Конденсаторы

Конденсатор - это теплообменный аппарат, в котором рабочее вещество (холодильный агент) отдает тепло, воспринятое в испарителе и в компрессоре, окружающей среде (воде или воздуху). В процессе отвода тепла происходит конденсация, т. е. переход газообразного холодильного агента в жидкое состояние.

Охлаждающей средой большей частью является забортная вода, воздух в судовых условиях используется только для малых холодильных машин, установленных для охлаждения шкафов и бытовых холодильников. Несмотря на доступность и повсеместное распространение воздуха, применение его ограничивается вследствие малой теплоемкости, малой величины коэффициента теплоотдачи от стенки конденсатора к воздуху. Малая теплоемкость воздуха приводит к необходимости подавать большие объемы его. Если принять одинаковый нагрев воздуха и воды, то по массе количество воздуха будет в 4 раза больше, а объем его будет в 3500 раз больше объема воды. Естественно, что подача таких объемов для крупных холодильных установок будет очень затруднительна по техническим соображениям и, кроме того, потребуются большие энергетические затраты.

Вторым недостатком воздуха является малая величина коэффициента теплоотдачи α(следовательно, и коэффициента теплопередачи в конденсаторе) по сравнению с водой. Поэтому необходимая поверхность конденсатора, а также масса его будут при воздушном охлаждении во много раз больше, чем при охлаждении водой.

Рис. 1. Кожухотрубные конденсаторы:
а - аммиачный: 1 - корпус; 2 - передняя крышка; 3 - задняя крышка; 4 - маслосборник; 5 - указатель уровня; 6 - манометр; 7 - предохранительный клапан; 8 - труба охлаждающая; 9 - штуцер для уравнительной линии; б - фреоновый: 1 - труба; 2 - цинковый протектор; 3 - грязевик; 4 - пробка для слива воды.

Конденсаторы с воздушным охлаждением находят все большее и большее распространение на береговых холодильных установках. Это вызвано дефицитом воды и значительными эксплуатационными удобствами при применении воздуха в качестве среды для отвода тепла от холодильной машины.

Несмотря на большое разнообразие конструкций конденсаторов, применяемых на береговых холодильных установках, на рефрижераторных судах в основном устанавливают горизонтальные кожухотрубные конденсаторы (рис. 1).

К кожуху из листовой стали приварены трубные решетки, в которые вставлены цельнотянутые стальные трубы 5 и развальцованы для создания полной герметичности. Решетки закрыты крышками 2 и 3 с внутренними перегородками, благодаря которым обеспечивается последовательное движение воды по трубам и достигается ее оптимальная скорость 1,0 - 1,5 м/с. Крышки могут быть литые чугунные или стальные сварные. Между крышкой и трубной решеткой устанавливают резиновую прокладку по форме перегородок внутри крышек. Крышки закрепляют к трубным решеткам при помощи шпилек или болтов. Одна крышка снабжена патрубками для входа и выхода охлаждающей воды. На каждой крышке имеются вентили: наверху для впуска и выпуска воздуха, внизу - для слива воды.

Пары холодильного агента направляются в межтрубное пространство сверху, конденсат сливается снизу в линейный ресивер. В верхней части кожуха также имеется штуцер с угловым вентилем для выпуска воздуха, штуцер для включения предохранительных клапанов 7. Манометр 6 устанавливают также в верхней части кожуха конденсатора.

В конденсаторах больших размеров для удобства обслуживания между передней крышкой и трубной решеткой устроена промежуточная камера, к которой приварены патрубки. Такая конструкция позволяет снимать крышку конденсатора, не разбирая соединения водяных трубопроводов.

Для защиты от коррозии при охлаждении морской водой крышки конденсаторов снабжают цинковыми протекторами, как показано на рис. 1, б. Коэффициент теплопередачи кожухотрубного аммиачного конденсатора, отнесенный к внутренней поверхности труб, составляет 760 - 900 Вт/(м²∙°С) при скорости воды в трубах от 1 до 1,5 м/с.

На рис. 1, б показан общий вид небольшого фреонового конденсатора судового исполнения. Трубки его медные диаметром 22x2 мм, крышки имеют цинковые протекторы. В нижней части конденсатора расположен сборник жидкого фреона, в котором он частично переохлаждается, так как проток охлаждающей воды осуществляется через трубку, вставленную в сборник. В остальном фреоновый конденсатор не отличается от аммиачного. Нередко трубы фреонового конденсатора делают с накаткой на наружной поверхности для увеличения коэффициентов теплопередачи.

Для небольших установок конденсатор монтируют под компрессором, тогда этот комплекс называется компрессорно-конденсаторным агрегатом.

Необходимую поверхность конденсатора F можно определить по формуле

F = Q_k / (k Δt)

где Q_k - тепловая нагрузка на конденсатор, Вт; k - коэффициент теплопередачи (определяется по формуле или по опытным данным), Вт/(м²∙°С); Δt - перепад между температурой конденсации и средней температурой воды, ° С.

Расход охлаждающей воды (в м³/с) - производительность водяного насоса - можно определить по формуле

V_w = Q_k / (C_p ρ (t_w2 - t_w))

где Q_k - тепловая нагрузка конденсатора, Вт; C_p - теплоемкость воды; С = 4186,8 Дж/(кг∙°С); ρ - плотность воды, кг/м³; t_w2 ; t_w - температура воды на выходе из конденсатора и входе в конденсатор, ° С.

Нагрев воды в конденсаторе судовой холодильной установки принимают 3 - 5° С.