Обоснование способа охлаждения и выбор системы кцкп. Дипломная работа: Регулировка охлаждения компьютерных систем. Обоснование выбора охладителя
Нажав на кнопку "Скачать архив", вы скачаете нужный вам файл совершенно бесплатно.
Перед скачиванием данного файла вспомните о тех хороших рефератах, контрольных, курсовых, дипломных работах, статьях и других документах, которые лежат невостребованными в вашем компьютере. Это ваш труд, он должен участвовать в развитии общества и приносить пользу людям. Найдите эти работы и отправьте в базу знаний.
Мы и все студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будем вам очень благодарны.
Чтобы скачать архив с документом, в поле, расположенное ниже, впишите пятизначное число и нажмите кнопку "Скачать архив"
Подобные документы
Описание конструкции бытового холодильника. Расчет теплопритоков в шкаф. Тепловой расчет холодильной машины. Теплоприток при открывании двери оборудования. Расчет поршневого компрессора и теплообменных аппаратов. Обоснование выбора основных материалов.
курсовая работа , добавлен 14.12.2012
Определение вместимости холодильника, расчет его площадей. Необходимая толщина теплоизоляции. Конструкции ограждений холодильника. Теплоприток через ограждения. Продолжительность холодильной обработки продукта. Расчет и подбор воздухоохладителей.
курсовая работа , добавлен 09.04.2012
Общая характеристика и принцип работы холодильной установки молочного завода, ее технико-экономическое обоснование. Методика расчета строительной площади холодильника. Тепловой расчет принятого холодильника. Расчет и подбор камерного оборудования.
курсовая работа , добавлен 03.06.2010
Проектный расчет воздушного холодильника горизонтального типа. Использование низкопотенциальных вторичных энергоресурсов. Определение тепловой нагрузки холодильника, массового и объемного расхода воздуха. Тепловой и экзегетический балансы холодильника.
курсовая работа , добавлен 21.06.2010
Описание конструкции двухкамерного компрессионного холодильника. Теплопритоки в шкаф холодильника. Тепловой расчет холодильной машины. Обоснование выбора основных материалов. Расчет поршневого компрессора, теплообменных аппаратов, капиллярной трубки.
курсовая работа , добавлен 07.08.2013
Принцип действия холодильника, процесс охлаждения. Классификация бытовых холодильников, основные структурные блоки. Расчет холодильного цикла, испарителя, конденсатора и тепловой нагрузки бытового компрессионного холодильника с электромагнитным клапаном.
курсовая работа , добавлен 23.03.2012
Техническая характеристика технологического оборудования, потребляющего холод. Расчет числа строительных прямоугольников камер хранения, толщины теплоизоляционного слоя. Тепловой расчет камеры холодильника. Выбор и обоснованные системы охлаждения.
курсовая работа , добавлен 11.01.2012
Выбор системы охлаждения для РЭА заданного типа. Способ охлаждения во многом определяет конструкцию РЭА, поэтому даже на ранней стадии проектирования, т. Е. На стадии технического предложения или эскизного проекта, необходимо выбрать систему охлаждения РЭА. Неудачное решение этой задачи может обнаружиться только на более поздних этапах конструирования (детальная проработка конструкции, испытание опытного образца и т. П.), что может свести на нет работу большого коллектива, а сроки создания РЭА значительно увеличатся.
На первых этапах проектирования в распоряжении конструктора имеется техническое задание (ТЗ), в котором обычно содержится следующая весьма ограниченная информация:
Суммарная мощность Ф тепловыделения в блоке;
Диапазон возможного изменения температуры окружающей среды
Пределы изменения давления окружающей среды -
Время непрерывной работы прибора -
Допустимые температуры элементов-
Коэффициент заполнения аппарата
(12.1)
Где Vi - объем i-гo элемента РЭА; п - число элементов; V- объем, занимаемый РЭА. Требуется также задать горизонтальные (Li, L2) и вертикальные (L3) размеры корпуса РЭА. Эти исходные данные недостаточны для детального анализа теплового режима РЭА, но их можно использовать для предварительной оценки и выбора системы охлаждения. Последний носит вероятностный характер, т. Е, дает возможность оценить вероятность обеспечения, заданного по ТЗ теплового режима РЭА при выбранном способе охлаждения. По результатам обработки статистических данных для реальных конструкций, детальных тепловых расчетов и данных испытания макетов были построены графики (рис. 12.1), характеризующие области целесообразного применения различных способов охлаждения. Эти графики построены для непрерывной работы РЭА и связывают два основных показателя: 
. Первый показатель 
перегрев относительно окружающей среды tc корпуса наименее теплостойкого элемента, для которого допустимая и приведенная в ТЗ температура имеет минимальное значение.
Заметим, что для свободного охлаждения т. Е. Соответствует максимальной температуре окружающей среды по ТЗ; для принудительного охлаждения т. Е. Соответствует температуре воздуха (жидкости) на входе в РЭА. Второй показатель q равен плотности теплового потока, проходящего через условную площадь поверхности теплообмена:
(12.2)
Рисунок 12.1 Области целесообразного применения различных способов охлаждения
Где Ф - суммарная мощность, рассеиваемая с этой поверхности; коэффициент, учитывающий давление воздуха (при атмосферном давлении коэффициент заполнения, определяемый по формуле (12.1).
