Испарители, воздухоохладители и охлаждающие батареи

В испарителе тепло отнимается от охлаждаемой среды кипящим при низкой температуре холодильным агентом. Охлаждаемой средой могут быть промежуточные хладоносители (рассол, вода и др.) либо непосредственно воздух охлаждаемых помещений. Соответственно этому различают испарители для охлаждения промежуточного хладоносителя и испарители для охлаждения воздуха - батареи непосредственного испарения и воздухоохладители с непосредственным кипением холодильного агента.

Испарители. Наиболее распространенным для судовых установок является кожухотрубный горизонтальный испаритель (рис. 1). Конструкция испарителя аналогична конструкции кожухотрубного конденсатора. В межтрубное пространство подводится снизу жидкий аммиак, который заполняет это пространство на 70%, пары отсасываются сверху через паросборники-отделители жидкости, приваренные к кожуху. Снизу приварен маслосборник для выпуска масла и загрязнений. Уровень жидкого аммиака в межтрубном пространстве регулируется датчиком уровня и соленоидным вентилем или другим способом.

Рис 1. Аммиачный кожухотрубный испаритель:
1 - корпус; 2 -крышка; 3 - сборник масла.

Иногда в корпус маслосборника вставляют змеевик, по которому жидкий аммиак проходит к регулирующему вентилю испарителя. Если в сборнике накапливается масло, то жидкий аммиак не будет переохлаждаться и в сборнике масла установится температура, близкая к температуре жидкого аммиака, подводимого к испарителю. Это будет свидетельствовать о необходимости выпуска масла.

Применение в испарителе специальных паросборников объясняется необходимостью обеспечения сухого хода компрессора, особенно при сильной качке судна.

Рассол в испаритель подается через нижний штуцер передней крышки. В крышках имеются перегородки, благодаря которым обеспечивается последовательное движение рассола по трубкам и увеличивается скорость его движения до 0,7 - 1,5 м/с.

Рис. 2. Фреоновый кожухотрубный испаритель оросительного типа:
а - общий вид; б - схема вторичной циркуляции фреона в испарителе;1 - корпус; 2 - сухопарник; 3 - форсунки; 4 - инжектор.

Фреоновые кожухотрубные испарители нецелесообразно делать затопленного типа, поэтому в холодильных установках на РМС типа «Дружба» и на ТХС применяют оросительные испарители (рис. 2). Жидкий фреон с давлением конденсации подводится к специальным инжекторам (рис. 2, а), где снижаются давление и температура его. Образовавшаяся при дросселировании смесь пара и жидкого фреона подсасывает с помощью инжекторов вторичный (неиспарившийся) жидкий фреон из нижней части испарителя (рис. 2, а). Далее жидкий фреон поступает к распределительным форсункам и орошает трубки, по которым протекает охлажденный рассол. Трубки двух верхних рядов испарителя не орошаются, их поверхность используется для создания перегрева отсасываемых паров фреона. С этой же целью рассол подается в испаритель через верхний штуцер крышки, так как температура поступающего в испаритель рассола на 2 - 3 °С выше, чем рассола, выходящего из него.

В нижней части испарителя с двух сторон имеются сборники для жидкого фреона. Через них масло по мере накапливания перепускается в картер компрессора.

В последние годы в связи с более широким использованием фреонов вместо аммиака применяют кожухотрубные испарители с внутритрубным кипением. В таком испарителе кипение фреона происходит внутри труб; трубы с внутренней поверхности имеют оребрение. Хладоноситель проходит по межтрубному пространству. Для увеличения скорости протекания хладоносителя имеются поперечные по длине кожуха перегородки.

Внутритрубное кипение позволяет во фреоновых установках обеспечить устойчивый возврат масла (циркуляцию масла в системе) и уменьшить рабочее количество холодильного агента в испарителе.

Воздухоохладители и охлаждающие батареи. Батареи непосредственного испарения представляют собой теплообменные аппараты, располагаемые в охлаждаемых помещениях или в кожухе воздухоохладителей. Охлаждение происходит путем непосредственной теплопередачи от воздуха к холодильному агенту, испаряющемуся внутри трубчатой системы при соответствующей низкой температуре.

