Системы непосредственного охлаждения

По способу подачи хладагента в приборы охлаждения различают системы непосредственного охлаждения безнасосные и насосно-цир-куляционные.

В безнасосных системах хладагент может поступать в приборы охлаждения:

под действием разности давлений конденсации и кипении — прямоточные системы и системы с нижним расположением отделителя жидкости;

под действием напора столба жидкости — системы с верхним расположением отделителя жидкости.

В насосно-циркуляционных системах хладагент подается в приборы охлаждения под напором, создаваемым насосом.

Безнасосные аммиачные системы проектируют для относительно небольших холодильников.

В прямоточной безнасосной системе для устойчивой и безопасной работы компрессора количество жидкости G_ж, подаваемой в приборы охлаждения, должно быть равно количеству образовавшегося пара G_n, что соответствует кратности циркуляции хладагента n=G_ж/G_n=1. Это условие трудно обеспечить открытием регулирующего вентиля вручную. Неизбежно возникают ситуации, когда регулирующий вентиль открыт или недостаточно, или на излишне большой проход.

В первом случае приборы охлаждения оказываются недостаточно заполненными хладагентом. Часть их поверхности работает неинтенсивно, что приводит к повышению температуры в охлаждаемом объекте. Во втором случае при избыточной подаче жидкого хладагента в приборы охлаждения он выкипает не весь и в компрессор из приборов охлаждения поступает влажный пар, т. е. пар, содержащий капли неиспарившейся жидкости. При «влажном ходе» компрессора снижается эффективность работы холодильной машины и, что особенно опасно, создается аварийная ситуация — может произойти гидравлический удар в компрессоре.

Применение подобной схемы в разветвленных аммиачных системах с несколькими объектами охлаждения требует установки на всасывающей стороне отделителя жидкости и защитных ресиверов.

Отделитель жидкости располагают выше защитных ресиверов, на любом уровне относительно приборов охлаждения. В отделителе жидкости, куда попадает влажный пар хладагента, выходящий из приборов охлаждения, изменяется направление движения пара, снижается его скорость, в результате чего от него отделяется жидкость. Сухой пар отсасывается компрессором, а отделенная жидкость сливается в один из защитных ресиверов.

Пока один из защитных ресиверов заполняется жидкостью, из другого ресивера она выдавливается и возвращается в систему охлаждения с помощью паров хладагента высокого давления, подаваемых по нагнетательному трубопроводу компрессора (рис. 2, а).

Рис. 2. Безнасосные аммиачные системы непосредственного охлаждения:

а — с нижним расположением отделителя жидкости, б — с верхним расположением отделителя жидкости, в — с верхним расположением отделителя жидкости и защитными ресиверами, / —защитный ресивер; 2 — отделитель жидкости, 3 — охлаждающая батарея, 4 — регулирующий вентиль; 5 — компрессор, 6 — конденсатор, 7 — защитный ресивер

Возможно применение вертикальных защитных ресиверов, одновременно выполняющих функцию отделителя жидкости.

В безнасосной системе с верхним расположением отделителя жидкости жидкий хладагент после конденсатора (или линейного ресивера) дросселируется и отделитель жидкости, расположенный выше всех приборов охлаждения (рис. 2, б). В отделителе жидкости парожидкостная смесь разделяется. Пар хладагента отсасывается компрессором, а жидкость поступает в приборы охлаждения под напором столба жидкости.

В приборах охлаждения хладагент кипит и в виде парожидкостной смеси возвращается в отделитель жидкости. Пар отсасывается компрессором, а неиспарившаяся жидкость снова направляется и приборы охлаждения.

Циркуляция хладагента осуществляется в результате действия циркуляционного напора Dр_и, Па:

где r₁ — плотность жидкого хладагента. кг/м³;

r₂ — плотность парожидкостной смеси в приборе охлаждения и в трубопроводе отсоса в отделитель жидкости, кг/м³; Н — высота столба жидкости в циркуляционном контуре, м.

