3.4. Расчет батареи из оребренных труб

Батареи из оребренных труб целесообразно применять в камерах хранения замороженных неупакованных продуктов с целью снижения массовых потерь.

Примем к установке пристенные однорядные змеевиковые 6-трубные батареи из секций СЗГ и СЗХ, характеристика которых приведена в прил. 23. При длине секций 2,75 м общая длина батареи составит 5,5 м, а длина шланга 5,56 = 33 м, что допустимо. Выбираем секции с шагом оребрения 30 мм, тогда поверхность теплообмена секций СЗГ и СЗХ составит 21,5 м² каждая. Поверхность теплообмена одной пристенной батареи равна 43 м². На стенах камеры устанавливаем 15 батарей общей теплообменной по-верхностью F₀ = 43 15= 645 м². Холодопроизводительность установлен-ных пристенных батарей при коэффициенте теплопередачи 3,1 Вт/(м²К) (см. прил. 22) составит

Q_пр = 3,16451010^–3 = 20 кВт.

На долю потолочных батарей остается компенсация теплопритоков в размере Q_п = 23 – 20 = 3 кВт. Требуемая площадь поверхности теплообмена потолочной батареи должна быть не менее F_п =  3000/(410) = 75 м². С целью обеспечения примерно одинакового гидравлического сопротивления пристенных и потолочных батарей выполним потолочную батарею в виде коллекторной из двух секций СК и трех секций СС. Площадь поверхности теплообмена одной 4-трубной батареи составит F_п = 214,3 + 331,9 = = 120,3 м².

Конструкции пристенной и потолочной батарей приведены на рис. 26. Эскиз размещения батарей в камере хранения показан на рис. 27.

Рис. 26. Батареи из оребренных труб:

а – пристенная батарея; б – потолочная батарея

Масса пристенной батареи равна М_пр = 120,5 + 121,3 = 141,8 кг. Масса потолочной батареи составляет М_п = 283,9 + 3181,7 = 712,9 кг. Общая масса батарей из оребренных труб равна М = 141,815 + 1069 = 2840 кг.

Геометрическая вместимость одной пристенной батареи составляет V_пр = 65,5(0,038 – 0,00252)²/4 = 0,028 м³. Геометрическая вместимость потолочной батареи равна V_п = (2,7524 + 634)(0,038 – 0,00252)²/4 =  0,321 м³. Суммарная геометрическая вместимость батарей составит V = 0,02815 + + 0,321 = 0,741 м³.

Рис. 27. Размещение батарей из оребренных труб:

1 – пристенные батареи; 2 – потолочная батарея

Для расчета потерь давления для пристенной батареи, имеющей площадь теплообмена F_пр = 53 м², холодопроизводительность Q_пр = 16/15 = 1,07 кВт, определяем объемный поток пара в батарее V_а = 1,071,2/1343 = 0,00096 м³/с. Затем найдем скорость пара в батарее по уравнению сплошности потока w_а = 0,000964/((0,033 – 2·0,0025)²) = 1,1 м/с.

Потери давления на трение и на местных сопротивлениях

p_тр = 0,03(33 + 512,50,033) 1,21,1²/(2(0,033 – 2·0,0025)) 7 = 162 Па.

Высота батареи равна 1,5 м. Повышение давления в батарее (при нижней подаче аммиака) за счет статического давления хладагента и потерь давления на трение составит р = 1,56789,810,3 + 162 = 3155 Па, а повышение температуры кипения аммиака будет равно 0,5 °С [1].

3.5. Расчет воздухоохладителей

Расчет системы охлаждения с принудительной циркуляцией воздуха начинают с предварительного выбора типа и марки воздухоохладителя, руко-водствуясь его целевым назначением (охлаждение, замораживание, хране-ние продукта), планировкой и размерами камеры. Сначала находится расчет- ное значение площади теплопередающей поверхности воздухоохладителей

F₀ = Q₀/(k₀₀),

где Q₀ – расчетный теплоприток, Вт; k₀ – коэффициент теплопередачи воздухоохладителей, значения которого приведены в прил. 4; ₀ – температурный напор теплообменивающихся сред (обычно ₀ = 6–8 °С, но может быть принято другое технически и экономически обоснованное значение).

