Конденсатори

Конденсатор – це теплообмінний апарат, призначений для відведення теплоти, яку холодильний агент сприйняв від продукту, а також теплоти, еквівалентній роботі стискання в компресорі.

В результаті передачі теплоти охолоджуючому середовищу стиснені пари холодильного агента охолоджується до температури конденсації, а потім при подальшому відведенні теплоти конденсується.

За типом охолоджуючого середовища конденсатори поділяються на чотири групи:

- з повітряним охолодженням;

- з водяним охолодженням;

- з повітряноводяним охолодженням;

- з охолодженням киплячим холодильним агентом або технологічною рідиною.

За характером руху охолоджувального середовища конденсатори поділяють на групи:

- з природньою циркуляцією охолоджувального середовища;

- з примусовою циркуляцією охолоджувального середовища;

- зі зрошенням охолоджувальною рідиною.

Конденсатори з повітряним охолодженням. Конденсатори такого типу мають вигляд одного чи декількох рядів плоских вертикальних змійовиків із сталевих або мідних труб, на яких закріплені пластинчасті ребра.

Конденсатори з повітряним охолодженням для малих і середніх холодильних установок класифікують:

- за типом циркуляції повітря – з природною та примусовою циркуляцією;

- за рухом холодильного агента в секціях конденсатора – з послідовним, паралельним та послідовно-паралельним рухом;

- за місцем встановлення – вбудовані (встановлюються на рамі агрегата поруч з компресором) і виносні (встановлені окремо від компресора);

- за видом поверхні теплопередачі – гладкотрубні і ребристотрубні.

Рис. 2.17 Ребристо-трубний (ребристо-змійовиковий) конденсатор з вільним рухом повітря 1 – сталеві ребра; 2 – змійовик  

Торгове холодильне обладнання і побутові холодильники, як правило, оснащені холодильними машинами з повітряним охолодженням конденсаторів.

Конденсатори з природною циркуляцією повітря використовують в агрегатах з холодопродуктивністю до 200 Вт. За конструкцією ці конденсатори мають вигляд плоского змійовика, до якого з обох сторін приварені ребра (рис. 2.17). Змійовик виготовлено зі сталевої тонкостінної трубки діаметром 4,75... 6,00 мм, а ребра – зі сталевого дроту діаметром 1,5... 1,6 мм. Крок трубок змійовика становить 40... 60 мм, ребер – 6...9 мм.

В малих холодильних установках для підприємств торгівлі та закладів ресторанного господарства, в машинах середньої продуктивності тощо конденсатори охолоджуються потоком повітря, який створюється спеціальним вентилятором (рис. 2.18).

Головний фактор, який впливає на роботу конденсатора з повітряним охолодженням та холодильного агрегата є температура навколишнього повітря, величина якої визначає температуру конденсації – важливого параметра роботи холодильної машини.

Основні вимоги до повітряних конденсаторів:

1) крок між ребрами повинен бути не менше 2,5 мм для попередження швидкого засмічення міжреберної поверхні;

2) потужність та габарити вентилятора повинні обмежуватись шумовими характеристиками;

Рис. 2.18 Конденсатор з примусовою циркуляцією повітря

3) температурний напір між температурою конденсації та вхідного повітря обмежується потужністю компресора.

Конденсатори з водяним охолодженням використовують в холодильних установках з підвищеними вимогами щодо безшумності та в тих випадках, коли є доступ до дешевої води. Водяні конденсатори компактні, більш легкі та створюють менше шуму під час роботи, оскільки не мають вентилятора. Існує декілька типів конструкцій конденсаторів.

В малих та середніх холодильних установках застосовують двотрубні ("труба в трубі") та кожухозмійовиковіконденсатори.

Кожухозмійовиковий конденсатор складається з одного або декількох гладкотрубних або оребрених мідних змійовиків, які розміщені в зварному сталевому кожусі. Охолоджувальна вода циркулює через змійовики, а хладон – через кожух.

Типовою конфігурацією двохтрубного конденсатора є спіральний або овальний конденсатор (рис. 2.19, 2.20).

Рис. 2.19 Типові конфігурації двотрубних конденсаторів а – овальний; б – спіральний

Двохтрубний конденсатор складається з двох труб, які змонтовані одна в одній. Вода проходить через внутрішню трубу, а холодильний агент циркулює у зворотному напрямі в кільцевому просторі між внутрішньою та зовнішньою трубами. У випадку протитоку створюється максимальна середня різниця температур між середовищами, а отже, і максимальна інтенсивність теплопередачі.

