7. Расчет, подбор теплообменных аппаратов и вспомогательного оборудования

Основными теплообменными аппаратами в схемах судовых холодильных установок является конденсаторы, испарители для охлаждения хладоносителя, испарители для охлаждения воздуха, регенеративные теплообменники.

Тепловой расчет любого теплообменного аппарата заключается в определении поверхности теплообмена.

Расчет конденсатора

Конденсатор - аппарат, в котором происходит процесс конденсации перегретого пара хладагента, подаваемого компрессором, за счет охлаждения водой, воздухом.

В судовых холодильных установках наиболее распространенные горизонтальные кожухотрубные и кожухозмеевиковые конденсаторы, охлаждаемые забортной водой, а также воздушные конденсаторы с принудительным движением воздуха (в агрегатах рефконтейнеров, установках кондиционирования воздуха).

Расчет конденсатора предусматривает определение площади тепла обменной поверхности, по которой подбирают марку и количество конденсаторов с суммарной плоскостной поверхности равной расчетной.

Кроме того, определяют расход охлаждающей воды, проходящей через конденсатор и выбирают соответствующую марку насоса.

Расчет испарителя

Испаритель - теплообменный аппарат, в котором кипит холодильный агент за счет теплоты, отбираемой от среды, охлаждается (воздух, рассол, вода) и благодаря чему достигается эффект охлаждения. Согласно рода охлаждающей среды различают испарители для охлаждения промежуточного хладоносителя (кожухотрубные, кожухозмеевиковые) и охлаждения воздуха в рефпомощениях. Испарители для охлаждения воздуха при его вынужденной циркуляции называются воздухоохладителями, а при естественной - батареями непосредственного охлаждения.

На рефрижераторных и транспортных судах с системами непосредственного и воздушного охлаждения для хранения груза в трюмах и провизионных камерах применяют пристенные батареи охлаждения с оребренными трубами, фреоновые воздухоохладители и панельные батареи экранного типа.

Кожухотрубные испарители применяют на рефрижераторных судах с рассольные системами.

Панельные батареи экранного типа представляют собой гладкотрубный батареи с припаянным с одной боковой стороны латунным листом-экраном.

Имея развитую поверхность охлаждения, такие батареи хорошо экранируют груз от проникновения внешних теплопритоков, что приводит к снижению естественной убыли продуктов.

Учитывая некоторые конструктивные особенности испарителей экранного типа и в частности панельных систем, их методика расчета в данной КС не приводится, как и рассольных кожухотрубных.

Расчет испарителя (трубной батареи, воздухоохладителя) заключается в определении теплопередающей поверхности.

Расчет технических параметров холодильной установки для подбора конденсатора, насоса забортной воды и воздухоохладителя

№	Обусловленная ​​величина	Обознач.	Размерн.	Расчетная формула или способ определения	Значение
1	Тепловая нагрузка конденсатора	Qк	кВт	Qк=Q0+G0·(h2-h1)
2	Коэффициент теплопередачи отнесённый к внутренней поверхности трубок	Кк	-	Кк=450…500
3	Коэффициент запаса поверхности (на заглушку части трубок в случае их повреждения)	до	-	до=1,05…1,15
4	Температурный напор	до	°C	до=(t2-t1 )/2,31·lg((tк-t1)/(tк-t2))
5	Охлаждающая поверхность конденсатора	Fк	м2	Fк=1000·Qкк/Кк·к
6	Теплоемкость воды	C	кДж/кг·K
7	Плотность воды		кг/м3
8	Коэффициент запаса подачи насоса		-	=1,05…1,1
9	Необходима подача насоса забортной воды	V	м3/год	V=3600·Qк·/C·(t2-t1)
10	Тепловая нагрузка выпарных батарей	Qвп	кВт	Qвп=(1,05…1,15)·Q0
11	Коэффициент рабочего времени испарительного аппарата	b	Вт/м2·K	b = 0,7…0,8
12	Разница температур воздуха в охлаждаемом помещении и в испарителе	tвп	°C	tвп = t0 - tвп
13	Коэффициент теплопередачи испарительных аппаратов	Квп	Вт/м2·К	С приложения 1
14	Расчетная поверхность испарительных аппаратов	Fвп	м2	Fвп=Qвп·1000/b·Квп ·tвп

Результаты подбора конденсатора и воздухоохладителя заносятся в таблицу:

№	Теплообменный аппарат	Марка		Расчетная формула или способ определения	Значение
1	Марка конденсатора	МКТНР –16		Из учебника Ю.С. Петрова "СУДОВЫЕ ХОЛОДИЛЬНЫЕ МАШИНЫ и УСТАНОВКИ". Таблица 2.12, стр. 141.	-
2	Тип	Хладоновий кожухотрубний			-
3	Площадь поверхности теплообмена	Sконд	м2		10
4	Длина трубок	-	мм		1500
1	Марка воздухоохладителя	МКТНР –16		Из учебника Ю.С. Петрова "СУДОВЫЕ ХОЛОДИЛЬНЫЕ МАШИНЫ и УСТАНОВКИ". Таблица 2.12, стр. 141.	-
2	Тип	Хладоновий кожухотрубний			-
3	Площадь поверхности теплообмена	Sконд	м2		10
4	Длина трубок	-	мм		1500

Расчет регенеративного теплообменника

В регенеративном теплообменнике (РТО) осуществляется теплообмен между жидким холодильным агентом, поступающего из конденсатора в терморегулирующих вентиля (ТРВ) и паром холодильного агента, который отбирает компрессор с испарителя (рис.2.1, а). Этот процесс позволяет осуществить регенерацию тепла в цикле холодильной машины. В процессе теплообмена жидкий хладагент переохлаждается, т.е. температура его снижается по сравнению с температурой конденсации, а пары хладагента перегреваются по сравнению с температурой выпаривания.

Переохлаждение жидкого хладагента уменьшает убытки при дросселировании в ТРВ, что приводит к увеличению холодопроизводительности холодильной машины, а перегревание перед всасыванием гарантирует сухой ход компрессора и улучшает его истинные процессы. Кроме того, перегрев пара вызывает выделение масла возвращается в компрессор.

По конструктивному исполнению теплообменники бывают кожухотрубные и кожухозмеевиковые. По змеевику или трубам проходит жидкий хладагент, а по между трубному пространству - пара.

Теплообменники подбирают по площади теплопередающей поверхности :

,

где Q_то. – тепловая нагрузка (тепловой поток) на теплообменник, кВт;

К – коэффициент теплопередачи теплообменника, Вт/(м²К),

К=180÷300 Вт/(м²К);

Δt_ср. - средняя разность температур в теплообменнике между средней

температурой переохлажденной жидкости t_по.р и средней температурой перегретым пары t_пг.п.

;

t₁, t₄, t₅, t₇ - температура в расчетных точках цикла ^оС (табл. 3.1).

Тепловой поток в теплообменнике определяется из условия теплового баланса, кВт

Q_mо.=G_о(h₄-h₅)=G_о(h₁-h₇),

где G_о – масса циркулирующего хладагента, кг/с;

h₄, h₅ – энтальпия жидкости входит в теплообменник и выходит из него,

кДж/кг;

h₇,hі₁ – энтальпия пары, входящей в теплообменник и выходит из него,

кДж/кг.

Марку и характеристику РТО выбирают по таблице - приложение 3.16.