На рис. 12.1 представлены два типа областей: в одном можно рекомендовать применение какого-либо одного способа охлаждения (не заштрихованы: 1 - свободное воздушное, 3 - принудительное воздушное, 5-принудительное испарительное); в другом возможно применение двух или трех способов охлаждения (заштрихованы: 2 - свободное и принудительное воздушное, 4 - принудительное воздушное и жидкостное, 6 - принудительное жидкостное и свободное испарительное, 7- принудительное жидкостное, принудительное и свободное испарительное, 8 -свободное принудительное и свободное испарительное, 9-свободное и принудительное испарительное) .
Верхние кривые рис. 2.1 обычно применяют для выбора охлаждения больших элементов - крупногабаритных ламп, магнитов, дросселей и т. П. Нижние кривые используют для выбора системы охлаждения блоков, стоек и т. П., выполняемых на дискретных микроминиатюрных элементах.
Если показатели РЭА попадают в заштрихованную область (возможно применение двух и трех способов охлаждения), то задача выбора способа охлаждения осложняется и требуются более детальные расчеты.
Приведем дополнительные данные, позволяющие учесть давление воздуха; в формуле (12.2) последнее учитывается коэффициентом kp, который был найден на основании расчетов и экспериментов. С уменьшением давления воздуха температура элементов РЭА возрастает; обозначим давление воздуха снаружи блока р1 а внутри - р2 для герметичного блока значение kp приведено в приложении (см. Табл. А.11). Коэффициент kp учитывает ухудшение охлаждения РЭА при пониженном давлении только в условиях свободной конвекции воздуха.
Заметим, что выбор системы охлаждения не сводится только к определению области охлаждения, необходимо также учитывать техническую возможность осуществления данного способа охлаждения РЭА, т. Е. Массу, объем, потребляемую мощность. Как показывает опыт, при рациональном проектировании можно обеспечить заданный тепловой режим бортовых РЭА при удельном расходе воздуха не выше 180-250 кг/(ч*квт).
Для стационарных РЭА, где менее жесткие ограничения по габаритам, массе, энергопотреблению расход воздуха может быть увеличен до 250-350 кг/(ч-квт). Для РЭА, охлаждаемых с помощью воздуха, тепловой режим изучен наиболее полно. В этих случаях можно не только рекомендовать ту или иную систему воздушного охлаждения, но и оценить вероятность, с которой выбранная система охлаждения позволит обеспечить заданный тепловой режим.
Теплообменники РЭС.
Теплообменным аппаратом называется устройство, в котором осуществляется процесс передачи теплоты от одного теплоносителя к другому. Такие аппараты многочисленны и по своему технологическому назначению и конструктивному оформлению весьма разнообразны. По принципу действия теплообменные аппараты могут быть разделены на рекуперативные, регенеративные и смесительные.
Рекуперативными называются такие аппараты, в которых теплота от горячего теплоносителя к холодному передается через разделяющую их стенку. Примером таких аппаратов являются парогенераторы, подогреватели, конденсаторы и т. п.
Регенеративными называются такие аппараты, в которых одна и та же поверхность нагрева омывается то горячим, то холодным теплоносителем. При протекании горячей жидкости теплота воспринимается стенками аппарата и в них аккумулируется, при протекании холодной жидкости эта аккумулированная теплота ею воспринимается. Примером таких аппаратов являются регенераторы мартеновских и стеклоплавильных печей, воздухоподогреватели доменных печей и др.
В рекуперативных и регенеративных аппаратах процесс передачи теплоты неизбежно связан с поверхностью твердого тела. Поэтому такие аппараты называются также поверхностными.
В смесительных аппаратах процесс теплопередачи происходит путем непосредственного соприкосновения и смешения горячего и холодного теплоносителей. В этом случае теплопередача протекает одновременно с материальным обменом. Примером таких теплообменников являются башенные охладители (градирни), скрубберы и др.Специальные названия теплообменных аппаратов обычно определяются их назначением, например, парогенераторы, печи, водоподогреватели, испарители, перегреватели, конденсаторы, деаэраторы и т. д. Однако несмотря на большое разнообразие теплообменных аппаратов по виду, устройству, принципу действия и рабочим телам, назначение их в конце концов одно и то же, это - передача теплоты от одной, горячей, жидкости к другой, холодной. Поэтому и основные положения теплового расчета для них остаются общими.
Теплообменники отличаются характеристиками распределения температур по длине канала:
где T 1 ’ и T 2 ’ – температуры на входе теплообменника; T 1 "" и T 2 "" – на выходе.
Все теплообменники классифицируются на две группы, исходя из условий теплообмена. Передача тепла от горячего теплоносителя к холодному может идти либо через твердую стенку, либо через фазовую границу раздела. Через твердую стенку – рекуперативный теплообменник, через фазовую границу – градирня.
В справочниках ОСТ приведены характеристики теплообменников, выпускаемых промышленностью для РЭС.
