Контрольные вопросы и задания:

1. Какие функции выполняет конденсатор в теплонасосной установке?

2. Перечислите основные типы конденсаторов?

3. Какие факторы влияют на интенсивность теплообмена в конденсаторе?

4. Как устроен горизонтальный кожухотрубный конденсатор?

5. Назовите конструктивные особенности кожухотрубных (горизонтальных и вертикальных) конденсаторов, перечислите их преимущества и недостатки.

6. В чем основное назначение испарителя?

7. Как классифицируют испарители?

8. Как устроен кожухотрубный испаритель?

9. Какие функции выполняют теплообменники и переохладители в теплонасосной установке?

Примеры:

Пример № 14

Определить площадь передающей поверхности конденсатора, осуществить его подбор и рассчитать объемный расход охлаждающей воды, если известно, что холодопроизводительность аммиачной одноступенчатой машины Q_o=150 кВт, температура кипения хладагента t_o=-20 ^оС, температура паров всасываемых компрессором t_вс=-10 ^оС, температура воды, подаваемая в конденсатор t_w1=14 ^oC, тип конденсатора горизонтальный кожухотрубный, машина работает без переохладителя, перегрев паров холодильного агента осуществляется в испарителе.

Расчет:

1. Принимаем, что температура воды в конденсаторе повышается на 4 ^оС, тогда:

2. Принимаем температуру конденсации паров холодильного агента на 4 ^оС выше температуры воды, выходящей из конденсатора

3. По известным значениям t_o= - 20 ^оС, t_вс= - 10 ^оС , t_к=22 ^оС строим цикл одноступенчатой аммиачной холодильной машины в диаграмме S-T или lgp-i.

На основании выполненного построения определим энтальпию паров, всасываемых компрессором, i₁=1737,53 кДж/кг (приложение 1), i_1’=1760,943 кДж/кг, паров в конце сжатия i₂=1990 кДж/кг (по диаграмме приложение 2), жидкого хладагента после конденсации и парожидкостной смеси после регулирующего вентиля i₃= i₄= i₅=602,96 кДж/кг (приложение 1).

4. Рассчитаем массовый расход хладагента:

5. Тепловая нагрузка на конденсатор:

6. По таблице 1 принимаем коэффициент теплопередачи горизонтального кожухотрубного конденсатора k=1050Вт/(м²·К).

7. Вычисляем средний логарифмический температурный напор:

8. При известных значениях Q_k, k, Δt_ср площадь теплопередающей поверхности составляет:

9. По площади подбираем горизонтальный кожухотрубный конденсатор КТГ-32, имеющий площадь F_k=32 м². (приложение 16)

10. Расход воды, подаваемой в конденсатор:

Массовый

Объемный

Пример № 15

Определить, как изменятся условия теплопередачи в вертикальном кожухотрубном конденсаторе между холодильным агентом (аммиаком) и стекающей по внутренней поверхности труб водой, если через некоторое время эксплуатации появятся дополнительные сопротивления со стороны холодильного агента в виде масляной пленки толщиной δ_м=0,1 мм (λ_м=0,14 Вт/(м·К)), а со стороны воды – в виде водяного камня толщиной δ_к=1 мм (λ_к=2,2 Вт/(м·К)). Кожухотрубный конденсатор изготовлен из стальных труб диаметром 57×3,5 мм (λ_ст=46,5 Вт/(м·К)). Коэффициенты теплоотдачи со стороны конденсирующегося аммиака к наружной поверхности трубы к воде α_а=5200 Вт/(м²·К), а от внутренней поверхности трубы к воде α_w=4200 Вт/(м²·К).

1. Согласно схеме коэффициент теплопередачи составляет:

С учетом загрязнений:

Подставляя известные данные, получаем:

Вт/(м²·К)

Вт/(м²·К)

Пример № 16

Подобрать конденсатор для аммиачной холодильной установки холодопроизводительностью Q_о = 175 000 Вт при t_o ⁼ -15 ^oC; t_w1= +20 °С.

Расчет:

1. Температура конденсации зависит от температуры охлаждающей воды и при­нимается на 4...6 °С выше средней температуры воды:

2. Температуру всасываемого пара принимаем на 5... 10 °С выше температуры кипения t_o:

3. По полученным данным строим цикл в диаграмме s— Т и определяем необходимые параметры точек:

i₁= 1744,06 кДж/кг (приложение 1);

i_1’=1762,01 кДж/кг (приложение 2);

i₂ ⁼ 1985 кДж/кг (приложение 2);

i₃⁼ i₄ ⁼ i₅ ⁼ 631,68 кДж/кг(приложение 1).

