Рис. 7. Фреоновый воздухоохладитель
Непосредственного испарения:1 − корпус; 2 − змеевики; 3 − пластинчатые ребра;4 − вентилятор
На рис.7 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 обеспечивает равномерное распределение дросселированного в ТРВ фреона по параллельно включенным секциям воздухоохладителя.
Воздухоохладитель имеет вентилятор 4 для принудительной циркуляции воздуха через охлаждающую поверхность. Если распределение воздуха в охлаждаемом помещении производится с помощью каналов, то напор вентилятора выбирается с учетом сопротивлений и в этих каналах. Для отвода талой воды в процессе снятия «снеговой шубы» воздухоохладители имеют поддоны. Поддон и трубка для отвода талой воды имеют электрообогрев для предотвращения повторного замерзания талой воды.
1.3. Описание лабораторного оборудования
В лабораториях кафедры СТЭ и ХТ представлены следующие виды лабораторного оборудования, используемых для выполнения лабораторной работы:
1. Компрессор сальниковый ФВ-6;
2. Компрессор герметичный
3. Конденсатор водяной кожухотрубный, морского исполнения
4. Испаритель рассольный, кожухотрубный
5. Батарея непосредственного испарения
6. Воздухоохладитель фреоновый
1.3. Техническое задание
Курсант должен выполнить следующее:
1. Изучить назначение всасывающих и нагнетательных клапанов компрессора.
2. Разобрать клапаны компрессора, изучить их конструкцию и принцип работы.
3. Определить характер износа и способ ремонта дефектных деталей клапанов.
4. Притереть при необходимости клапанную пластину и седло клапана.
5. Собрать клапан компрессора и проверить его плотность.
6. Составить отчет по лабораторной работе.
Изучить назначение, конструкцию и принцип работы кожухотрубного конденсатора. Научиться определять теплопередающую поверхность.
1.3. Порядок выполнения работы
1. Частично вскрыть компрессор.
2. Изучить назначение всасывающих и нагнетательных клапанов компрессора.
3. Разобрать клапаны компрессора, изучить их конструкцию и принцип работы.
4. Определить характер износа и способ ремонта дефектных деталей клапанов.
5. Притереть при необходимости клапанную пластину и седло клапана.
6. Собрать клапан компрессора и проверить его плотность.
7. Составить отчет по лабораторной работе.
8. 1.Согласно методическим указаниям разобрать конденсатор.
9. 2.Изучить конструкцию, назначение и принцип работы испарителя и конденсатора.
10. 3.Произвести замеры наружного диаметра трубки, длину трубки и количество трубок в испарителе и конденсаторе.
11. 4.Определить теплопередающую поверхность испарителя и конденсатора.
12. 5.Составить отчет по лабораторной работе.
.Согласно методическим указаниям разобрать конденсатор.
2.Изучить конструкцию, назначение и принцип работы конденсатора.
3.Произвести замеры наружного диаметра трубки, длину трубки и
количество трубок в конденсаторе.
4.Определить теплопередающую поверхность конденсатора.
5.Составить отчет по лабораторной работе.
1.5 Методические указания к выполнению работы
Снимите головку блока, клапанную доску, прокладки, всасывательные клапаны. В отливке головки блока цилиндров есть перегородка, которая делит головку на всасывающие и нагнетательную пустоты. На клапанную доску относится прокладка такой же конфигурации, что и головка блока, который делит клапанную доску соответственно на нагнетательную и всасывающую стороны. Всасывающие стальные самоупругие клапаны устанавливаются над цилиндром, под клапанной доской. Нагнетательные клапаны пятачкового типа с прижимными и буферными пружинами устанавливаются на клапанной доске сверху.
Всасывающий клапан служит для впуска пара в цилиндр компрессора при ходе поршня в НМТ и обеспечения плотности при сжатии пара в цилиндре. Нагнетательный клапан служит для выпуска пара из цилиндра компрессора при ходе поршня в ВМТ и обеспечения плотности при всасывании пара. При наличии на уплотнительных поясах седла и пластин клапанов царапин, рисок, забоин, а также при поломке пластин и пружин нарушается плотность клапанов, что приводит к уменьшению холодопроизводительности компрессора из-за перетечки пара. При перетечке пара через дефектный клапан повышается температура пара в конце сжатия по сравнению с расчетной, поэтому наощуп можно определить, в каком цилиндре многоцилиндрового компрессора пропускает клапан, т.к. нагрев его стенок будет больше соседнего.
