Методика расчета конденсатора холодильной машины

Методика подбора и расчета воздушного конденсатора

Рассмотрим на примере самой обычной холодильной машины (схема 1а) поведение температур вокруг конденсатора и поступающего в него холодильного агента.

Точка В характеризуется такими значениями давления и температуры, при которых хладагент не может перейти в жидкое состояние. Отрезок кривой ВС отображает хладагент в состоянии насыщенной жидкости. Его температура соответствует температуре конца конденсации. При этом доля пара равна 0%, а переохлаждение хладагента близко к нулю. В левой части кривой ВС состояние хладагента соответствует переохлажденной жидкости (ПЖ) – его температура меньше температуры кипения.

Внутри кривой АВС состояние хладагента соответствует состоянию парожидкостной смеси (П+Ж). доля пара в единице объема приравнивается к 100% — кривая АВ, до 0% — кривая ВС.

В дальнейшем будем рассматривать конденсатор воздушного охлаждения, поскольку он является самым распространенным типом устройств среди себе подобных, испоьзуемым в парокомпрессионных холодильных машинах. Предполагается, что он имеет один или несколько вентиляторов, которые обеспечивают ему обдув воздухом и представляет собой трубчато-ребристый теплообменный аппарат (рис.2).

Перепадом температур по воздуху на конденсаторе ΔТак=Та4-Та3. Если работа холодильной установки стабильна, то величина ΔТак для трубчаторебристых конденсаторов воздушного охлаждения с принудительным обдувом обычно находится в пределах 3-9К. Другими словами, воздух, проходящий через конденсатор, должен иметь температуру не меньше 3К и не превышать отметку в 9К. Если температура воздуха, которая проходит через конденсатор с принудительным обдувом менее 3 К, то это говорит о снижении теплоотдачи хладагента (причиной этому может быть загрязнение наружной поверхности оребрения конденсатора), которое приводит к росту температуры, следовательно, и давления. Более высокие значения ΔТак (>10К) по сравнению с номинальным, свидетельствуют о том, что расход воздуха проходящего через конденсатор (по причине нестабильной работы вентилятора, приводит к росту температуры и, соответственно, повышению давления конденсации.

Максимальный температурный напор ΔTмакс= Тk-Та3. Данный показатель применяют при выборе конденсатора, поскольку в большинстве случаев значение производительности Qконд зависит от показателя DTмакс. Так для всех трубчатых конденсаторов воздушного охлаждения расчетное значение DTмакс считают равным 15± 3К (независимо от марки используемого хладагента и назначения холодильной установки). Таким образом мы видим, что для стабильной работы любой холодильной установки, в которой применяются хладоны, температура конденсации Тk в трубчато-ребристых конденсаторах должна превышать температуру наружного воздуха (быть не ниже 12К и не выше 18К).

Холодильный агент (кривая, отмеченная красным цветом на рис. 2б) — имеет вид перегретого пара на входе в конденсатор и температуру, равную температуре нагнетания Тнагн. На участке 2-3 происходит отбор теплоты от хладагента и ее передача окружающей среде. На отрезке 3-4 совершается процесс конденсации при стабильной температуре Тk. Процесс переохлаждения жидкого хладагента начинается в точке 4 и завершается в точке 5. В результате температура хладагента снижается от Тk до Тж. При этом давление хладагента, если не брать во внимание его потери в конденсаторе, остаются постоянными и равняются давлению конденсации Рk. Переохлаждением на выходе из конденсатора будет разность температур конденсации Тk и жидкости на выходе из него Тж:

При этом величина переохлаждения не зависит от типа применяемого хладагента и типа конденсатора, при условии нормальной работы холодильной установки (данный показатель должен находиться в диапазоне 3-6К).

Если для охлаждения конденсатора используется вода (рис.3), то температурные параметры будут теми же, что и для конденсаторов воздушного охлаждения. Но цифровые значения температур охлаждающей воды, которые должны использоваться во время эксплуатации холодильной установки, будут отличаться от аналогичных показателей для конденсаторов воздушного охлаждения.