4. Массовый расход аммиака, циркулирующего в системе,

5. Тепловая нагрузка на конденсатор:

6. Вычисляем средний логарифмический температурный напор:

7. По таблице 1 принимаем коэффициент теплопередачи горизонтального кожухотрубного конденсатора k=700…1050 Вт/(м²·К).

8. При известных значениях Q_k, k, Δt_ср площадь теплопередающей поверхности составляет:

11. По площади подбираем два горизонтальных кожухотрубных конденсатора КТГ-25, имеющих площадь F_k=25 м². (приложение 16)

12. Расход воды, подаваемой в конденсатор:

Массовый

Объемный

По приложению 27 выбираем два насоса 2к-20/30 с объемной подачей 0,0065 м³/с и один насос резервный. Для бесперебойной работы холодильной установки реко­мендуется подбирать не менее двух конденсаторов с суммарной площадью повер­хности охлаждения и не менее двух насосов с суммарной объемной подачей.

Пример № 17

Подобрать кожухотрубный испаритель и определить объемный рас­ход рассола для аммиачной холодильной установки холодопроизводительностью Q_o = 232 600 Вт при температуре рассола, входящего в испаритель, t_нl = -27 °С. Понижение температуры охлажденного рассола в испарителе принимаем 3 °С. Тогда t_н2 = t_нl - 3 = -30 °С. Принимаем t_o = t_н2 - 5 = -35 °С; t_зам= t_o - 8 = -43 °С.

Выбираем рассол хлорида кальция с t_зам= -43,6 °С (приложение 25). Его тепло­емкость при t_н2 =-30 °С - и массовой доли соли 29 % составляет c_p = 2,705 кДж/(кг·К), а плотность ρ_р = 1,291 кг/л =1291 кг/м³ (приложение 26).

Коэффициент теплопередачи принимаем по таблице 2 - к = 580 Вт/(м² • К).

Площадь теплопередающей поверхности испарителя

По приложению 21 выбираем два испарителя ИТГ-40.

Рассчитываем массовый и объемный расход хладоносителя:

По объемному расходу циркулирующего рассола подбираем по приложению 27 два рассольных насоса (рабочий и резервный) 3к-45/30a.

Пример № 18

Определить площадь теплопередающей поверхности испарителя и расход хладоносителя (рассол NaCl), а также подобрать испаритель и насос, если одноступенчатая холодильная машина, работающая по R12, имеет холодопроизводительность Qo=43 кВт, температура хладоносителя на выходе из испарителя tp₂=-9 ^oC.

Расчет:

1. Принимаем перепад температур по хладоносителю Δt_и=4 ^оС:

Температура на входе в испаритель t_н1 =t_н2 + Δt_и = - 9+4 = - 5 ^oC.

2. Средняя температура хладоносителя:

t_нср= (-5-9)/2= - 7 ^oC.

3. Находим температуру кипения холодильного агента:

t_о=t_нср - 5= - 7 - 5= - 12 ^oC.

4. Определяем удельную теплоемкость хладоносителя, учитывая, что температура замерзания хладоносителя должна быть не менее чем на 8 ^оС ниже температуры кипения холодильного агента, т. е t_зам=t_o-8=12-8= -20 ^oC. Такому условию удовлетворяет рассол NaCl, имеющий концентрацию соли 22,4% и плотность ρ=1170 кг/м3. При средней температуре -7 ^оС и концентрации 22,4% удельная теплоемкость рассола c=3,335 кДж/(кг·К) [приложение 23, 24]

5. Выбираем кожухотрубный испаритель и находим коэффициент теплопередачи k=300 Вт/(м²·К).

6. Определяем температурный напор:

7. Рассчитываем площадь передающей поверхности испарителя:

По приложению 22 подбираем испаритель ИТР-35 площадью F=35 м².

8. Затем рассчитываем массовый и объемный расход хладоносителя:

По приложению 27 подбираем центробежный насос марки 1,5К-8/19a, имеющий подачу V=0,0028 м³/c.

Приложение 1