Всасывающие и нагнетательные клапаны в зависимости от формы клапанной пластины называются кольцевыми, ленточными (полосовыми), пяточковыми, лепестковыми.
Клапан компрессора состоит, в основном, из седла, клапанной пластины и розетки. Седло и розетка соединены между собой одним или четырьмя винтами.
Седло - это деталь, которая имеет один или несколько уплотнительных поясков, между которыми имеются сверловые отверстия для прохода пара.
Розетка - это деталь, которая имеет проточку или канавку для направленного перемещения и ограничения подъема клапанной пластины.
Самодействующие инерционные клапаны открываются и закрываются в результате изменения направления движения поршня. Если клапанная пластина нагружена прижимными витыми или пластинчатой пружиной, то открытие происходит в результате разности давления под пластиной и внутри цилиндра, а закрытие - в результате разности давления над пластиной и внутри цилиндра.
Вообразите, как будет работать нагнетательный клапан в случае попадания в цилиндр редкого хладагента. Пары фреона проходят паровой фильтр и поступают во всасывающую пустоту головки блока цилиндров через отверстие в клапанной доске. При изменении направления движения всасывающих пар после парового фильтра частицы масла, которые более трудные, выпадают из пар фреона и стекают по вертикальному каналу в картер.
Чтобы разобрать клапан, необходимо расшплинтовать и отвернуть корончатую гайку, а затем осторожно рассоединить отверткой седло с розеткой, которые могут быть соединены между собой штифтом. В других клапанах необходимо отогнуть отверткой лепестки стопорных шайб из шлица винтов и отвинтить винты, а затем отверткой рассоединить седло с розеткой.
Износ определяют визуальным осмотром (невооруженным глазом с помощью лупы) всех деталей всасывающих и нагнетательных клапанов компрессора, после промывки и протирки ветошью. Детали аммиачных компрессоров промывают в керосине или соляре, а детали фреоновых компрессоров рекомендуется промывать в четыреххлористом углероде. Поверхность уплотнительных поясков седла не должна иметь наклепов, забоин, рисок или царапин, заметных глазу. Накипь устраняют шабером с последующей притиркой на притирочной плите. Незначительные вмятины, риски и царапины устраняют притиркой поврежденных поверхностей деталей на плите.
Значительный износ уплотнительных поясков устраняется шлифовкой с последующей притиркой на плите. Клапанные пластины, имеющие на уплотнительных поверхностях незначительные неровности, должны защищаться шабером, а затем притираться на притирочной плите.
Если клапанные пластинки имеют коробление более 0,02 мм, что проверяется щупом, конец которого вводится под лекальную линейку, приложенную к пластинке, то их шлифуют и притирают на плите.
Клапанные пластины, имеющие кольцевую выработку более 0,1 мм по глубине и значительные риски, царапины, вмятины, трещины или коробление, должны заменяться новыми.
Клапан может иметь уплотнительный поясок, которым садится в проточку, находящуюся в верхней части цилиндровой втулки. Уплотнительный поясок притирают на плите, а поверхность проточки - специальным притиром по форме протечки, затем уплотнительный поясок и поверхность проточки взаимно притирают друг к другу.
4.Ознакомление с притирочной плитой производят внешним осмотром. Для этого снимают защитную крышку с поверхности притирочной плиты и проверяют ее состояние. Посторонние частицы удаляют с поверхности плиты и при необходимости моют керосином и протирают насухо ветошью.
5.Клапанные пластины и седла притирают на притирочной плите, на поверхность которой наносят небольшое количество притирочной пасты, или притирочного материала с добавлением нескольких капель смазочно-охлаждающей жидкости. В качестве притирочного материала применяют абразивные алмазные порошки, порошки из карбид бора, корунда различной зернистости, а для тонкой доводки используют пасту ГОИ. В качестве смазочно-охлаждающей жидкости используют керосин, машинное масло. Перед притиркой деталь тщательно отмывают от масла и других загрязнений. Затем кладут на притирочную плиту, равномерно прижимают пальцами к поверхности плиты и делают сложные движения руками, проворачивая деталь на четверть, пол-оборота. Притирку ведут до полного удаления вмятин, рисок, царапин до получения ровного матового цвета всей притираемой поверхности. Притирку можно считать удовлетворительной, если нанесенные черточки карандашом поперек уплотнительных поясков седла полностью сотрутся при легком нажатии на клапанную пластину и ее проворачивании.