Рис. 2.20 Поперечний розріз конденсатора типу "труба в трубі"  

Умови роботи конденсаторів. При підборі конденсатора для холодильної системи зазвичай враховують його здатність справлятися з навантаженням на компресор при бажаній різниці між температурою конденсації та очікуваною температурою охолоджуючого середовища. Для більшості конденсаторів з повітряним охолодженням дана різниця приймається 10...12 °С.

За певних умов (зокрема, при неякісному ремонті агрегата) в холодильному контурі може накопичитись деяка кількість повітря. Складові повітря – азот і кисень – залишатимуться в газовому стані при будь-якій температурі і тиску, який створюється в торговому холодильному обладнанні. Якщо повітря і холодильний агент знаходяться в герметичній системі, то згідно закону Дальтона тиск компонентів повітря додається до тиску холодильного агента, а робота системи при надлишковому тиску нагнітання небажана.

Шар бруду, пилу та мастила на поверхні конденсатора створює теплову ізоляцію, яка перешкоджає відведенню теплоти від холодильного агента, що призводить до підвищення тиску в системі. Для забезпечення максимальної ефективності роботи холодильної машини слід періодично очищувати поверхню конденсатора.

Конденсатор з повітряним охолодженням повинен інтенсивно обдуватися потоком повітря. Встановлювати конденсатор слід в приміщенні з вентиляцією таким чином, щоб холодне повітря витісняло нагріте, інакше в системі буде створюватися високий тиск нагнітання.

Повітряний конденсатор може охолоджуватись за допомогою зовнішнього обдування або витяжного вентилятора.

Витяжні вентилятори протягують повітря через конденсатор і створюють більш рівномірний потік, ніж вентилятори зовнішнього обдування. Оскільки рівномірне розподілення повітря підвищує ККД конденсатора, доцільніше застосовувати витяжну систему обдування за допомогою витяжного вентилятора.

2.6 Допоміжне обладнання холодильних машин

Вентилі компресора. Сальникові та безсальникові компресори обладнані спеціальними запірними вентилями, які встановлюються на всмоктувальному та нагнітальному штуцерах компресора. Запірні вентилі призначені для забезпечення можливості обслуговування холодильної системи.

Зворотні клапани. Щоб напрям руху холодильного агента в певній точці холодильної системи не змінювався на зворотній, передбачають встановлення зворотних клапанів. Вони необхідні в холодильних установках, які мають декілька випарників з різною температурою кипіння хладону. При зупинці компресора зворотні клапани перешкоджають перетіканню парів холодильного агента з випарників з високою температурою кипіння до випарників з низькою температурою.

Клапани розміщують за випарниками з низькою температурою кипіння на всмоктувальних трубопроводах. В цьому випадку випарники не можуть заповнюватися рідиною, що дає змогу уникнути пошкодження компресора в результаті гідравлічного удару при запуску.

Можливо також розмістити зворотний клапан між нагнітальною магістраллю компресора і конденсатором, щоб за рахунок недопущення перетікання хладона із конденсатора у всмоктувальну порожнину компресора полегшити його запуск.

Ресивери – це спеціальні ємності для зберігання запасу холодильного агента в системі. Вони беруть участь в регулюванні холодопродуктивності. Запас хладону в ресивері дає змогу компенсувати незначні втрати робочого тіла. Надлишок хладона в ресивері дозволяє агрегату працювати в умовах змінних теплових навантажень. При збільшенні зовнішнього теплового навантаження додаткова кількість хладону надходить із ресивера в холодильну систему.

Ресивер може використовуватись для збору всієї кількості холодильного агента, якщо необхідно розкрити холодильний контур під час обслуговування, ремонту або транспортування установки.

Підігрівачі картера. Якщо компресор фреонової установки розміщено в місці, де температура навколишнього середовища нижча температури у випарнику, то під час неробочої частини холодильного циклу в картер компресора потрапляє підвищена кількість хладона. Це відбувається внаслідок різниці тисків у випарнику і компресорі. При цьому холодильний агент може в значній мірі розчинятися в мастилі, яке знаходиться в картері. Запуск компресора призводить до закипання хладона, розчиненого в мастилі, з утворенням масляно-парової емульсії. Частина емульсії виходить з картера в циліндр, зумовлюючи гідравлічні удари, які пошкоджують клапани компресора.

