Книга Вальт ЖД Хладотранспорт

Рис. 2.24. Вертикальнотрубный	Рис. 2.25. Панельный листотрубный
испаритель		испаритель
	1– корпус
	2	– патрубок для входа хладагента
	3	– патрубок для выхода хладагента
	4	– маслосборник
	5	– патрубок для спуска масла
	6	– патрубок для мерного стекла
	7 – мерное стекло
	8 – отключающие вентили
Рис. 2.26. Ресивер

101

Рис. 2.27. Маслоотделитель

Рис. 2.28. Промежуточный сосуд

Кожухотрубные испарители используются на рефрижераторном подвижном составе с рассольной системой охлаждения. Они имеют теплопередающую поверхность, равную 30-35 м2, удельный тепловой поток в условиях эксплуатации равен 2300-2600 Вт/м2 при перепаде температур рассола и кипящего холодильного агента 50С. Основные достоинства кожухотрубных испарителей – простота и надёжность конструкции, компактность, закрытая система циркуляции рассола, что ослабляет коррозию.

Вертикальнотрубный испаритель представляет собой секции, погруженные в бак с рассолом. Каждая секция состоит из двух горизонтальных коллекторов, расположенных один над другим и соединённых между собой вертикальными, несколько изогнутыми на концах трубами. Кроме того, верхний и нижний коллекторы соединены прямыми трубами (стояками). Удельная тепловая нагрузка таких испарителей равна 2300-2900 Вт/м2, при разности температур рассола и кипящего холодильного агента

50С. Основной недостаток вертикальнотрубных испарителей – открытая

102

система циркуляции рассола, а следовательно, сильная коррозия труб секций и бака. Испарители очень трудоёмки в изготовлении. Поэтому выгоднее применять листотрубные испарители из штампованных стальных или алюминиевых панелей – соединение двух листов соответствующего профиля. Они проще в изготовлении, легче и дешевле вертикальнотрубных.

Воздухоохладители служат для охлаждения, создания искусственной циркуляции воздуха и вентиляции помещений. В воздухоохладителях воздух охлаждается при соприкосновении с трубами (гладкими или оребрёнными), в которых кипит холодильный агент или циркулирует холодный рассол, подаваемый из испарителя. На хладотранспорте также используются воздухоохладители. Общая поверхность теплопередачи у 5-вагонной секции - 148 м2. Для обеспечения равномерного температурного поля внутри грузового помещения вагона воздухоохладители имеют вентиляторы производительностью 5500 м3/час (рис. 2.35). Аналогична схема охлаждения и автономного рефрижераторного вагона.

Расчёт испарителей и воздухоохладителей сводится к определению площади их теплопередачи, которая определяется по формуле:

F и =	Q 0 бр	=	Q 0 бр
			qи ,
	kΘ

где Q0бр – необходимая рабочая холодопроизводительность, Вт; к – коэффициент теплопередачи приборов охлаждения, Вт/м2К;

Θ - средняя разность температур охлаждённой среды и холодильного агента, 0С;

qи – удельная тепловая нагрузка, Вт/м2.

103

Вспомогательные аппараты (ресиверы, маслоотделители, теплообменники, промежуточные сосуды, фильтры и др.) создают необхо-

димые условия для длительной и бесперебойной работы холодильной установки, облегчают регулирование рабочего процесса, а также повышают экономичность установки.

Ресивер (рис. 2.26), или сборник жидкого холодильного агента, стекающего с труб конденсатора, служит для облегчения равномерной подачи агента к регулирующему вентилю. Кроме того, он разгружает конденсатор от избытка жидкого холодильного агента, улучшая этим условия конденсации. Ёмкость ресивера рассчитывается обычно на 1/3 часового количества циркулирующего в системе агента. Обычно ресивер представляет собой цилиндрический сосуд сварной конструкции, к которому прикреплены патрубки для входа и выхода холодильного агента, маслосборник с патрубком для выпуска накопившегося в нём масла и два патрубка с мерным стеклом.

Маслоотделитель служит для отделения масла от холодильного агента и устанавливается на нагнетательных трубопроводах компрессоров низкого и высокого давления. При отсутствии маслоотделителя, масло остаётся на стенках испарителей, конденсаторов, трубопроводов, препятствуя прохождению холодильного агента и ухудшая теплообменные процессы. Отделение масла от паров холодильного агента происходит за счёт изменения их скорости и направления движения, благодаря чему взвешенные частицы масла, как более тяжёлые, выпадают и оседают в нижней части маслоотделителя (рис. 2.27).

Промежуточный сосуд предназначен для охлаждения паров холодильного агента компрессорами низкого и высокого давления, за счёт

104

частичного испарения в нём жидкого холодильного агента, поступающего из ресивера через регулирующий вентиль (рис. 2.28). Пары холодильного агента, нагнетённые в промежуточный сосуд компрессором низкого давления, после охлаждения отсасываются компрессором высокого давления вместе с парами, образовавшимися там в результате кипения и дросселирования жидкого агента при переходе через регулирующий вентиль. Жидкий холодильный агент из промежуточного сосуда через другой регулирующий вентиль направляется в испаритель.

Теплообменник служит для охлаждения холодильного агента, выходящего из конденсатора, и нагрева паров, выходящих из испарителя

(рис. 2.29).

Эффективность установки теплообменника видна на рисунке 2.30 и определяется тем, что обеспечивается сухой ход компрессора и увеличивается холодопроизводительность установки.