На специализированных заводах применяют механическую притирку на сверлильных станках или специальных притирочных станках, причем, деталь устанавливают в приспособлении. После притирки детали тщательно промывают, обдувают сжатым воздухом и смазывают чистым машинным маслом.
6.Клапан собирают после смазки сопряженных поверхностей деталей. Детали клапана плотно собирают и шплинтуют или стопорят соответствующими замками так, чтобы во время работы плотность клапана не нарушалась. Правильность сборки клапана проверяют простукиванием палочкой или спичкой по клапанной пластинке, которая должна свободно перемещаться в розетке.
Плотность собранного клапана проверяют с помощью керосина, который наливают в гнездо клапана поверх пластины. Если в течение пяти минут керосин не просачивается между притертыми поверхностями седла и клапанной пластины, то клапан считается плотным. Такой способ проверки плотности применяется только для прижимных клапанов (кольцевых, пятачковых).
Измерение мертвого объема. Пространство между клапанной доской и поршнем в верхнем отложении, включая отверстие в клапанной доске под пластинами клапанов, образовывает объемное мертвое пространство.
С помощью штангенглибиномера или индикаторного глубиномера замеряйте линейное мертвое пространство и подсчитайте полное объемное мертвое пространство V1 (в м3)
где D - диаметр цилиндра, м;
l - линейное мертвое пространство, г.
Потом определите объем отверстий в клапанной доске под пластинами клапанов V2 (в м3)
где n - число отверстий в клапанной доске;
d - диаметр отверстия, м;.
S - толщина клапанной доски, г.
Полное объемное мертвое пространство С (в м3)
C = V1 + V2.
Мертвый объем выражают в процентах объема, описываемого поршнем. Для изучаемого компрессора объем, который описывается поршнем, уточните за каталогом или паспортом, подсчитайте мертвый объем с (в %)
где С - объемное мертвое пространство, м3;
Vh - теоретическая объемная производительность компрессора, или объем, описываемый поршнем, м3/с.
Пользуясь сделанными в учебнике [6] значениями коэффициента подачи λ, определите действительную объемную производительность Vд (в м3/с) при разных параметрах пары во всасывающем и нагнетательном патрубках компрессора:
Vд = λVh,
где? - коэффициент подачи.
Определение теплопередающей поверхности ТА
Разборку КД рекомендуется производить в следующей последовательности:
1.Удалить хладагент из КД и ЛР или другой аппарат.
2. Удалить воду из КД через нижний пробковый кран на крышке.
3. Закрыть вентиль на входе паров х.а. в КД.
4. Закрыть вентиль на выходе ж. х.а. из КД.
5. Отсоединить КД от водяного трубопровода.
6. Отвернуть гайки со шпилек и осторожно снять крошки КД, предупреждая разрывы резиновой прокладки под крышкой.
7.Осторожно снять уплотнительную прокладку.
8. Очистить трубную решетку и трубки с помощью металлической щетки и ветоши.
9. Отсоединить и разобрать воздухоспускной клапан.
10.Произвести замеры внутреннего и наружного диаметров трубки в трубной решетке.
11.Произвести замер длины трубки и количество трубок.
12.Определить теплопередающую поверхность трубок КД по формуле:
Fк = π · dн ·ℓ · n ( м2)
где dн - наружный диаметр трубки - м;
ℓ - длина трубки – м;
n - количество трубки в КД - шт.
13.Определить путь движения воды и хладагента.
14.0пределить число ходов конденсатора.
Разборку ИС рекомендуется производить в следующей последовательности:
1. Удалить х.а. из ИС в КД, ЛР или баллоны до остаточного давления 0,01-0,02 мПа.
2. Удалить рассол из ИС через пробковый кран на крышке ИС.