Если речь идет о конденсаторах водяного охлаждения, то следует поддерживать не максимальный температурный напор, а минимальный: DTмин=Тk-Те4 – разность между температурой конденсации хладагента в конденсаторе и температурой окружающей среды на выходе из него. Для нормальной работы установки данный показатель должен находиться в пределах 4-5К.

В приведенных примерах было описано поведение температур вокруг конденсатора и хладагента, который поступает в конденсатор парокомпрессионной холодильной установки. Сейчас же мы рассмотрим основные параметры выбора конденсатора воздушного охлаждения. Вначале отметим, что конденсатор, в первую очередь, представляет собой теплообменное устройство, которое предназначено для отвода теплоты, которую поглощает хладагент от окружающей среды. В качестве нее может выступать воздух или вода, если процесс охлаждения хладагента осуществляется при помощи градирен или используется конденсатор водяного охлаждения.

Конструктивное исполнение конденсаторов воздушного охлаждения может быть различным (рис.4). На схеме 5 представлена их классификация. Таким образом, перед тем, как приступить к выбору характеристик конденсатора, необходимо выбрать ту или иную разновидность, которая будет зависеть от условий их расположения и эксплуатации. После определения разновидности конденсатора выбирают необходимую производительность.

DTмакс=15К, Та3=25С, Тk=40С, ΔТпереохл≥3К, Тнагн= Тk+25К (2)

Таким образом, определяя по формуле (1) производительность конденсатора, ее значение будет соответствовать показателю в каталоге, но при условии, что во время эксплуатации конденсатора будут выполняться вышеуказанные требования (2). Если рабочие параметры будут отличаться, то для определения производительности конденсатора следует вводить поправочные коэффициенты.

Наиболее влияют на тклонение значения производительности конденсатора от показателя, приведенного в каталоге, следующие причины: температура воздуха на входе в конденсатор Та3, температура перегретого пара на входе в конденсатор Тнагн и расположение установки относительно уровня моря. Величина поправочных коэффициентов определятся из табл.1. Она умножается на величину производительности, которую определяют по формуле (1), для вычисления фактического значения производительности.

Производительность конденсатора в зависимости от величины DT, которая находится в диапазоне 10К≤DT≤20К, определяется следующим образом:

Qконд=Q*конд х 15/ DT (3),

где Q*конд – производительность конденсатора при DT=15К.

Источник

Как рассчитать температуру наружного воздуха для подбора конденсатора

Фреоновые парокомпрессорные холодильные установки с воздушными конденсаторами получили широкое распространение в коммерческом и промышленном холоде.

Чтобы обеспечить работоспособность таких установок в период действия высоких температур наружного воздуха, необходимо не только правильно рассчитать мощность конденсатора, но и подобрать его для корректно выбранной температуры наружного воздуха.

Сознательное занижение расчетной температуры наружного воздуха, принимаемой для подбора воздушного конденсатора, приводит, естественно, к снижению стоимости холодильного оборудования и возможности выиграть тендер на поставку и монтаж.

Однако, это чревато далеко идущими последствиями, начиная от несоблюдения указанных в техническом задании температурных режимов в холодильных и технологических камерах, и заканчивая отказами в работе оборудования по причине срабатывания предохранительных устройств при высоких температурах наружного воздуха.

Поэтому к выбору расчетной температуры наружного воздуха при проектировании холодильных установок следует подходить с особой тщательностью.

Как показывает практика, чаще всего воздушные конденсаторы работают в наиболее неблагоприятных условиях, так как их преимущественно устанавливают на стороне здания, в течение длительного времени облучаемой солнцем, или на плоской кровле.

При этом температура воздуха на входе в конденсатор будет существенно выше температуры воздуха в тени. Например, согласно экспериментальным и расчетным данным, температура поверхности плоской кровли может достигать +60. +75 °C, что непременно сказывается на повышении температуры воздуха над ней. А ведь именно этот воздух и поступает на вход в воздушный конденсатор.

В современных нормативных документах, связанных с холодильной техникой, расчетные параметры наружного воздуха для подбора холодильного оборудования, и в том числе воздушных конденсаторов, никак не регламентируются.