Основная характеристика теплообменников – удельная площадь теплообменной поверхности:
; S уд ≈ 4500 и более.
Особенности работы теплообменных аппаратов:
1. Режим движения теплоносителя. В теплоносителе должен быть реализован турбулентный режим. Газ – V ≈ 100 ÷ 150 м/c; жидкость – V ≈ 2,5 ÷ 3 м/c. Режимы, которые реализуются в теплообменнике, должны быть выбраны оптимальным образом.
2. Тепловое проектирование теплообменников сводится к выполнению конструкторского и проверочного расчетов.
а) При выполнении конструкторского расчета осуществляется проектирование аппарата, цель расчета состоит в определении рабочей площади поверхности теплообменника, если заданы массовые расходы горячего и холодного теплоносителя, их температуры на входе и выходе, а также их удельные теплоемкости.
б) Проверочный расчет осуществляют для теплообменника с известной площадью поверхности (например, для сконструированного теплообменника). Цель расчета - определить значения температур теплоносителя на выходе из теплообменника и потока Ф теплоты, передаваемого от горячего теплоносителя к холодному, то есть установить рабочий режим аппарата.
Выбор системы охлаждения имеет большое значение. От неё зависит сохранность и усушка груза, расход энергии на еденицу перевозимой продукции, безопасность перевозки, эффективность использования грузового объема и т. д.
Рассмотрим основные требования, которым должна удовлетворять судовая система охлаждения трюмов:
Обеспечивать равномерное (однородное) температурное поле в любой точке трюма с минимальными отклонениями от оптимальных значений для данного груза;
Обладать большой аккумулирующей способностью (инерционностью) с целью замедления повышения температуры в трюме при временной остановке холодильной машины;
Обеспечивать возможно меньший температурный перепад между температурой груза и температурой кипения холодильного агента. Это позволит получить при заданной температуре камеры максимальное значение холодильного коэффициента машины и наименьшие энергозатраты на перевозку грузов.
Охлаждающие приборы и системы канализации холодоносителя должны иметь малую массу и габариты. Необходимо знать, что малые габариты охлаждающих поверхностей могут быть достигнуты только за счет повышения значений коэффициентов теплопередачи.
Обеспечивать надежность, простоту и удобство в эксплуатации, безопасность для людей и фузов, нормальное наблюдение за режимом охлаждения, легкость его регулирования, ревизии, ремонта и т.д.
Для провизионных камер сухогрузного судна экономически выгоднее использовать воздушную систему охлаждения с непосредственным испарениям хладагента в испарительных батареях. Так как системы с промежуточным хладоносителем имеют более низкую экономичность по сравнению с системой непосредственного охлаждения: теплопередача осуществляется дважды - от воздуха к рассолу и от рассола к хладагенту. Поэтому при прочих равных условиях общий перепад температуры между грузом и испаряющимся холодильным агентом возрастает и составляет 11 ...12°С, что ухудшает экономические показатели работы компрессора и повышает его размеры. Кроме того, возрастают расходы на привод рассольных насосов.
Системы с промежуточным хладоносителем также имеют низкую холодо-отдчу холодоносителя, что предопределяет большие массогабаритные показатели рассольных систем.
Воздушная система охлаждения получила широкое распространение на транспортных и производственных рефрижераторах, в особенности при использовании фреоновых холодильных машин. Особенно предпочтительна эта система для рефрижераторов, перевозящих дышащие грузы (фрукты, овощи).
Воздушная система охлаждения, обслуживаемая холодильными машинами на фреоне-R-22, наилучшим образом обеспечивает повышение технико-экономических показателей производственных и транспортных рефрижераторов.
Циркуляция охлажденного воздуха в камерах обеспечивается вентиляторами, прогоняющими воздух через воздухоохладители непосредственного охлаждения.
Значительно меньшие масса и габариты приборов охлаждения существенно увеличивают полезный объем камер.
Система воздушного охлаждения по сравнению с системой батарейного («тихого») охлаждения имеет ряд преимуществ и недостатков, взаимное влияние которых учитывается при технико-экономическом анализе сравниваемых систем. Преимушества воздушной системы: значительно меньшая металлоемкость, большая долговечность, более удобная эксплуатация, повышенная грузовмести-мость при прочих равных условиях. Все эти факторы уменьшают амортизацион-ные отчисления, эксплуатационные расходы и улучшают провозную способность судна. При наличии воздушной системы периодически проводящиеся оттайки воздухоохладителей позволяют более эффективно использовать производитель-ность холодильной машины в то время как при «тихом» охлаждении слой инея, нарастающий за весь период рейса, существенно ухудшает эффективность охлаждающих батарей и приводит к снижению холодильного коэффициента мапгины с соответствующим увеличением энергозатрат. К недостаткам воздушной системы относятся: повышенная холодопроизводительность установ-ки, связанная с необходимостью компенсации дополнительных теплопритоков эквивалентных мощности вентиляторов и несколько большая усушка продукта связанная с более интенсивным тепло- и массообменом.
Технико-экономические анализы воздушных систем охлаждения показывают преимущества этих систем перед система батарейного охлаждения, в связи с чем воздушная система охлаждения считается наиболее прогрессивной и перспективной.