Коэффициент теплопередачи воздухоохладителей принимают по прил. 4. Определяется необходимое количество воздухоохладителей, ориенти-руясь на создание равномерного температурного и скоростного полей воздуха в камере хранения. Один воздухоохладитель способен обслуживать один 6-метровый пролет, а дальнобойность струи воздуха L_стр, выходящего из аппарата, может быть определена по эмпирической зависимости

L_стр = 4,6 (hB)^0,5,

где h – расстояние между верхом штабеля и потолком камеры, м; B – шири- на зоны, обслуживаемой одним воздухоохладителем, м.

При этом может потребоваться большая теплопередающая площадь воздухоохладителей из-за ограниченного номенклатурного ряда принятых аппаратов, необходимости периодического оттаивания инея и удаления масла.

Бесканальное воздухораспределение. Принимаются к установке подвесные воздухоохладители серии Я10-АВ2. Считаем, что температура кипения хладагента t = – 30 С. При этих условиях требуется площадь теплообмена воздухоохладителей F_в = 23000/(1110) = 209 м².

Возможны два варианта размещения воздухоохладителей в камере. Вариант с использованием воздухоохладителей Я10-АВ2-50 показан на рис. 28, а с воздухоохладителями Я10-АВ2-100 – на рис. 29. В первом варианте установленная площадь теплообмена равна 250 м², а во втором – 300 м². Целесообразно принять первый вариант.

Объемная подача воздуха двумя вентиляторами воздухоохладителя Я10-АВ2-50 при частоте вращения 16,7 с^–1 составляет 0,67 м³/с (см. прил. 11). Воздух подается в камеру через выходное отверстие воздухоохладителя размерами 1,4  0,3 м. Скорость воздуха на выходе из воздухоохладителя определяется по уравнению сплошности потока

w = V/S = 0,67/(1,40,3) = 1,6 м/с,

где V – объемная подача воздуха вентиляторами, м³/с; S – площадь выходного сечения воздухоохладителя, м².

Рис. 28. Размещение воздухоохладителей Я10-АВ2-50 в камере хранения:

1 – воздухоохладители

Рис. 29. Размещение воздухоохладителей Я10-АВ2-100 в камере хранения:

1 – воздухоохладители

Минимальное расстояние h = 16,5² /(216) = 2,1 м от верха штабеля до потолка находим из соотношения для определения дальнобойности стес-ненной струи L_стр = 4,6 (hB)^0,5.

Масса установленных воздухоохладителей

М_в = n_вm_в = 5340 = 1700 кг,

где n_в – число воздухоохладителей; m_в – масса одного воздухоохладителя, кг (см. прил. 11)

Геометрическая вместимость воздухоохладителя Я10-АВ2-50 составляет

V_в = n_вv_в = 50,025 = 0,125 м³,

где v_в – вместимость одного воздухоохладителя, м³.

Объем камеры, необходимый для работы системы, определяем исходя из величины отступа от потолка до штабеля ₁ = 2,1 м и отступов от стен до штабеля ₂ = 0,3 м. Объем помещения, занимаемый системой охлаждения равен V_а = 560,32 + 360,32 + 56362,1 = 1162 м³.

Для расчета потерь давления при движении аммиака по батарее воздухоохладителя площадью теплообмена 50 м² и холодопроизводительностью Q_в = 23/5 = 4,6 кВт определяем объемный поток пара по уравнению V_а =  4,61,2/1343 = 0,004 м³/с. Скорость пара в батарее определяется по уравнению сплошности потока w_а = 0,0044/(80,02²) = 1,6 м/с.

Потери давления на трение и на местных сопротивлениях составят

p_тр = 0,03(10 + 512,50,02) 1,21,6²/(20,02)7 = 181 Па.

Высота батареи водухоохладителя равна 0,6 м. Повышение давления в батарее при нижней подаче аммиака за счет статического давления хладагента и потерь давления на трение

p = 0,66789,810,3 + 181=  1378 Па,

а повышение температуры кипения аммиака составит около 0,2 °С.