3. Закрыть вентиль на выходе паров х.а. из ИС.
4. Закрыть вентиль на входе ж.х.а. в ИС.
5. Отсоединить ИС от рассольного трубопровода.
6. Отсоединить гайки от шпилек и осторожно снять крышки, предупреждая от разрыва резиновые прокладки под крышками.
7. Осторожно снять уплотнительную прокладку.
8. Очистить трубную решетку и трубки с помощью металлической щетки и ветоши.
9. Произвести замеры внутреннего и наружного диаметров трубок.
10. Замерить длину и количество трубок.
11. Определить теплопередающую поверхность трубок ИС по формуле:
F4 = π ∙ dн ∙ l ∙ n (м2 )
где dн – наружный диаметр – м.
l – длина трубки – м.
n – количество трубок в ИС – шт.
12. Определить путь движения рассола.
13. Определить число ходов в ИС.
1.10.Содержание и оформление отчета-протокола лабораторной работы
Отчет должен содержать техническую характеристику компрессора 2ФВ-4 при разных частотах обращения вала, эскиз двухходового запорного вентиля и эскиз сальника.
1.Начертить общий вид кожухотрубного КД.
2.Описать назначение, устройство и принцип работы кожухотрубного КД.
3.Определить теплопередающую поверхность трубок КД.
4.Определить число ходов.
- начертить общий вид кожухотрубного ИС.
- описать назначение, устройство и принцип работы кожухотрубного ИС.
- определить теплопередающую поверхность трубок.
1.9. Перечень контрольных вопросов:
1.Назначение, устройство и принцип работы кожухотрубного КД.
2.Отличие морских КД от береговых.
- назначение, устройство и принцип работы кожухотрубного ИС.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №2
«ПОДБОР КОМПРЕССОРА И ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ»
Действительная масса хладагента G0, поступающего в компрессор из испарителя (действительная массовая подача компрессора), кг/сек
.
Действительный объем пара хладагента Vо, поступающего в компрессор с испарителя (действительна объемная подача компрессора), м3 / сек Vо=Gоv1.
Коэффициент подачи компрессора
,
где с – относительная величина вредного пространства (с = 0,015÷0,05);
рк, ри – давление конденсации и кипения хладагента, мПа;
Тк, Ти - температура конденсации и кипения хладагента, К, (Т= 273 +t оС).
Объем, описывающий поршни компрессора (теоретическая объемная подача компрессора), м3/сек
.
Объем Vh, м3/сек также можно определить по формуле
.
Теоретическая(адиабатная) мощность компрессора, кВт
Na = lо Gо.
Индикаторная мощность компрессора, кВт
Ni= Na /ηi,
где ηi – индикаторный коэффициент поленого действия (КПД).
Для определения индикаторного КПД можно использовать эмпирическую формулу Левина,
ηi = λω + b · tu,
где 
– объемный коэффициент, оценивает потери, связанные с подогревом
хладагента за счет теплообмена пара со стенками цилиндра,
- для прямоточных компрессоров 
;
- для непрямоточных компрессоров 
b – эмпиричный коэффициент. Для хладоновых компрессоров b = 0,0025,
для амиачных – 0,001;
tu – температура кипения хладагента в испарителе, оС
(подставляется в формулу со своим знаком).
Мощность механических потерь в компрессоре, кВт
,
где ртр. – удельное давление трения,
ртр. = 0,02÷0,035 мПа – для фреоновых непрямоточных компрессоров;
ртр. = 0,04÷0,06 мПа – для фреоновых прямоточных;
ртр. = 0,05÷0,07 мПа – для амиачных.
Vh – объем, описывающий поршни компрессора, м3/сек.
Потужність механічних втрат залежить від розмірів і режиму роботи компресора.
Ефективна потужність на валу компресора, кВт
Ne = Ni + Nм.
Механічний коефіцієнт корисної дії компресора
ηм=Ni /Nе.
Механічний ККД залежить від конструктивних особливостей, режиму роботи, якості монтажу і стану компресора.
Потужність на валу електропривода
де ηел.д. – ККД електродвигуна, ηел.д.=0,8÷0,9;
ηпер. – ККД клиноремінної передачі, ηпер. = 0,96÷0,99.