Рис.2. Принципиальная схема воздушной системы охлаждения с непосредственным испарением судовых рефрижераторных помещений.
4. Выбор изоляционных материалов. Расчет изоляционной конструкции.
Основным потребителем холода в рефрижераторных перевозках является тепло, проникающее в охлаждаемые помещения извне через ограждающие их конструкции. Уменьшение внешних теплопритоков способствует уменьшению холодопотребности судна. Это возможно обеспечить путем осуществления тепловой изоляции ограждающих поверхностей. Чем ниже теплопроводность изоляционного материала и больше его толщина, тем меньше тепла проникает в помещение. Однако с увеличением толщины изоляции уменьшается полезный грузовой объем изолируемых помещений, возрастают стоимость изоляционного материала и его монтаж. На современных рефрижераторных судах изоляционные конструкции уменьшают объем трюма на 15...30%, что отрицательно вли-ивт на рентабельность перевозок. Поэтому для теплоизоляции применяют материалы, имеющие низкое значение коэффициента теплопроводности.
К изоляционным материалам, применяемым в судостроении, предъявляется ряд других важных требований, обусловливающих их высокую эффективность:
Высокие теплозащитные свойства (низкий коэффициент теплопроводности λ [Вт/(м·К)];
Малая плотность ρ, кг/м 3 ;
Высокая механическая прочность и эластичность, противостоящие вибрации и деформации корпуса судна;
Морозостойкость (способность противостоять разрушению изоляции при переменных температурных нагрузках);
Огнестойкость и негорючесть;
Отсутствие запахов и невосприимчивость к ним;
Малая влагоемкость и малая гигроскопичность;
Минимальная усадка насыпного изоляционного материала;
Не вызывать и не способствовать коррозии поверхностей;
Не влиять на здоровье людей;
Достаточная стойкость к гнилостным бактериям и грибкам;
Дешевизна, доступность, удобство при транспортировке, монтаже и эксплу-атации, долговечность.
Существующие изоляционные материалы не могут в достаточной степени удовлетворять одновременно всем перечисленным выше требованиям. Поэтому при их выборе ориентируются на выполнение только основных требовании м зависимости от назначения судна, района плавания и др. Кроме того, влиянии ряда недостатков может быть устранено либо значительно снижено созданном рациональной изоляционной конструкции, которая обеспечивает:
Предохранение изоляционной конструкции от увлажнения путем установки паровлагозащитного покрытия и (или) устройства осушающих слоев дня осушения изоляции в период эксплуатации;
Защиту изоляции от проникновения грызунов путем установки специаш, ных металлических сеток;
Непрерывность изоляционного слоя и его толщины, способствующих эффективности теплозащитных свойств ограждений в длительный эксплуатацион-ный период.
Хорошими изоляционными свойствами обладают материалы, состоящие из мелких и закрытых пор. В современных изоляционных материалах число закрытых пор, содержащихся в 1 см 3 материала, достигает нескольких тысяч. Такие материалы не требуют дополнительных мероприятий по пароизоляции и не нуждаются в осушении.
Наиболее современными представителями высокоэффективных теплоизоляционных материалов являются пенопласты. В последнее время получено много различных пенопластов, обладающих высокой стойкостью к увлажнению, высокой прочностью и низкими значениями плотности и коэффициента теплопроводности.
Поэтому в качестве теплоизоляционого материала провизионных камер будем использовать плиты из полихлорвиниловой смолы с неорганическим газо-образователем ПХВ-1 представляют собой пористый материал, ячейки которого заполнены воздухом и изолированы друг от друга тонкими стенками. ПХВ-1 не загнивает, тлеет в пламени, не вызывает коррозии. Плиты при нагревании позволяют создавать фасонные детали применительно к набору судна.
Теплофизические характеристики изоляционного материала:
Плотность – ρ = 90...130 кг/м 3
λ и з = 0,058 Вт/(м·К)
Изоляционные конструкции охлаждаемых помещений судов подразделяют на три основных типа: не прорезаемые стальным набором корпуса; перекрываю-щие набор, или нормальные и обходящие набор.
Х
олодильные
камеры располагаются вблизи камбуза,
следовательно применем изоляционную
конструкцию первого типа для изолирования
гладких металлических поверхностей.
Такие конструкции не прорезают стальной
набор корпуса судна, поэтому их выполняют
из материалов с коэффициентами
тепло-проводности, отличающимися не
более чем в десять раз. Конструкции
такого рода применяют для изолирования
второго дна, палуб, переборок и гладких
сторон охлаждаемых помещений (рис.3.)
Рис.3. Изоляционная конструкция переборок.
1 – металлическая обшивка; 2 – подкрепляющие деревянные бруски;
3 – изоляционный материал; 4 – деревянная зашивка изоляции.
Простые конструкции изоляции гладких переборок, палубы, выполненные из материалов с мало отличающимися коэффициентами теплопроводности, рассчи-таны по законам параллельным тепловому потоку.