В смежной области — системах кондиционирования воздуха (СКВ) — существует хорошая нормативная база, в том числе СП «Отопление, вентиляция и кондиционирование», который периодически обновляется и совершенствуется. С 1 июля 2021 действует уже третья редакция этого документа [1].

Уже в первой редакции СП «Отопление, вентиляция и кондиционирование» (2012 год) было указано:

п.9.17. Параметры наружного воздуха для расчета конденсаторов с воздушным охлаждением … следует принимать с учетом места их размещения (в тени, на солнце, на плоской кровле вблизи крыш или стен и др.), но не менее расчетных параметров наружного воздуха для обслуживаемых систем.

Но конкретные рекомендации в нормативном документе не были приведены.

Расчетные параметры наружного воздуха — это так называемые параметры «Б», которые определяются по СП «Строительная климатология» [2]. В частности, температура по параметрам «Б» — это температура воздуха обеспеченностью 0,98, которая берется из таблицы 4.1 СП [2] (графа 4).

Впервые учитывать место размещения воздушного конденсатора путем соответствующего увеличения расчетной температуры воздуха (относительно температуры по параметрам «Б») было предложено автором в 2014 году в книге [3] на примере моноблочных чиллеров с воздушными конденсаторами.

Рассматривались три основных случая размещения чиллера с воздушным конденсатором: в тени, на стороне здания, облучаемой солнцем, и на плоской кровле.

Автором была применена следующая формула для определения расчетной температуры наружного воздуха:

где t_Р — расчетная температура наружного воздуха для подбора воздушного конденсатора,

t_НВ — расчетная температура наружного воздуха по параметрам «Б»,

Δt — увеличение температуры в зависимости от места установки, определяемое по следующей таблице [3].

Таблица 1. Рекомендуемые Δt для воздушных конденсаторов [3]

Источник

Методика расчета конденсатора холодильной машины

Расчеты холодильных машин

Расчет поршневого компрессора

Расчет поршневых компрессоров одноступенчатых паровых машин производится с учетом холодопроизводительности q₀ и затраты работы AL, определяемых по диаграмме Т-S в соответствии с расчетным циклом.

Теоретический часовой объем паров, засасываемый компрессором (м 3 /ч),

Объем, описанный поршнем компрессора (в м 3 /ч),

Таблица 189. Объемная холодопроизводительность аммиака (в ккал/м 3 ) *

* ( Для перевода в единицы системы СИ следует воспользоваться коэффициентом: 1 ккал = 4,2 кДж.)

Рабочая холодопроизводительность компрессора (в ккал/ч)

Для компрессора простого действия

Данные берутся из заводского паспорта компрессора.

Таблица 190. Коэффициенты λ и η_i для аммиачных компрессоров типа ВП и УП

Расчет испарителей

Расчет испарителя сводится к проверке его поверхности, омываемой рассолом

Таблица 191. Коэффициенты теплопередачи и удельная тепловая нагрузка в аммиачном кожухотрубном испарителе (практические данные)

Расчет конденсаторов

Тепловая нагрузка конденсатора (ккал/ч)

Расчет сводится к проверке поверхности конденсатора (в м 2 )

Таблица 192. Коэффициенты теплопередачи и удельная тепловая нагрузка конденсатора (практические данные)

Расход воды для кожухотрубных и элементарных конденсаторов (в л/ч)

Источник

Методика расчета холодильной машины

6.1 Цели и задачи

Режим работы холодильной машины определяется температурами: 1) кипения хладагента t_о, которая задается исходя из условий работы СКВ; 2) конденсации t_к, принимаемой на 3-4° выше температуры воды, уходящей из конденсаторов; 3) переохлаждения агента t_п, принимаемой на 1-2° выше начальной температуры воды, подаваемой в конденсаторы.

Сравнение производительности холодильных машин заключается в приведении их к одинаковым условиям, т. е. К одинаковым температурам испарения t_о, всасывания t_в, конденсации t_к, а так же к температуре перед регулирующим вентелем t_и (табл. 1).

Вместо четырех сравнительных температур часто пользуются только тремя: t_о, t_к, t_и.

