиваемой ступенью высокого давления;
2) охлаждение жидкого хладагента перед поступлением его к регулирующему вентилю до температуры, близкой или равной температуре насыщения при промежуточном давлении, что обеспечивает снижение потерь в регулирующем вентиле;
3) частичное отделение масла.
В зависимости от типа промежуточного сосуда (змеевиковый или беззмеевиковый) осуществляется схема с одно - или двухступенчатым дросселированием жидкого хладагента. В безнасосных системах предпочтительным является применение змеевиковых промежуточных сосудов, в которых жидкость находится под давлением конденсации, обеспечивающим подачу жидкого хладагента в испарительную систему многоэтажных холодильников.
Наличие змеевика исключает также дополнительное замасливание жидкости в промежуточном сосуде.
В насосно-циркуляционных системах, где подача жидкости в испарительную систему обеспечивается за счет напора насоса, могут быть применены беззмеевиковые промежуточные сосуды. Использование в настоящее время в схемах холодильных установок эффективных маслоотделителей (промывных или циклонных на стороне нагнетания, гидроциклонов — в испарительной системе) также делает возможным применение беззмеевиковых промежуточных сосудов — аппаратов более эффективных и более простых в конструктивном исполнении [2].
Переохлаждение водой может достигаться в противоточных переохладителях.
На рис. 3 показан двухтрубный противоточный переохладитель. Он состоит из одной или двух секций, собранных из последовательно включенных двойных труб (труба в трубе). Внутренние трубы соединены чугунными калачами, наружные — сварены. Жидкое рабочее вещество протекает в межтрубном пространстве в противоток охлаждающей воде, движущейся по внутренним трубам. Трубы — стальные бесшовные. Температура выхода рабочего вещества из аппарата обычно на 2-3 °С выше температуры поступающей охлаждающей воды [3].
Рис.3. Противоточный переохладитель
Fig. 3. Counterflow supercooler
Таким образом, для переохлаждения хладагента перед регулирующим вентилем могут использоваться различные переохладители. Так, устройство для переохлаждения жидкого фреона, использующее в качестве охлаждающей среды воду, имеет недостаток, проявляющийся в ограниченном переохлаждении хладагента в плюсовом диапазоне температур. Регенеративный теплообменник, в котором переохлаждение жидкого фреона происходит за счет перегрева пара на линии всасывания, не позволяет значительно переохладить хладагент, тогда как большой перегрев на всасывании приводит к увеличению потребляемой мощности. В экономайзере, конструктивно представляющем собой теплообменный аппарат, набранный из отдельных секций и выполненный в виде змеевиков ("труба в трубе"), в каждую из которых через распределитель подается жидкий хладагент, а в межтрубное пространство поступает холодильный агент из линейного ресивера, основным недостатком является ограниченный срок службы из-за быстрого выхода из строя распределителя. Промежуточный сосуд, в свою очередь, можно использовать только для систем охлаждения, работающих на аммиаке.
 |
Рис. 4. Эскиз переохладителя жидкого фреона с кипением в межтрубном пространстве
Fig. 4. The sketch of supercooler with boiling of liquid Freon in intertubes space
Наиболее подходящим устройством является переохладитель жидкого фреона с кипением в межтрубном пространстве. Схема такого переохладителя представлена на рис. 4.
Конструктивно он представляет собой кожухотрубный теплообменный аппарат, в межтрубном пространстве которого кипит холодильный агент, в трубы поступает хладагент из линейного ресивера, переохлаждается и затем подается к испарителю. Основным недостатком такого переохладителя является вспенивание жидкого фреона за счет образования масляной пленки на его поверхности, что приводит к необходимости наличия специального устройства для удаления масла.
Таким образом, была разработана конструкция, в которой предлагается переохлаждаемый жидкий холодильный агент из линейного ресивера подавать в межтрубное пространство, а в трубах обеспечить (путем предварительного дросселирования) кипение холодильного агента. Данное техническое решение поясняется рис. 5.
Рис. 5. Эскиз переохладителя жидкого фреона с кипением внутри труб
Fig. 5. The sketch of supercooler with boiling of liquid Freon inside pipes
Данная схема устройства позволяет упростить конструкцию переохладителя, исключая из нее устройство для удаления масла с поверхности жидкого фреона.
Предлагаемый переохладитель жидкого фреона (экономайзер) представляет собой корпус, содержащий пакет теплообменных труб с внутренним оребрением, также патрубок для входа охлаждаемого хладагента, патрубок для выхода охлажденного хладагента, патрубки для входа сдросселированного хладагента, патрубок для выхода парообразного хладагента.
Рекомендуемая конструкция позволяет избежать вспенивания жидкого фреона, повысить надежность и обеспечить более интенсивное переохлаждение жидкого хладагента, что, в свою очередь, ведет к увеличению холодопроизводительности холодильной установки.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Зеликовский по теплообменным аппаратам малых холодильных машин. - М.: Пищевая промышленность, 19с.
2. Ионов производства холода. - Калининград: Кн. изд-во, 19с.
3. Данилова аппараты холодильных 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 in front of the evaporator allows to increase refrigerating capacity of a refrigerating machinery. For this purpose we can use regenerative heat exchangers and supercoolers. But more effective is the supercooler with boiling of liquid Freon inside pipes.
кefrigerating capacity, supercooling, supercooler