Расчет изоляционной конструкции по методу параллельных тепловых потоков:
Основные размеры конструкции:
S = 800 мм
С = 60 мм
δ д = 60 мм
δ из =150 мм
Деревянная зашивка и бруски – сосна вдоль волокон:
Плотность – ρ= 500 кг/м 3
Коэффициент теплопроводности – λ д = 0,4 Вт/(м·К)
Теплоемкость – с= 2,3 кДж/(кг·К)
/(0,15+0,06)= 1,90Вт/(м·К)
1/((0,15/0,058)+(0,06/)=0,37 Вт/(м·К)
((1,90·0,06)+ 0,37(0,8-0,06))/0,8=0,48 Вт/(м·К)
Расчет изоляционной конструкции методом круговых потоков:
Размеры
шпации:
b=70 мм Рис.4. Нормальная изоляционная конструкция
с продольным расположением брусков
тепловой поток идет по линии наименьшего сопротивления т.е. наибольшая длинна дуги четверти круга равна высоте профиля набора:
(2·170)/π=0,108 м
Шпация разбивается на 6 зон, ширина которых равна:
II. 2h/π= 0,108 м
III. S-b-4h/π=(800-70-4·170/π)/1000=0,514 м
IV. H-e-a-h(1-2/π)=(300-150-60-170(1-2/π))/1000=0,028 м
V. h+e+a-H-c=(170+150+60-300-60)/1000=0,020 м
Расчитываем тепловой поток каждой зоны:
m э =λ из /λ д =0,058/0,4=0,145 - толщина эквивалентная слою дерева толщиной 1м;
I
зона:
0,690 рад
Коэффициент теплопроводности всей конструкции:
(0,0516+0,0425+0,1198+0,0072+0,00914+0,1311)/0,8=
На холодильниках принимают две системы охлаждения: непосредственное охлаждение помещения кипящим хладагентом и косвенное охлаждение промежуточным хладоносителем.
Наиболее предпочтительным является применение непосредственного охлаждения. Так как использование промежуточного хладоносителя влечет за собой дополнительные потери холода и, кроме того, нам необходимо создать принудительное движение воздуха в камерах для вентиляции, следовательно, из способов охлаждения наиболее перспективным является охлаждение с помощью воздухоохладителей. В зависимости от рабочего тела, подаваемого в воздухоохладители, они разделяются на непосредственного охлаждения и рассольные.
Выбираем потолочные воздухоохладители типа ВОП с нижней подачей хладагента. Они предназначены для охлаждения воздуха в камерах хранения продуктов. Воздухоохладители состоят из охлаждающей батареи, узла вентиляторов, поддона для сбора талой воды и обшивки.
При охлаждении камер с помощью воздухоохладителей ускоряется процесс отвода теплоты от продукта, достигается равномерное распределение температуры по всему объему камеры.
В роли холодильного агента применяется аммиак. Аммиак R717 (NH 3). Бесцветный газ с резким запахом, температура кипения NH 3 при барометрическом давлении минус 33,3 0 С. Он обладает хорошими термодинамическими свойствами, большой объемной холодопроизводительностью.
Аммиак практически нерастворим в масле и очень интенсивно поглощается водой. Утечки аммиака из холодной системы легко обнаруживаются по запаху или с помощью лакмусовой бумаги. С черными металлами (сталь, чугун) аммиак не вступает в реакцию, но в присутствии влаги разъедает цинк, медь и медные сплавы.
Оказывает вредное действие на человека - раздражает слизистые оболочки глаз, желудка, дыхательных путей, вызывает ожоги кожного покрова и спазмы дыхательных органов. Обладая резким запахом, аммиак распознается органами осязания человека при концентрации 0,0005%. При содержании аммиака в воздухе свыше 0,5% возможно отравление человека. При концентрации в воздухе (16-27)% R717 (аммиак) образует взрывчатую смесь.
Аммиак - дешевый хладагент с очень хорошими термодинамическими характеристиками. Он применяется в средних и крупных холодильных машинах с поршневыми и винтовыми компрессорами. Холодильные машины, работающие на R717, функционируют при температуре кипения хладагента до минус 70 0 С. В малых холодильных машинах NH 3 не применяется из-за его токсичности и взрывоопасности .
Схема холодильной установки должна отвечать следующим требованиям:
Обеспечивать надежной поддержание заданного режима в охлаждаемых объектах и быть гибкой в эксплуатации;
Быть по возможности простой и не требующей больших затрат для её выполнения;
Быть наглядной и удобной для обслуживания, способствовать осуществлению быстрых;
Безошибочных переключений и иных действий обслуживающего персонала;
Обеспечивать безопасность обслуживающего персонала и долговечность установленного оборудования.
Применение средств автоматики в значительной степени облегчает выполнение всех этих требований .
Проблема создания рациональных схем непосредственного охлаждения в значительной степени сосредоточена в правильном решении схемы узла подачи хладагента в испарительную систему. Здесь концентрируются и основные трудности, возникающие при работе установок непосредственного охлаждения, и основные недостатки этой системы.