Для зменшення кількості хладону, який розчинився в мастилі картера, під час зупинки компресора мастило доцільно підігрівати. В результаті холодильний агент випаровується і зменшується його надходження в картер.

Електричні підігрівачі картера встановлюють ззовні або зсередини компресора. Потужність цих пристроїв (25...200 Вт) повинна бути такою, щоб не допускати надлишкового перегріву мастила.

Фільтри-осушувачі. В контурі будь-якої холодильної установки завжди є певна кількість вологи та інших речовин. Волога проникає в систему при порушенні герметичності, зниженні тиску всмоктування нижче атмосферного або під час ремонту холодильної машини. Присутність вологи може призвести до замерзання дросельного отвору або перегорання обмоток електродвигуна герметичного компресора.

Фільтри-осушувачі забезпечують фільтрування та осушування холодильного агента в системі.

Функція осушування забезпечує хімічний захист, який включає поглинання води і нейтралізацію кислот. Це дає змогу уникнути корозії металевих поверхонь і згорання електродвигунів.

Функція фільтрації забезпечує фізичний захист і включає затримання різноманітних сторонніх часточок і домішок, що подовжує термін експлуатації компресора.

Таким чином, фільтр-осушувач можна розглядати як засіб подовження строку служби холодильної установки.

2.7 Холодильні агрегати

Окремі елементи холодильної установки (компресори, теплообмінні апарати) часто доцільно об'єднувати в один пристрій, який називається агрегатом. Це забезпечує компактність машини, зменшення довжини трубопроводів, зручність в обслуговуванні. Також зменшується об'єм монтажних робіт в місці встановлення. Ціль агрегатування полягає в перенесенні всіх робіт із монтажу та регулювання елементів холодильної машини на завод-виробник, який має кваліфіковані кадри, необхідні інструменти та контрольно-вимірювальні прилади. Агрегати характеризуються компактністю та зручністю в обслуговуванні.

Агрегати класифікуються залежно від елементів холодильної машини, які об'єднуються. Якщо компресор об'єднано з конденсатором, електродвигуном і приладами автоматики, то це компресорно-конденсаційний агрегат. Якщо в агрегаті кожухотрубний випарник об'єднаний з теплообмінником, фільтром-осушувачем і регулювальною станцією з приладами автоматики, то це випарниково-регулювальний агрегат. Якщо ж в агрегаті об'єднані всі елементи холодильної машини, то його називають комплексним агрегатом (сучасні моноблоки).

Холодильні агрегати встановлюються на плиті або рамі. В машинах малої та середньої продуктивності використовують переважно герметичні компресорно-конденсаційні агрегати.

Герметичні холодильні агрегати випускають на базі герметичних поршневих компресорів і ротаційних компресорів з холодопродуктивністю від 0,5 до 100 кВт. Різна холодопродуктивність агрегатів досягається регулюванням частоти обертання вала компресора.

Залежно від температури кипіння хладона агрегати поділяються:

- низькотемпературні (-40...-15 °С) – працюють на хладонах R22, R134a, R404;

- середньотемпературні (-15...0 °С);

- високотемпературні (0...10 °С).

Конструкцію та зовнішній вигляд низькотемпературного холодильного агрегату на прикладі ВН 630(2) наведено на рис. 2.21.

Даний агрегат працює на хладоні R22. Встановлюється у фризерах для м'якого морозива, холодильних вітринах та іншому холодильному обладнанні місткістю до 4 м³ для створення температур до -18 °С.

Агрегат складається з поршневого одноциліндрового герметичного компресора і ребристотрубного конденсатора, який охолоджується витяжним способом за допомогою вентилятора. Ресивер та фільтр-осушувач в агрегаті ВН 630 (2) конструктивно суміщені: ресивер має вигляд циліндричної ємності, яка занурена у фільтр-осушувач. Відділена волога випаровується під дією теплоти, яка відводиться від рідкого холодильного агента, що знаходиться в ресивері.

Існують також холодильні агрегати з кількома герметичними компресорами. Вони застосовуються для оснащення холодильних камер, складів зберігання охолоджених і заморожених продуктів, систем холодопостачання торгових підприємств, камер швидкого охолодження та заморожування і промислового кондиціювання.

Рис. 2.21 Низькотемпературний холодильний агрегат ВН 630 (2) 1 – плита; 2 – огородження; 3 – кришка циліндра; 4 – ресивер з фільтром-осушувачем; 5 – вентиль відтаювання; 6 – конденсатор; 7 – компресор; 8 – нагнітальний вентиль; 9 – рідинний вентиль; 10 – всмоктувальний вентиль  

Блочні холодильні машини

Сучасною тенденцією в холодильному машинобудуванні є впровадження холодильних агрегатів у вигляді одного або декількох блоків – моноблоків, біблоків та спліт-систем.