При увеличении тепловой нагрузки на приборы охлаждения возрастают циркуляционный напор Dр_и и расход жидкости через приборы охлаждения.

Несмотря на улучшение циркуляции и распределения хладагента, данная схема обладает рядом недостатков:

существует опасность переполнения отделителя жидкости при поступлении из испарителя парожидкостной смеси с большим содержанием жидкости;

при высоком уровне в отделителе жидкости из-за вредного влияния гидростатического столба жидкости может повышаться температура кипения хладагента в приборах охлаждения, расположенных значительно ниже отделителя жидкости;

затрудняется равномерное распределение жидкости по потребителям холода, особенно в разветвленных системах холодильников, в связи с чем приборы охлаждения используются неэффективно, нарушается температурный режим в объектах охлаждения.

Недостатками данной системы являются также:

большая емкость по хладагенту;

значительное загрязнение маслом, ухудшение теплопередачи охлаждающих батарей.

Установка защитных ресиверов, куда при переполнении отделителя жидкости сливается избыточная жидкость, повышает безопасность работы компрессоров.

В схеме с верхним расположением отделителя жидкости применяют два ресивера, размещаемых на разной высоте. При накапливании в верхнем ресивере аммиака до заданного уровни он автоматически сбрасывается и ресивер, расположенный ниже. Из него жидкий аммиак с помощью горячих паров выдавливается и подается и испаритель.

Необходимость снижения вредного влияния гидростатического столба жидкости и трудности распределения жидкости по объектам охлаждения ограничивают область применения безнасосной системы с верхним расположением отделителя жидкости. Ее используют главным образом на одноэтажных холодильниках емкостью до 600 т.

Насосно-циркуляционные системы охлаждения более полно отвечают общим требованиям,предъявляемым к охлаждающим системам. В настоящее время широко распространены насосно-циркуляционные системы охлаждения как с нижней, так и с верхней подачей хладагента в приборы охлаждения (рис. 3, а). Их применяют на одно- и многоэтажных холодильниках средней и большой емкости.

Особенностью насосно-циркуляционных систем является наличие узла «циркуляционный ресивер — насос». Жидкий хладагент после конденсатора дросселируется в регулирующем вентиле и поступает в циркуляционный ресивер. Из него жидкость забирается насосом и подается в приборы охлаждения.

Рис. 3. Насосно-циркуляционные аммиачные системы охлаждения: а — принципиальная схема; б — с нижней подачей хладагента в приборы охлаждения; в — узел горизонтального циркуляционного ресивера с отделителем жидкости и аммиачным насосом; г — узел питания батареи с верхней подачей хладагента; / — компрессор; 2 — батареи; 3 — аммиачный насос; 4 — циркуляционный ресивер; 5 — регулирующий вентиль; б — конденсатор; 7 — дренажный ресивер; 8 —-отделитель жидкости; / — трубопровод подачи жидкости в приборы охлаждения от насоса; // — трубопровод возврата парожидкостной смеси в циркуляционный ресивер; III — трубопровод слива жидкости в дренажный ресивер в период оттаивания

Благодаря насосу существенно ускоряется циркуляции жидкости. Производительность насоса выбирают такой, чтобы при максимальной тепловой нагрузке на приборы охлаждения кратность циркуляции хладагента достигала 4—5. Это обеспечивает хорошее заполнение приборов охлаждения и интенсивную передачу теплоты по всей поверхности.

Неиспарившаяся в приборах охлаждения жидкость вместе с паром возвращается в циркуляционный ресивер по трубопроводу для совмещенного слива жидкости и отсоса пара. После разделения в ресивере пар отсасывается компрессором, а жидкость подается снова насосом в приборы охлаждения.

Возможно применение:

горизонтального циркуляционного ресивера с отделителем жидкости, установленным над ресивером;

вертикального циркуляционного ресивера, одновременно выполняющего функцию отделителя жидкости.