Схемы узла подачи хладагента должны обеспечить:
Надежную защиту от влажного хода компрессора (т.е. его работу сухим ходом) и полную безопасность установок от гидравлических ударов, так как наибольшее количество аварийных ситуаций на холодильных установках происходит в результате гидравлических ударов, возникающих главным образом при неправильной подаче хладагента в испарительную систему, при резких колебаниях тепловой нагрузки в охлаждаемых объектах, при вскипании хладагента в аппаратах из-за резкого понижения давления в них;
Правильную раздачу жидкого хладагента по охлаждающим приборам охлаждаемых объектов в соответствии с изменяющейся тепловой нагрузкой на них;
Возможность поддержания температуры в охлаждаемых объектах в заданных пределах;
Устранение влияния гидростатического столба жидкого хладагента;
Малую вместимость системы по хладагенту, так как большое количество хладагента, заключенного в испарительной системе, не только увеличивает первоначальные и эксплуатационные затраты, но и создает повышенную опасность эксплуатации такой установки;
Возможно большую интенсивность те5плоодачи от поверхности охлаждающих приборов к кипящему в них хладагенту, что может быть достигнуто достаточным заполнением охлаждающих приборов и выходом из них влажного пара;
Возможность удобного и быстрого удаления масла и загрязнений с внутренней поверхности охлаждающих приборов, а также инея (снеговой шубы) с их наружной поверхности.
Схемы узла подачи хладагента в охлаждающие приборы различают, прежде всего, по способу подачи, т.е. под действием какой разности давлений подается хладагент в охлаждающие приборы.
Можно указать три способа подачи :
Под действием разности давлений конденсации и кипения;
Под действием разности давлений, создаваемой столбом жидкости;
Под действием разности давлений, создаваемой насосом.
Схемы питания испарителей жидким хладагентом различают также по направлению движения жидкости в охлаждающем приборе: могут быть схемы с нижней подачей и с верхней подачей, при которой хладагент поступает в батарею сверху, а образовавшийся пар отводиться снизу.
Насосная схема имеет значительные преимущества перед первыми двумя способами. Применение насоса существенно усиливает циркуляцию жидкости, так как производительность насоса выбирается такой, чтобы кратность циркуляции была по крайней мере 3 - 6 в период расчетной нагрузки. Это увеличивает эффект саморегулирования подачи и практически освобождает от необходимости вмешиваться в раздачу жидкости по объектам, а также улучшает теплоотдачу в охлаждающих приборах. При такой циркуляции жидкости значительно уменьшается влияние переменного заполнения охлаждающих приборов и выброса жидкости при резком изменении тепловой нагрузки; что создаёт более безопасные условия работы системы .
Безнасосные схемы относительно просты и достаточно надежны, особенно для малых и средних установок. На крупных установках с большим числом охлаждаемых объектов применение подобных схем требует большого количества автоматических регулирующих приборов, нуждающихся в обслуживании и ремонте. Поэтому для таких крупных установок в большинстве случаев оказываются более целесообразными насосные схемы .
Насосно-циркуляционную систему охлаждения предусматривают для холодильников, в которых хранят творог, сметану и другие продукты, а также для производственных холодильных камер. Для всех потребителей холода применяют верхнюю подачу аммиака (с совмещенным сливом жидкости и отсосом паров) в охлаждающие приборы, монтируемые обычно высоко под потолком камер.
Для технологических аппаратов производственных цехов (танки, пластинчатые охладители и др.) непосредственное охлаждение не проектируется, они обеспечиваются холодом посредством рассола и ледяной воды.
Для распределения холодильного агента по потребителям холода предусматривают централизованную или децентрализованную распределительную станцию (с жидкостными, всасывающими, оттаивательными и дренажными коллекторами).
При централизованной станции значительно возрастает объём монтажных работ по трубопроводам, длина которых получается очень большой, так как из аппаратного отделения необходимо прокладывать жидкостную и всасывающую трубы в каждую камеру и к каждому потребителю холода. При децентрализованных распределительных станциях для холодильника и технологических цехов, размещаемых на площадках или антресолях поблизости от потребителей холода, общую длину аммиачных трубопроводов разводки можно сократить в несколько раз.
В автоматизированных системах для прекращения подачи жидкого аммиака в охлаждающие приборы и возобновления подачи при повышении температуры достаточно предусмотреть один соленоидный вентиль СВМ на общей жидкостной линии камеры. При раздельном питании жидкостью потолочных и пристенных батарей или нескольких групп подвесных воздухоохладителей следует предусматривать в схемах возможность регулирования распределения жидкости по этому оборудованию посредством ручных регулирующих вентилей, оставляя на всю камеру один СВМ на жидкостной линии камеры. Этот принцип следует сохранить и для универсальных камер. Переключение их с одного режима (минус 20 о С) на другой (0 о С) достигается запорными вентилями.
Охлаждение ледяной воды осуществляют в открытых испарителях панельного типа.
При проектировании насосно-циркуляционных систем охлаждения для городских молочных заводов применяют циркуляционные ресиверы вертикального типа, устанавливаемые в аппаратных отделениях компрессорных цехов. Емкость этих ресиверов обычно небольшая, однако её можно уменьшить, приняв для всех камер холодильника воздушное охлаждение.