Существует большое разнообразие охлаждающих батарей для береговых холодильных установок (змеевиковые, длинношланговые, вертикальнотрубные, каскадные, коллекторные и пр.).

На судах в связи с ограничением применения системы непосредственного охлаждения батареи непосредственного испарения, как правило, составляют только испарительную часть скороморозильных аппаратов и трюмных воздухоохладителей.

Рис. 3. Испарительная секция:
1 - ребра; 2 - охлаждающая горизонтальная трубка; 3 - патрубок для подачн жидкого аммиака; 4 - патрубок всасывающий; 5 - коллектор горизонтальный; 6 - вертикальные трубки; 7 - переливной патрубок.

На рис. 3 показана испарительная секция туннельной морозильной установки. Такие секции объединяются коллекторами и образуют испарительную часть воздухоохладителей морозильных установок судов типа «Тропик». Как видно из рис. 3, секция состоит из горизонтальных коллекторов 5, эти коллекторы соединены вертикальными трубками 6. К вертикальным трубкам 6 приварены поперечные горизонтальные трубки 2 с насаженными на них ребрами 1. Закреплена секция при помощи усиленных ребер, выступающих снизу и сверху секций (на рис. 3 не показаны).

Испарительную секцию после изготовления испытывают на прочность гидравлическим давлением 2,7 МПа и на плотность воздухом давлением 1,5 МПа. Наружная поверхность секции после изготовления и испытаний подвергается горячему цинкованию. Жидкий аммиак подается в секцию снизу. Пары, образующиеся в трубках, отводятся по вертикальным трубкам в горизонтальные коллекторы и к всасывающему трубопроводу.

Короткие горизонтальные оребренные трубки размером 25x3 мм обеспечивают беспрепятственный отвод образующихся паров. Избыточное количество жидкости переливается через переливной патрубок 7 в нижний ряд секций при установке их в два яруса.

Испарительные секции с некоторыми конструктивными изменениями применяют и для морозильных установок других типов судов. Общим для рассматриваемых секций является их компактность, однако такие секции имеют большое количество сварных стыков и при появлении неплотностей подварка очень затруднена. При необходимости устранить течь секцию вырезают и после устранения неисправности устанавливают на место. Применение разъемных соединительных секций к общим коллекторам не дает положительных результатов.

Рис. 4. Змеевиковая фреоновая батарея:
1 - хомут; 2 - муфта; 3 - стойка; 4 - змеевик.

Фреоновая змеевиковая батарея непосредственного испарения для установок небольшой производительности показана на рис. 4. Применение змеевиковой батареи обеспечивает необходимую циркуляцию масла в системе.

Схема включения испарительных секций туннельных морозилок РТМ «Тропик» показана на рис. 5. Жидкий аммиак после дросселирования от регулирующей станции подается в верхние секции, количество подаваемого жидкого аммиака регулируется вручную или автоматически в зависимости от уровня аммиака в нижних секциях. Часть жидкого аммиака в верхних секциях испаряется, отнимая тепло от воздуха, пары отводятся в предварительный отделитель жидкости 3. Неиспарившийся жидкий аммиак по переливному трубопроводу 5 и сливному 6 подводится к жидкостному трубопроводу 7 нижнего ряда испарительных секций.

Пары аммиака из нижнего и верхнего рядов испарительных секций проходят через предварительный отделитель жидкости 3 и подводятся к основному отделителю жидкости 4, который расположен выше верхнего ряда испарительных секций. Такое включение испарительных секций при правильной эксплуатации позволяет обеспечить сухой ход компрессора, так как в случае выбрасывания жидкого холодильного агента из охлаждающих батарей в отделителе жидкости происходит разделение жидкости и пара. Жидкий аммиак из отделителя жидкости 4 вновь стекает в батареи по сливному трубопроводу 8.

Рис. 5. Схема включения батареи морозильной установки непосредственного охлаждения:
1 - коллекторная испарительная секция; 2 - указатель уровня; 3 - предварительный отделитель жидкости; 4 - отделитель жидкости; 5 - переливной трубопровод; 6 и 8- сливные трубопроводы; 7 -жидкостный трубопровод; 9 - оттаивательный трубопровод.