Потужність електродвигуна вибирають із запасом 10÷15%, щоб запобігти перевантаженню.
Ефективний коефіцієнт корисної дії
Ефективний ККД оцінює сумарні індикаторні і механічні збитки в компресорі.
Електричний коефіцієнт корисної дії
Електричний ККД враховує, крім того, і збитки в електродвигуні. Електричний ККД використовують для оцінки енергетичних збитків головним чином у герметичних і безсальникових компресорах, тобто із вбудованими в корпус компресора електродвигунами.
Енергетична ефективність холодильних компресорів, як і енергетична ефективність холодильних машин в цілому, характеризується дійсними холодильними коефіцієнтами.
Дійсний ефективний холодильний коефіцієнт
Дійсний електричний холодильний коефіцієнт
Компресор може бути вибраний по розрахованому об’єму Vh, що описують поршні компресора. Використовуючи основні конструктивні виміри вибраного компресора, об’єм Vh, м3/сек. можна уточнити по формулі
,
де D – діаметр циліндра, м;
S – хід поршня, м;
n – частота обертання вала, об/хв.;
z – кількість циліндрів.
Але треба мати на увазі, що холодопродуктивність одного і того ж компресора залежить від температурних умов роботи і може змінюватися в широких межах. Умови роботи, при яких фактично працює холодильна машина, називають робочими, а холодопродуктивність при цих умовах – робочою холодопродуктивністю. Оскільки робоча холодопродуктивність компресора при Vh = const і п = const (п – частота обертання) залежить від умов роботи, то вона не може служити характеристикою компресора при його виборі.
Паспортні дані компресорів приводяться в стандартних режимах, які не совпадають з розрахунковими. Для того, щоб бути впевненим в правильності вибору компресора, доцільніше його вибирати по необхідній холодопродуктивності у стандартних умовах Qо.с. і перевіряти по величині Vh.
Тому необхідну розрахункову холодопродуктивність Qо, кВт, перераховують на стандартні умови роботи компресора, якими є:
tк.с .=30 оС – температура конденсації;
tп =25 оС – температура перед ТРВ;
tи. .= -15 оС – температура випарювання;
tвс = t1=15оС – температура всмоктування.
Залежність між стандартною холодопродуктивністю і робочою виражається слідуючим рівнянням:
,
де Qо, Qо.с. – холодопродуктивність компресора при робочих і стандартних
умовах, кВт;
qv, qvс - питома об'ємна холодопродуктивність при робочих і стандартних
умовах, кДж/м3
для хладона R-22 qvс = 2160 кДж/м3;
для хладона R-134а qvс ≈ 1286 кДж/м3;
λ, λc - коефіцієнт подачі при робочих і стандартних умовах.
λc визначають аналогічно робочим умовам.
Розрахунок конденсатора передбачає визначення площі тепло обмінної поверхні, по якій підбирають марку і кількість конденсаторів із сумарною площинною поверхні, що дорівнює розрахунковій.
Крім того визначають витрати охолоджувальної води, що проходить через конденсатор і вибирають відповідну марку насоса.
Площа теплообмінної поверхні кожухотрубного конденсатора, м2
,
де Qк=Qк.т. – теоретичне теплове навантаження на конденсатор з урахуванням
переохолодження холодоагенту в конденсаторі, кВт
,
Qк=Qк.д – дійсне теплове навантаження на конденсатор з урахуванням збитків в процесі стиску в компресорі, кВт
Qк.д=Qо+Nі;
Оскільки Qк.т < Qк.д, розрахунки рекомендується виконувати по формулі дійсного теплового навантаження.
Кк – коефіцієнт теплопередачі, віднесений до внутрішньої поверхні
теплообмінних трубок, Вт/м2К, вибираємо по таблиці – додаток 3.6;
θк – повний температурний напір у конденсаторі, °С (середня логарифміч-
на різниця температур), оС
;
ηк – коефіцієнт запасу поверхні (на заглушку частини трубок при їхньому ушкодженні); ηк = 1,05÷1,1.
Марку конденсатора і його характеристики вибираємо по таблицям –
додатки 3.7, 3.8, відповідно до розрахункової площі Fк, м2.