Для испарителей панельного типа, используемых для охлаждения воды, предусматривают безнасосную подачу аммиака. Панельный испаритель для охлаждения воды работает при температуре кипения минус 3 о С с подачей жидкого аммиака с помощью регулятора уровня. Схема строится таким образом, что каждый режим температуры кипения обслуживается отдельной группой компрессоров.
Для оттаивания воздухоохладителей проектируют подачу в них горячих паров аммиака и электрообогрев ТЭНами, а для оттаивания батарей используют только горячие пары.
При высоте камер одноэтажного холодильника молокозавода 6 м в чистоте и отметке пола машинного отделения минус 1.000, т.е. на 1,0 м ниже отметки пола холодильника (+ 0,000), уровни полов аппаратного и компрессорного отделений принимают одинаковыми. Это удобно в эксплуатации и позволяет применять вертикальные циркуляционные ресиверы с обеспечением высоты подпора столба жидкости над осью аммиачного насоса в размере до 2,45м, что достаточно для устойчивой его работы .
Однако в последние годы получили распространение так называемые компаундные схемы, в которых циркуляционные ресиверы, работающие при более высоких давлениях кипения, используют одновременно и как промежуточные сосуды для ступеней, работающих при более низких давлениях. Учитывая многообразие выполняемых функций, этот ресивер обычно называют компаундным.
Термодинамически компаундная схема эквивалентна схеме многоступенчатого сжатия с полным промежуточным охлаждением, промежуточным сосудом без змеевика и промежуточными температурами, совпадающими с температурами кипения, которые поддерживаются в охлаждаемых объектах.
Применение компаундных схем позволяет отказаться от промежуточных сосудов, создающих определенную опасность гидравлического удара для компрессора ступени высокого давления, а также использовать компрессоры одноступенчатого сжатия, что упрощает систему автоматического управления и делает ее более надежной.
Достоинствами компаундной холодильной установки являются упрощение схемы, уменьшение числа аппаратов (промсосудов), сокращение длины трубопроводов, количества арматуры, приборов автоматики, возможность применения однотипных компрессоров, а значит и однотипных запасных частей, расходных материалов .
Конденсатор служит для передачи теплоты холодильного агента охлаждающей среде или «источнику высокой температуры». В общем случае перегретый пар холодильного агента в конденсаторе охлаждается до температуры насыщения, конденсируется и охлаждается на несколько градусов ниже температуры конденсации.
Горизонтальные кожухотрубные конденсаторы получили широкое применение для аммиачных и хладоновых холодильных машин в большом интервале производительности.
При работе машины на хладагентах, ограничено растворяющих в себе смазочное масло, последнее уносится из компрессора в систему, оседает на стенках теплообменных труб аппаратов и ухудшает их работу. Для удаления масла из системы в машинах, работающих на таких хладагентах как R717, служат маслоотделители и маслосборники. Гидроциклоны - маслоотделители инерционного типа, предназначены для отделения смазочного масла от жидкого хладагента с ограниченной растворимостью.
Из-за наличия в системе неконденсирующихся газов ухудшается энергетическая эффективность холодильной машины, так как снижаются коэффициенты теплопередачи в аппаратах, повышается давление конденсации и увеличивается расход энергии на сжатие пара хладагента в компрессоре. Для удаления попадающего в холодильную систему воздуха устанавливают воздухоотделитель.
По назначению ресиверы делятся на линейные, циркуляционные и дренажные. Назначением линейного ресивера является освобождение конденсатора от жидкого хладагента и обеспечение равномерной подачи его на регулирующую станцию. Выбор типа линейного ресивера существенного значения не имеет. Применяют только ресиверы проходного типа горизонтального исполнения промсосуда. Линейный ресивер является общим элементом для холодильной установки, и количество их должно быть минимальным.
Циркуляционные ресиверы применяют в насосных, циркуляционных схемах подачи хладагента в испарительную систему. Этот ресивер обеспечивает устойчивую работу аммиачных насосов. Узел циркуляционного ресивера может иметь несколько вариантов исполнения: горизонтальный циркуляционный ресивер не выполняющий функции отделения жидкости, он дополняется устанавливаемым над ним отделителем жидкости; вертикальный циркуляционный ресивер выполняющий функцию отделителя жидкости; горизонтальный циркуляционный ресивер, совмещающий функции отделителя жидкости.
Дренажные ресиверы предназначены для выпуска в них жидкого хладагента при ремонте основных аппаратов и оттаивании снеговой шубы с батарей непосредственного испарения.
Компаундный ресивер может выполнять функции линейного, циркуляционного и дренажного ресиверов, промсосудов и отделителя жидкости.
Целевое назначение установки определяет выбор вида хладоснабжения (централизованное, децентрализованное), способа охлаждения (непосредственный, косвенный), типа компрессорного агрегата (поршневой, винтовой, аммиачный, хладоновый, с автоматически изменяемой или неизменяемой производительностью).
Расчетный режим работы холодильной установки (температуры кипения и конденсации хладагента, охлаждающей воды, хладоносителя на выходе из испарителя; давления кипения, конденсации, промежуточное) определяет выбор марки агрегата (высоко-, средне- и низкотемпературный, одно- и двухступенчатый) и вида схемы установки (традиционная, компаундная). Границей применения одноступенчатых агрегатов считают отношения давлений конденсации и кипения р=5?7. компаундную схему предпочтительней выбирать для условий, при которых требуется компактность и высокий уровень автоматизации и надежности /9, с.80/.