Расчет холодильной машины производится с помощью схемы холодильного цикла, который строится на I-lgp-диаграмме (рис. 1). На правой пограничной кривой находят точку 1, руководствуясь заданной температурой кипения хладагента t_о. Из этой точки проводят адиабату, характеризующую сжатие паров в компрессоре, до пересечения с прямой, характеризующей постоянное давление в конденсаторе p_к, которое соответствует заданной температуре конденсации хладагента t_к. В результате получают точку 2, характеризующую параметры паров хладагента при выходе из компрессора.

Процесс в конденсаторе и переохладителе изображают прямой 2-3, которая характеризуется постоянным давлением р_к и тремя различными температурами: постоянной температурой конденсации на участке 2¢-3¢, более высокой температурой паров после компрессора t₂ и более низкой температурой при выходе жидкого хладагента из переохладителя t₃.

Положение точки 3 определяется давлением р_к и температурой t₃. Из точки 3 проводят вниз вертикальную прямую 3-4, представляющую собой процесс дросселирования в регулирующем вентеле при постоянной энтальпии I₃ =I₄. Положение точки 4 определяется пересечением прямых I₃ и р_о.

Таблица 1.Сравнительные условия для холодильных машин.

Условия работы машин

кипения хладагента t_оконденсации t_кпереохлажде- ния жидкого хладагента водой t_нвсасывания паров t_в

Стандартные для фреоновых компрессоров

Плюсовые для открытых (сальниковых) фреоновых компрессоров

Плюсовые для герметичных фреоновых компрессоров

Стандартные для аммиачных компрессоров

Рисунок 6.1 Схема холодильного цикла

6.3 Методика расчета холодильной машины

Тепловой расчет холодильной машины сведен в таблицу.

Потребная холодопроизводительность Q₀ определяется из расчета теплопритоков с учетом потерь теплоты в трубопроводах. Для систем непосредственного охлаждения аммиака Q₀ =1,07SQ, для систем с промежуточным хладоносителем Q₀ = 1.12SQ.

Если в паспортных данных приводится холодопроизводительность компрессора при одном температурном режиме, то холодопроизводительность в нужном режиме можно определиь по формуле

(6.3.1)

6.4 Технические характеристики холодильных машин

Технические характеристики холодильных машин МКТ40-2-1, МКТ40-2-0, МКТ80-2-1 и МКТ80-2-0 сведены в таблицы. Чертежи данных холодильных машин приведены в конце главы.

Таблица 6.4.1. Технические характеристики холодильных машин МКТ40-2-1, МКТ40-2-0, МКТ80-2-1 и МКТ80-2-0.

Холодопроизводительность, кВт (ккал/ч), при температуре хладоносителя на выходе из испарителя 0°с и температуре температуре охлаждающей воды 25°с

Потребляемая мощность, кВт, при температуре хладоносителя на выходе из испарителя 6°с и температуре охлаждающей воды 25°с

Количество заряжаемого хладагента, кг

Количество заряжаемого масла, кг

Габаритные размеры, мм

маркаК16К16К32К32наружная площадь поверхности теплообмена, м 216,416,43232нсопротивление по воде, МПа (кгс/ск 2 )0,07 (0,7)0,07 (0,7)0,07 (0,7)0,07 (0,7)

МаркаИ24И24И30И30внутренняя площадь поверности теплообмена, м 224244848соротивление по хладоносителю, МПа (кгс/см 2 )0,05 (0,5)0,05 (0,5)0,05 (0,5)0,05 (0,5)

Таблица 6.4.2. Технические характеристики холодильных машин МКТ110-2-0, МКТ110-2-1, МКТ110-2-2, МКТ220-2-0, МКТ220-2-1, МКТ220-2-2 и МКТ220-2-3.