К жидкостным коллекторам верхнего и нижнего рядов секций подключен трубопровод к аварийному спускному коллектору. Эти же линии используют во время снятия снеговой шубы (оттайки) для слива жидкого аммиака в дренажный ресивер.

На рефрижераторных судах наибольшее распространение получает воздушное охлаждение с фреоновыми воздухоотделителями. На рис. 6 приведен общий вид фреонового воздухоохладителя. Подача фреона в змеевик воздухоохладителя производится с помощью терморегулирующего вентиля (ТРВ). Если воздухоохладитель имеет несколько параллельно включенных змеевиков, то после ТРВ устанавливают распределитель фреона («паук»), который служит для того, чтобы обеспечить равномерное распределение дросселированного в ТРВ фреона по параллельно включенным секциям воздухоохладителя.

Рис. 6. Фреоновый воздухоохладитель непосредственного испарения:
1 - корпус; 2 - змеевики; 3 - пластинчатые ребра; 4 - вентилятор.

Воздухоохладитель имеет вентилятор 4 для принудительной циркуляции воздуха через охлажденную поверхность. Если распределение воздуха в охлаждаемом помещении производится с помощью каналов, то напор вентилятора выбирается с учетом сопротивлений в каналах. Для отвода талой воды в процессе снятия снеговой шубы воздухоохладители имеют поддон. Поддон и трубка для отвода талой воды имеют электрообогрев для предотвращения замерзания талой воды.

В отличие от батарей непосредственного испарения рассольные батареи в основном змеевикового типа, что обеспечивает протекание рассола по всем трубкам. Однако общая длина последовательно присоединенных труб одной батареи не должна превышать 400 м, так как при большей длине возникают значительные гидравлические сопротивления. Подключение охлаждающих батарей к магистральным трубам параллельное. В верхней точке каждой батареи устанавливают краник (или штуцер) для выпуска воздуха из рассольной системы.

Следует отметить, что коэффициент теплопередачи гладкотрубных охлаждающих батарей почти полностью определяется значением коэффициента теплоотдачи от воздуха к поверхности батарей. Сопротивление металлической стенки можно не учитывать; мало также сопротивление теплообмена между стенкой и кипящим холодильным агентом или протекающим рассолом. Сопротивление загрязнений (масло, осадок и пр.), а также сопротивление слоя снеговой шубы являются переменными величинами и зависят от своевременной продувки батарей от масла и своевременного снятия снеговой шубы. Допустимым считается снеговая шуба толщиной не более 5 - 6 мм. В среднем на снеговую шубу и загрязнения при нормальной эксплуатации приходится 30% от общей величины сопротивлений теплопередаче в охлаждающих батареях.

С учетом небольшого значения коэффициента теплоотдачи от воздуха к поверхности батарей с целью интенсификации теплопередачи наружную поверхность труб оребряют. Применение оребренных по сравнению с гладкими трубами позволяет сократить расход труб примерно в 3 раза, а расход металла на изготовление охлаждающих батарей - почти в 1,5 раза.

Коэффициент теплопередачи батарей из гладких труб при естественной циркуляции воздуха составляет от 6 до 10 Вт/(м²▪°С); он зависит от диаметра труб, конструктивных размеров батарей, перепада температур и других факторов.

Коэффициент теплопередачи батарей из оребренных труб зависит от вида оребрения, конструкции батарей и других факторов. В среднем коэффициент теплопередачи для оребренных батарей не превышает 3 - 5 Вт/(м²∙°С) при естественной циркуляции воздуха, а при скорости воздуха 5 - 6 м/с - от 12 до 17 Вт/(м²∙°С).

Приведенные значения справедливы с учетом незначительного загрязнения труб батарей и при толщине снеговой шубы не более 5 - 6 мм. При большей толщине снеговой шубы, особенно при полном заполнении снегом промежутка между ребрами, коэффициент теплопередачи резко уменьшается.