Как следует из вышеизложенного, компаундные холодильные установки имеют определенные достоинства по сравнению с традиционными многоступенчатыми схемами. Но не все потенциальные возможности могут быть реализованы. Так, последовательное многократное дросселирование хладагента с промежуточным отбором пара, казалось бы, должно дать определённый эффект, но при реализации возникают сложности практического характера. Разность давлений между ближайшими изобарами может составлять небольшое значение, которое не обеспечит требуемую подачу жидкого хладагента, работу соленоидного вентиля на линии подачи жидкого хладагента и эффективную работу компрессора. Отсутствие в составе установки линейного и дренажного ресиверов не исключает того, что их функции должен выполнять другой аппарат и его вместимость увеличивается в расчете на совмещение функций. Промежуточные температуры, совпадающие с температурами кипения, не всегда являются оптимальными, обеспечивающими минимальный расход ресурса при многоступенчатом сжатии .
Таким образом, для проектирования принимаем компаундную двухзвенную схему холодильной установки на четыре температуры кипения.
Способы охлаждения в зависимости от вида охлаждающей среды делятся на непосредственное охлаждение и на охлаждение жидким хладоносителем (косвенное охлаждение).
При непосредственном охлаждении теплота, воспринимаемая охлаждающими приборами, передается непосредственно кипящему в них хладагенту. При охлаждении хладоносителем теплота в охлаждающих приборах передается промежуточной среде - хладоносителю, с помощью которого она переносится к хладагенту, находящемуся в испарителе холодильной установки, обычно расположенном на некотором удалении от охлаждаемого объекта.
При этом способе охлаждения отвод теплоты от охлаждаемого объекта вызывает повышение температуры хладоносителя в охлаждающих приборах без изменения его агрегатного состояния.
Области применения того или иного способа определяются их особенностями, оказывающими влияние на технологический процесс, а также экономическими показателями.
Холодильная установка при непосредственном охлаждении проще, т.к. в ней отсутствуют испаритель для охлаждения хладоносителя и насос для его циркуляции. Вследствие чего эта установка требует меньших первоначальных затрат по сравнению с установкой косвенного охлаждения, а также меньших затрат электроэнергии.
В то же время способу непосредственного охлаждения присущи и серьезные недостатки, а именно:
Имеется опасность попадания холодильного агента в помещения (аппараты) при нарушениях плотности системы. Опасность для людей значительно увеличивается при применении токсичных хладагентов, например аммиака.
Даже при использовании более безопасных хладагентов, таких как хладоны, применять непосредственное охлаждение помещений, в которых может находиться большое количество людей, нежелательно.
Такое соотношение достоинств и недостатков обеих систем долгое время не давало преобладающих преимуществ ни одной из них.
Однако, в связи с появлением и широким применением автоматического регулирования подачи хладагента в приборы охлаждения, преимущество получили холодильные установки с непосредственным охлаждением как более экономичные по капитальным и эксплуатационным затратам и более долговечные.
В зависимости от вида охлаждающих приборов и способа организации циркуляции воздуха в охлаждаемом помещении бесконтакное охлаждение с передачей теплоты через воздух подразделяют на системы батарейного охлаждения (при использовании батарей - охлаждающих приборов со свободным движением воздуха), воздушного охлаждения (при использовании воздухоохладителей - охлаждающих приборов в вынужденным движением воздуха) и смешанного охлаждения (при использовании батарей и воздухоохладителей).
Система воздушного охлаждения характеризуется вынужденным движением воздуха в помещении и значительно большими его скоростями, доходящими в отдельных устройствах до 10м/с.
При воздушном охлаждении воздух лучше перемешивается, вследствие чего резкой разницы температуры и влажности воздуха по объему не наблюдается.
Более высокие скорости воздуха, свойственные системам воздушного охлаждения, интенсифицируют процесс теплообмена как между охлаждаемым телом и воздухом, так и между воздухом и охлаждающими приборами (коэффициент теплоотдачи при воздушном охлаждении возрастает в среднем в три - четыре раза). Благодаря этому сокращается время охлаждения и тем самым уменьшается время технологической обработки.
Преимущества, присущие холодильным системам с воздухоохладителями очевидны, поэтому в проекте применена непосредственная децентрализованная схема охлаждения, в качестве приборов охлаждения выбраны воздухоохладители.
Подача холодильного агента к дросселирующим устройствам происходит за счет разности давлений нанизкой и высокой сторонах давления холодильной установки.
Применение децентрализованной системы охлаждения камер имеет ряд преимуществ перед централизованной системой охлаждения, таких как:
- - независимость охлаждаемых объектов друг от друга;
- - более надежная работа, установление точного температурного режима;
- - уменьшение количества оборудования и протяженности трубопроводов;
- - возможность применения агрегатированных холодильных машин и их более высокая надежность за счет упрощения и сокращения объема монтажных работ;
- - высокая заводская степень готовности оборудования к монтажу.