Для очистки холодильного агента от механических примесей (окалины, песка, ржавчины) в систему холодильных машин включают фильтры и грязеуловители. В качестве фильтрующего элемента в аммиачных фильтрах используют мелкоячеистую стальную сетку, а в фреоновых – мелкоячеистую латунную сетку, асбестовую ткань, сукно и замшу.

2.11. Многоступенчатые холодильные машины

Для получения низких температур в охлаждаемых объектах (холодильных камерах или грузовых помещениях рефрижераторных вагонов) необходимо понизить температуру и давление кипения хладагента. При высоких температурах наружного воздуха, охлаждающего конденсатор, а следовательно, и высоких температурах и давлении конденсации, пони-

105

жение давления кипения приводит к возрастанию отношений давления конденсации и давления кипения Pk/P0. Вследствие этого уменьшается коэффициент подачи компрессора и холодопроизводительность установки, эффективность работы одноступенчатой установки резко снижается. Одновременно растёт разность давлений (Pk-P0) на поршень и нагрузка на механизм движения компрессора, повышается температура пара хладагента в конце процесса сжатия, из-за чего ухудшаются условия смазки компрессора и его охлаждения. Поэтому возможности одноступенчатого сжатия ограничиваются предельной температурой нагнетания. Практически с помощью одноступенчатых холодильных машин возможно получить температуру в охлаждаемых объёмах до -10 – -200С при, сравнительно умеренных температурах наружного воздуха - до +300С.

Для получения более низких температур и обеспечения устойчивой работы компрессора в жарких климатических зонах и повышения экономичности холодильной установки применяют двух- (или много-) ступенчатые холодильные машины. В термодинамическом отношении они выгоднее одноступенчатых. Промежуточное охлаждение пара между ступенями сопровождается уменьшением его объёма, что способствует уменьшению затраты работы в последующих ступенях. Ступенчатое дросселирование жидкости с промежуточным отводом пара также уменьшает затраты работы.

В зависимости от степени охлаждения паров после первой ступени существуют две схемы двухступенчатого сжатия: с полным и неполным промежуточным охлаждением. При полном охлаждении без водяного холодильника (рис. 2.31) жидкость из конденсатора 4 дросселируется первым регулирующим вентилем 5 до промежуточного давления. Пар и жид-

106

кость поступают в промежуточный сосуд 6, а затем жидкость – во второй регулирующий вентиль 7, где дросселируется до давления в испарителе 8 при низком давлении. Полученный пар поступает в компрессор низкого давления 1, сжимается до промежуточного давления и выталкивается в промежуточный сосуд 6. Далее пар поступает в компрессор высокого давления 3, где сжимается до давления в конденсаторе. Одновременно в компрессор 3 поступает пар из промежуточного сосуда 6. Из компрессора перегретый пар проходит в конденсатор 4, где под действием воды или воздуха конденсируется и переходит в жидкость. Для переключения работы с двухступенчатого сжатия на одноступенчатое сжатие вентили 2 на обводных мостах и регулирующий вентиль 7 должны быть открыты, а регулирующий вентиль 5 закрыт. Промежуточный сосуд 6 и компрессор 5 должны быть отключены от системы. Из конденсатора 4 жидкий холодильный агент поступает в испаритель 8 через вентиль 2 и регулирующий вентиль 7. Пары из испарителя отсасываются компрессором низкого давления 1, сжимаются и выталкиваются через вентиль 2 в конденсатор.

Рассмотрим цикл двухступенчатой холодильной машины с полным промежуточным охлаждением. Он показан в координатах T-S и P-i на рис. 2.32. Основные процессы цикла следующие:

1-2 – сжатие паров в цилиндре низкого давления; 2-3 – охлаждение паров в промежуточном охладителе;

3-4 – сжатие смеси паров в цилиндре высокого давления; 4-5 – охлаждение паров в конденсаторе; 5-6 – дросселирование через первый регулирующий вентиль;

6-7 – отделение жидкости от пара в промежуточном сосуде;

107

Рис. 2.29. Схема паровой компрессионной	Рис. 2.30. Цикл паровой
холодильной машины	компрессионной
с теплообменником	холодильной машины

Рис. 2.31. Схема двухступенчатой холодильной машины

108

Рис 2.32. Диаграммы цикла двухступенчатого сжатия

109

7-8 – дросселирование через второй регулирующий вентиль; 8-9 – кипение холодильного агента в испарителе; 9-1 – процесс одноступенчатого сжатия.

При двухступенчатом сжатии экономию в работе можно представить площадью 2-3-4-9, а увеличение холодопроизводительности представляется площадью 8-10-11-12 на диаграмме T-S.

Расчёт холодильной машины двухступенчатого сжатия сводится к определению количества холодильного агента, проходящего через цилиндры низкого и высокого давления, и индикаторной мощности обоих ступеней сжатия. Для этого должны быть заданы условия работы и холодопроизводительность испарителя. По заданным температурам охлаждаемой среды и охлаждающей воды или воздуха намечают режим работы, то есть необходимо знать холодопроизводительность, температуры кипения и конденсации и вид хладагента. Оптимальное промежуточное давление определяется из условия равенства степени сжатия в компрессорах низкого и высокого давлений:

P пр = P кP 0 .

Количество хладагента, проходящего через испаритель и компрессор низкого давления, кг/ч:

G 0 = 3.6Q 0 . (i1 − i8 )

110