Величину охлаждения воздуха в воздухоохладителе определим по зависимости

t_в = Q_в /(V_вс_в) = 23/(50,6721,381) = 2,49 °С,

где _в – плотность воздуха при температуре воздуха в камере, С; с_в – удельная теплоемкость воздуха, кДж/(кг·К).

Одноканальное воздухораспределение. Канальное воздухораспределение предполагаем выполнить с использованием воздухоохладителя Я10-АВ-250. По определенной ранее площади поверхности теплообмена достаточно установить один воздухоохладитель, имеющий поверхность теплообмена 250 м². Вариант размещения воздухоохладителя и прокладки канала воздуховода приведен на рис. 30. Объемная подача воздуха двумя вентиляторами воздухоохладителя Я10-АВ2-250 при частоте вращения 16,7 с^–1 составляет 4,86 м³/с (см. прил. 11).

Рис. 30. Размещение воздухоохладителя Я10-АВ2-250:

1 – нагнетательный канал; 2 – воздухоохладители

Принимаем следующую систему воздухораспределения: нагнетательный канал проложен вдоль продольной оси помещения; в каждом пролете предусматриваем с обеих сторон канала по 6 щелевых сопел, которые обслуживают свою сторону помещения. Длина струи в данном случае равна половине ширины помещения за вычетом половины ширины канала.

Минимальное расстояние h = 8,5²/(216) = 0,6 м от верха штабеля до потолка находим из соотношения для определения дальнобойности стесненной струи L_стр = 4,6 (hB)^0,5.

Равномерность распределения воздуха по длине канала можно обеспечить при выполнении двух условий: сечение канала в конце должно составлять 15–30 % от сечения канала в начале и сумма площади воздуховыпускных щелей не должна превышать 60 % от его начального сечения. Принимаем скорость движения воздуха в канале равной 8 м/с. Сечение канала в начале определим из уравнения сплошности

F_к = V/w = 4,86/8 = 0,6 м².

Принимаем размеры канала (ширинавысота): в начале 1  0,6 м и в конце 1  0,15 м. Суммарная площадь воздуховыпускных щелей не должна превышать, по условию, ΣF_щ = 0,6 · 0,6 = 0,36 м². Площадь воздуховыпускных щелей, расположенных в одном 6-метровом пролете с одной стороны канала, составит ΣF_щ1 = ΣF_щ/2 n_пр = 0,36/(25) = 0,036 м². В пролете можно выполнить n_щ = 6 щелей длиной l_ш = 600 мм каждая, оставив 2,4 м на промежутки между ними. Тогда высота щели будет равна b_щ = F_щ1/n_щ1 l_щ1 = = 0,036/3,6 = 0,01 м. Обычно выполняют щели высотой от 10 до 40 мм. Скорость воздуха на выходе из них достигнет w_щ = 4,86/(0,03625) = 13,5 м/с.

Масса воздухоохладителя равна 1570 кг. Геометрическая вместимость воздухоохладителя составляет 0,15 м³.

Объем, необходимый для работы системы, определяем исходя из величины отступа от потолка до штабеля ₁ = 0,6 м и отступов от стен до штабеля ₂ = 0,3 м. Объем помещения, занимаемый системой охлаждения, равен V_а = 560,32 + 360,32 + 56360,6 = 353 м³.

Потери давления при движении аммиака определим для батареи воздухоохладителя, имеющей площадь теплообмена 250 м². Объемный поток пара, образующегося в батарее V_а = 231,2/1343 = 0,021 м³/с. Скорость пара в батарее определяем по уравнению сплошности потока w_а = 0,0214/(160,02²) = 4,1 м/с. Потери давления на трение и на местные сопротивления составят

p_тр = 0,03(20 + 1012,50,02) 1,24,1²/(20,02)7 = 2383 Па.

При высоте батареи воздухоохладителя, равной 1,2 м, повышение давления хладагента в батарее воздухоохладителя (при нижней подаче аммиака) за счет статического давления хладагента и потерь давления на трение составит p = 1,26789,810,3 + 2383 = 4777 Па, а повышение температуры кипения аммиака 0,8 °С.

Величина охлаждения воздуха в воздухоохладителе

t_в = 23/(4,861,381) = 3,42 °С

соответствует рекомендуемому диапазону подохлаждения (2–4 К).