Моноблочна холодильна машина є герметичним холодильним агрегатом з повітряним конденсатором, і призначена для камер малої та середньої місткості (рис. 2.22, 2.23).

Рис. 2.22 Моноблочні холодильні машини  

Рис. 2.23 Схеми установки моноблоків а – монтаж на стіні; б – монтаж на стелі  

Моноблочні агрегати монтуються на стіні або стелі. Частина блока яка включає компресор, конденсатор і блок керування, встановлюються на зовнішній стіні холодильної камери, а повітроохолоджувач розміщують всередині камери. Монтаж агрегату зводиться до врізання його в стіну або стелю камери, встановлення трубопроводів для відведення талої води і підключення до електропостачання.

Моноблочні холодильні агрегати працюють на хладонах R22 та R404а. У холодильній камері об'ємом 4,5...12 м³ створюють температуру -18...+6 °С.

Біблочні холодильні машини та спліт-системи мають схожу будову і складаються із зовнішнього компресорно-конденсаційного та внутрішнього випарникового блоків. Спліт-системи встановлюють в малих і середніх холодильних камерах, а біблоки відносяться до категорії промислового обладнання і призначені для камер середньої та великої ємності.

Зовнішній блок спліт-системи встановлюють із зовнішньої сторони холодильної камери, а внутрішній блок – повітроохолоджувач – на стелі камери.

В біблочному агрегаті зовнішній блок встановлюється на підлозі поза камерою, а повітроохолоджувач – на стелі або підлозі камери (рис. 2.24).

Рис. 2.24 Схеми установки біблоків та спліт-систем    

Біблочні агрегати та спліт-системи поділяються на середньотемпературні (забезпечують охолодження в камері від -5 до +10 °С) та низькотемпературні (температурний режим від -18 до -25 °С).

2.8 Принципові схеми холодозабезпечення

Розрізняють 6 принципових схем холодозабезпечення холодильних камер (рис. 2.25).

1) Схема безпосереднього охолодження, в якій випарники розміщуються всередині холодильних камер і приміщень або вбудовуються в комунікації охолоджувального повітря і технологічне холодильне обладнання.

2) Відкрита проміжна схема, обладнана випарником з закритими порожнинами холодоносія, до якого тепло від об'єкта охолодження відводиться в теплообмінному апараті.

3) Відкрита проміжна схема, обладнана випарником з відкритим рівнем холодоносія, до якого теплота від об'єкта охолодження відводиться в теплообмінному апараті.

4) Закрита проміжна схема, обладнана випарником з закритими порожнинами холодоносія, до якого теплота від об'єкта охолодження відводиться в теплообмінному апараті.

5) Закрита проміжна схема, обладнана випарником з відкрити рівнем холодоносія, до якого теплота від об'єкта охолодження відводиться в теплообмінному апараті.

6) Відкрита подвійна проміжна схема, обладнана випарником з закритими порожнинами холодоносія, при цьому відведення теплоти від об'єкта охолодження відбувається в теплообмінному апараті з послідовним перенесенням теплоти двома різними потоками холодоносіїв.

Рис. 2.25 Принципові схеми холодопостачання холодильних камер    

Питання для самоперевірки

1. Назвіть основні конструктивні елементи компресійної холодильної машини та опишіть принцип її роботи.

2. Що таке холодильний цикл? Охарактеризуйте зворотний цикл Карно.

3. Дайте визначення основним параметрам, які характеризують ефективність роботи холодильних машин.

4. Опишіть властивості холодильних агентів.

5. Наведіть класифікацію та сферу застосування компресорів холодильних машин.

6. Надайте характеристику теплообмінним апаратам холодильних машин.

7. Які способи відтаювання випарників існують? Що таке система "No Frost"?

8. Для чого призначені холодильні агрегати?

9. Що таке блочні холодильні агрегати та спліт-системи? Яким чином вони встановлюються у холодильних камерах?

10. Які існують схеми холодозабезпечення холодильних камер?

Література

Основна: 4, с.15 – 28, 38 – 84, 125 – 129, 168 – 180; 2, с.101 – 105

Додаткова: 4, с. 21 – 24; 2, с.189 – 193

Дата добавления: 2014-01-04