Умовні позначення до таблиці – додаток 3.7, наприклад:
Конденсатор марки МКТНР-10:
М – морського виконання;
К – конденсатор;
Т – трубчастий;
НР – накатними ребрами.
Площа зовнішньої теплообмінної поверхні трубок дорівнює 10 м2.
Умовні позначення до таблиці – додаток 3.8.
Фірма SABROE випускає серію кожухотрубних конденсаторів типу SК-6 у горизонтальному виконанні для фреонових холодильних машин, наприклад:
Конденсатор марки SК6-8,5/8"F45:
· кількість трубок n=45;
· діаметр обичайки D=8,5/8"=219 мм;
· зовнішня поверхня F=16,5 м2;
· довжина апарата L=2500 м;
· витрата води Gw=3,83 кг/с;
· втрата напору ΔР=12,5 кПа.
Продуктивність насоса охолоджувальної води, що надходить у конденсатор, м3/год
,
де cω = 4,19 кДж/(кг·К) - теплоємність води;
ρ = 1011÷1028 кг/м3- щільність морської води;
ηω = 1,05÷1,1 - коефіцієнт запасу подачі насоса;
tω1, tω2 – температура води на вході в конденсатор і виході із нього
Марку насоса і його характеристики вибираємо по таблиці – додаток 3.9.
Розрахунок випарника (трубної батареї, повітроохолоджувача) полягає у визначенні теплопередаючої поверхні.
Розрахункова поверхня випарних апаратів, м2
,
де Qи – теплове навантаження випарних апаратів: батарей безпосереднього охолодження і повітроохолоджувачів, кВт, з урахуванням коефіцієн- та запасу поверхні теплообміну (1,05÷1,15)
Qи = (1,05÷1,15) Qо;
b = 0,7÷0,8 – коефіцієнт робочого часу апарату;
Ки – коефіцієнт теплопередачі випарних апаратів, Вт/(м2·К), вибирається
по таблиці – додаток 3.6;
– різниця температур повітря в рефприміщенні і у випарнику, °C.
Марку і характеристики випарників (повітроохолоджувачів або батарей) обираємо з таблиць – додатки 3.10, 3.11, 3.12, 3.13, 3.14, 3.15.
Повітроохолоджувачі марки ВОМВ установлюють в спеціальних ви городках трюмів, а електровентилятори монтують над ними. Технічна характеристика – додаток 3.11.
Для безпосереднього охолодження суднових провізійних камер використовують сухі хладонові повітроохолоджувачі порівняно невеликих розмірів марки ВО і МВОФ. Технічна характеристика – додатки 3.10, 3.11.
У повітроохолоджувачів марки МВОФ-Э для зняття снігової шуби (інея) вбудовані електронагрівачі.
Батареї типу БНР – батарея настінна ребриста. Їх технічна характеристика приведена у додатку 3.12. Виконання батарей звичайне і тропічне. У разі тропічного виконання до індексу батареї добавляють букву Т (наприклад БНР-6,6 Т).
Батареї типу ИРСН – випарник (И – испаритель) ребристий, сухий, настінний. Технічна характеристика – додаток 3.13.
Батареї типу БН і БНИ – гладкотрубні батареї безпосереднього випарювання. Вони мають конструктивні відмінності, а також різну поверхню теплопередачі в залежності від марки.
У додатках 3.14 і 3.15 приведені їх основні технічні характеристики.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА №3
«ИЗУЧЕНИЕ СХЕМЫ ВТОМАТИЗАЦИИ ХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ»
В судовых холодильных установках автоматически регулируются производительность компрессора, подача жидкого хладагента и промежуточного хладоносителя в приборы охлаждения, охлаждаемой воды в конденсатор; температуры воздуха в охлаждаемом помещении, кипящего хладагента в испарителе; давления кипения, конденсации и другие параметры.
Автоматизация судовых холодильных установок предназначена для поддержания требуемых температур в охлаждаемых помещениях и предотвращения аварийных ситуаций. В судовых холодильных установках применяют приборы автоматического регулирования, управления и защиты. Эти приборы контролируют изменение регулируемого параметра и воздействуют на автоматическую световую или звуковую сигнализацию при его отклонениях от заданных значений, включение или выключение отдельных элементов холодильной установки.