36 4421 4437 36 4421 446136 4421 444236 4421 4449 36 4421 443836 4421 4450 36 4421 4435

Потребляемая мощность, кВт

Количество заряжаемого хладагента,кг

Количество заряжаемого масла, кг

Габаритные размеры, мм

маркаП110-2-0 П110-2-1П110-2-2П220-2-0 П220-2-1П220-2-2 П220-2-3объем, описываемый поршнями, м 3 /ч301301602602маркаКХ60КХ40КХ110КХ60наружная площадь по- верхности теплообмена, м 25642,911356число ходов по воде2222сопротивление по воде, МПа (кгс/см 2 )0,06 (0,6)0,06 (0,6)0,06 (0,6)0,06 (0,6)маркаИТ30ИТ20ИТ65ИТ30наружная площадь поверхности теплообмена, м 228,822,46628,8Число ходов по хладоносителю15191715сопротивление по хладоносителю, Мпа (кгс/см 2 )0,03 (0,3)0,03 (0,3)0,03 (0,3)0,03 (0,3)

маркаТФ6ТФ6ТФ7ТФ6наружная площадь поверхности теплообмена, м 25,835,837,15,83

Таблица 6.4.3. Температурный диапазон работы холодильных машин МКТ110-2-0, МКТ110-2-1, МКТ110-2-2, МКТ220-2-0, МКТ220-2-1, МКТ220-2-2 и МКТ220-2-3.

Марка машины (агрегата)

Таблица 6.4.4. Температурный диапазон работы холодильных машин МКТ14-2-0 и МВТ25-1-0.

Таблица 6.4.5. Технические характеристики холодильных машин МКТ14-2-0 и МВТ25-1-0.

Номер технических условий

при температуре хладоносителя на выходе из испарителя 6°с и температуре охлаждающей воды на входе в конденсатор 20°с28,5 (24500)——————при температуре хладоносителя на выходе из испарителя 10°с и температуре окружающего воздуха 35°с——————51 (44000)

Потребляемая мощность, кВт

при температуре хладоносителя на выходе из испарителя 6°с и температуре охлаждающей воды на входе в конденсатор 20°с8,6——————при температуре хладоносителя на выходе из испарителя 10°с и температуре окружающего воздуха 35°с——————27,5охлаждающей воды*3,57——————охлаждающего воздуха——————24700хладоносителя710

Количество заряжаемого хладагента, кг

Количество заряжаемого масла, кг

Габаритные размеры, мм

машины2285/530/1000——————компрессорно-испарительного агрегата——————-2345/640/1580маркаМКТ14-2-0-010,000ВК80М и ВК160площадь поверхности теплообмена, м 28,56247,2число ходов10——————сопротивление по воде, МПа (кгс/см 2 )0,016 ( 0,16)——————

маркаМКТ14-2-0-010,0001АТ25-1-0-010,000внутренняя площадь поверхности теплообмена, м 210,218,9число ходов22сопротивление по хладоносителю, Мпа (кгс/см 2 )0,016 (0,16)0,01 (0,1)

Таблица 6.4.6. Технические характеристики холодильных машин 1ХМ-ФУ40/1, 1ХМ-ФУ40/1РЭ, 1ХМ-ФУУ80/1 и 1ХМ-ФУУ80/1РЭ.

Холодопроизводительность, кВт (ккал/ч), при температуре хладоносителя на выходе из испарителя +8°с и температуре охлаждающей воды на входе в конденсатор +28°с

Потребляемая мощность, кВт, при температуре хладоносителя на выходе из испарителя +8°с и температуре охлаждающей воды на входе в конденсатор +28°с

Источник

Расчет и подбор конденсаторов

Конденсаторы подбираются по действительному тепловому потоку, определенному при тепловом расчете цикла холодильной машины.

Тип конденсатора выбирают в зависимости от назначения установки, условий водоснабжения и качества воды с учетом климатологических данных.

В большинстве случаев для крупных и средних установок, работающих на различных хладагентах, применяют конденсаторы с водяным охлаждением – горизонтальные кожухотрубные. Такие конденсаторы использовать целесообразно при наличии оборотного водоснабжения.

В случае прямоточной системы водоснабжения из естественных водоемов на крупных холодильных установках, работающих на аммиаке, используют вертикальные кожухотрубные конденсаторы.

Для районов с низкой относительной влажностью воздуха рекомендуется применять испарительные конденсаторы.