В схеме с горизонтальным циркуляционным ресивером и отделителем жидкости жидкий хладагент подается через регулирующий вентиль в отделитель жидкости, а не в ресивер.

Основная трудность при эксплуатации насосно-циркуляционных систем — обеспечить равномерность распределения жидкости по приборам охлаждения. Это достигается установкой регулирующих вентилей или диафрагм на параллельных отводах жидкости к приборам охлаждения.

Для того чтобы избежать вскипания жидкости во всасывающей линии насоса из-за падения давления в ней, насос располагают ниже свободного уровня жидкого хладагента в циркуляционном ресивере, обеспечивая необходимый столб жидкости на всасывающей стороне насоса. Причем чем ниже температура кипения хладагента, тем больше, должна быть высота столба.

При подключении насоса к циркуляционному ресиверу необходимо, чтобы сопротивление всасывающего трубопровода было как можно меньше. Для этого трубопровод выполняют с возможно минимальным числом изгибов и переходов. Диаметр всасывающего трубопровода обычно выбирают на один размер больше диаметра входного патрубка насоса. Подключение к нему осуществляется коническим переходом.

Схема подключения аммиачного герметичного насоса показана на рис. 4.

Полость электродвигателя на­соса охлаждается хладагентом. Для удаления пара из полости электродвигателя предусмотрена уравнительная линия.

При верхней подаче хладагента в приборы охлаждения жидкость в них движется самотеком. В системе охлаждения с верхней подачей сложнее обеспечить равномерность распределения жидкости по приборам охлаждения, чем в системе с нижней подачей. Требуется большая вместимость циркуляционных ресиверов в случае возможного слива жидкого аммиака из системы при внезапной остановке насоса.

Слив масла

Рис. 4. Узел подключения аммиачного герметичного насоса:

1 — насос; 2 — маслосборник; 3 — циркуляционный ресивер, / — трубопровод отбора пара от насоса. //— уравнительная линия с вентилем 4

Для каждого холодильника проектируют одну или несколько систем охлаждения, отличающихся температурой кипения аммиака. На распределительных холодильниках и холодильниках мясокомбинатов обычно используют систему охлаждения с тремя температурами кипения аммиака: —40 °С для камер замораживании и низкотемпературного хранения замороженных грузов; —30 °С для хранения замороженных грузов; - 8...- 12°С для камер хранения охлажденных грузов и камер охлаждения.

На каждую температуру кипения аммиака предусматривают самостоятельный циркуляционный ресивер. При большой емкости системы возможна установка нескольких ресиверов для одной температуры кипения. Циркуляционный ресивер снабжают двумя аммиачными насосами, один из которых резервный. Дренажный ресивер используют в схеме для слива жидкого аммиака из приборок охлаждения.

Приборы охлаждения, работающие в камерах, при температуре их поверхности ниже точки росы и ниже 0 °С покрываются инеем. Нарастающий в процессе эксплуатации слой инея затрудняет передачу теплоты от воздуха к хладагенту или хладоносителю. Для поддержания стабильной работы приборов охлаждения иней с их поверхности периодически удаляют механическим и тепловым способом.

Механический способ — сдувание, обметание, удаление инея скребками — трудоемок и малоэффективен. Наиболее распространен тепловой способ оттаивании.

В аммиачных системах непосредственного охлаждения оттаивание осуществляется горячими парами аммиака. Предварительно из приборов охлаждения сливают жидкий аммиак в дренажный ресивер. Горячие пары аммиака из нагнетательного трубопровода после маслоотделителя по специальному трубопроводу подают в приборы охлаждения. Соприкасаясь с их холодной поверхностью, горячий пар конденсируется. Постепенно внутри труб приборов охлаждения собирается конденсат, а на наружной поверхности начинает плавиться слой инея, который затем легко удаляется.

Дата добавления: 2014-01-04