Значительное количество малых и крупных холодильных машин, работающих на хладонах, комплектуется конденсаторами с воздушным охлаждением. В связи с ограниченностью запасов воды конденсаторы с воздушным охлаждением должны найти широкое применение на установках любой холодопроизводительности, работающих на различных хладагентах, в том числе на аммиаке. Воздушные конденсаторы можно рекомендовать для установок, расположенных в районах с максимальной расчетной температурой воздуха не выше 30 0 С. Технические характеристики горизонтальных кожухотрубных конденсаторов представлены в [1-3, 5, 6, 24, 27-30, 32].

Расчет конденсатора сводится к определению площади теплопередающей поверхности, по которой подбирают один или несколько конденсаторов с суммарной площадью поверхности, равной расчетной.

Рассчитывают расход воды или воздуха и производят подбор насосов или вентиляторов или поверочный расчет оборудования, поставляемого в комплекте.

Площадь теплопередающей поверхности конденсатора F определяют по формуле:

¸ м 2

Среднелогарифмическая разность температур между конденсирующимся холодильным агентом и охлаждающей средой θ_m рассчитывается по формуле, о С:

.

Коэффициенты теплопередачи конденсаторов k [в Вт/(м 2 ·К)] различного типа приведены ниже.

горизонтальные для аммиака 700-1000

горизонтальные для хладонов 700

Воздушного охлаждения 30

По рассчитанной площади поверхности подбирают конденсатор, соответствующего типа (следует выписать полную характеристику аппарата).

Расход охлаждающей воды, поступающей в конденсатор, V_вд (в м₃/с) находят по формуле:

,

где: Q_к— суммарный тепловой поток в конденсаторе, кВт; С – удельная теплоемкость воды [с = 4,19 кДж/(кг·К)]; — плотность воды (ρ=1000 кг/м 3 ); —подогрев воды в конденсаторе, К.

По расходу воды с учетом необходимого напора подбирают насос или несколько насосов необходимой производительности. Обязательно предусматривают резервный насос.

По той же формуле можно определить расход воздуха для конденсаторов воздушного охлаждения, только в формулу подставляют соответственно значения удельной теплоемкости и плотности воздуха и разность температур между входящим воздухом на конденсаторе.

Расчет и подбор испарителей

Выбор рассольных испарителей определяется принятой системой охлаждения: при закрытой системе охлаждения принимают кожухотрубные испарители, при открытой – панельные.

Площадь передающей поверхности испарителя F (в м 2 ) определяют по формуле:

,

Средняя разность температур для машин, работающих на аммиаке, 5-6 0 С, для машин работающих на хладонах, в аппаратах, затопленного типа 6-8 0 С, в аппаратах с кипением хладагента внутри труб 8-10 0 С. Соответственно удельный тепловой поток q_f=k t для ориентировочных расчетов можно принять (в Вт/м 2 ):

Испарители для аммиака

кожухотрубный ИКТ 3500

панельный ИП 2300-3500

Испарители для хладона – 22

накатными медными 4700-6400

гладкими стальными 2300-4700

с кипением хладагента внутри труб ИТВР 2300-11000

Для испарителей, работающих на хладоне-12, коэффициенты теплопередачи и удельный тепловой поток примерно на 10 % меньше, чем для испарителей, работающих на хладоне-22.

Расход теплоносителя V_р (в м 3 /с), необходимый для отвода теплопритоков в охлаждаемом объекте, можно определить по формуле:

V_р= ,

где: V_р— расход хладоносителя, м 3 /с; Q_и— тепловой поток в испарителе, кВт; с_р — удельная теплоемкость хладоносителя при средней рабочей температуре, кДж/(кг·К); ρ_р — плотность рассола, кг/м 3 ; Δt_р— разность температур рассола на входе в испаритель и на выходе из него, К.

Разность температур рассола на входе и выходе из испарителя (в 0 С) принимают в зависимости от вида охлаждаемых аппаратов:

Батареи и воздухоохладители 2-3

Технологические аппараты 4-6

Мембранные скороморозильные аппараты 1

По расходу теплоносителя подбирают насос с учетом необходимого напора [1-3, 5, 6, 24, 27-30, 32].

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право.

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала.

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.).

Система охраняемых территорий в США Изучение особо охраняемых природных территорий(ООПТ) США представляет особый интерес по многим причинам.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

Источник