КОНДЕНСАТОРЫ

 

Конденсатор - это теплообменный аппарат, в котором происходит охлаждение и конденсация паров хладагента, поступающих из компрессора, за счет передачи теплоты охлаждающей среде (воде или воздуху).

Пар конденсируется при соприкосновении его с охлаждающей средой через стенку, температура которой ниже температуры насыщения пара, соответствующей давлению в аппарате.

По виду охлаждающей среды различают конденсаторы с водяным, воздушным и водовоздушным охлаждением.

Конденсаторы с водяным охлаждением по конструкции разделяют на кожухотрубные (горизонтальные и вертикальные), кожухозмеевиковые и элементные. Конденсаторы с воздушным охлаждением бывают с принудительным и естественным (за счет разности плотностей) движением воздуха. Конденсаторы с водовоздушным охлаждением разделяют на оросительные и испарительные.

В судовых холодильных установках наибольшее распространение получили горизонтальные кожухотрубные и кожухозмеевиковые конденсаторы, охлаждаемые забортной водой, и воздушные конденсаторы с принудительным движением воздуха. На береговых холодильных установках средней и крупной холодопроизводительности, кроме выше перечисленных, применяют также вертикальные кожухотрубные и испарительные конденсаторы.

Горизонтальный фреоновый кожухотрубный конденсатор, рис.24, состоит из стальной обечайки (корпуса) 1 с приваренными по концам латунными трубными решетками 2. Трубные решетки могут быть и стальными с наплавленным слоем меди 3 или залитые эпоксидной смолой для защиты от коррозии. Трубки 6 из мельхиора (медно-цинкового сплава, содержащего 70% меди и 30 % никеля) или меди имеют с наружной стороны накатанные ребра.

 

 

 

 

 

Рис.24. Фреоновый кожухотрубный конденсатор

 

Концы теплообменных трубок 6 развальцованы в трубных решетках. По трубкам протекает забортная вода, а межтрубное пространство заполнено паром конденсируемого хладагента, поступающего из компрессора.

Трубные решетки через резиновые прокладки закрываются бронзовыми крышками 4 с перегородками, изменяющими направление движения воды по трубкам конденсатора. Скорость воды в трубках достигает 2,5 м/с, что обеспечивает высокую интенсивность теплопередачи. На одной из крышек в ее верхней и нижней частях имеются пробки 5 для выпуска воздуха ( верхняя ) и воды (нижняя) из водяной полости конденсатора.

Пар в конденсатор поступает сверху через патрубок 7. Сконденсированный жидкий фреон собирается в сборнике жидкости 12, расположенном в нижней части конденсатора, откуда через запорный вентиль 11 поступает в

жидкостной трубопровод. На верхней части корпуса конденсатора установлены

 

предохранительный клапан 8, клапан 9 для спуска воздуха и угловой клапан 10 для присоединения манометра.

Горизонтальные аммиачные кожухотрубные конденсаторывсех конструкций с водяным охлаждением отличаются от фреоновых тем, что в них применяют стальные трубные решетки и гладкие стальные цельнотянутые трубы, так как аммиак агрессивен к цветным металлам.

Сборник жидкого хладагента в аммиачном конденсаторе одновременно является и маслоотстойником, из него масло выпускают через клапан, расположенный в нижней части сборника. В судовой конструкции конденсатора предусмотрены два сборника жидкого хладагента, которые расположены в противоположных концах конденсатора. Такое расположение сборников обеспечивает постоянный отвод жидкости при крене и дифференте судна. Жидкий хладагент сливается в линейные ресиверы, представляющие собой горизонтальные цилиндрические сосуды, устанавливаемые, как правило, ниже конденсаторов. Установка ресиверов улучшает условия теплообмена в нижних рядах трубок конденсаторов (трубки при этом не затапливаются жидким агентом). Кроме того, ресивер обеспечивает бесперебойную подачу жидкого хладагента к регулирующим вентилям.

При отсутствии ресиверов у конденсаторов небольшой производительности делают сборники жидкости увеличенной емкости.

Подвод пара в конденсатор судовой конструкции осуществляется через коллектор, расположенный сверху над корпусом и соединенный с ним несколькими патрубками.

На верхней части корпуса конденсатора, рис.25 ,установлены манометр 3 и предохранительный клапан 2, а также штуцеры для присоединения уравнительной линии 1 к ресиверу и к воздухоотделителю 4. Воздух и неконденсирующиеся газы следует удалять из конденсатора в месте их наибольшей концентрации, т.е. с противоположной стороны корпуса по отношению к подаче пара. Масло скапливается в нижней части маслоотстойника 7, откуда периодически удаляется. Для наблюдения за уровнем жидкого аммиака конденсатор снабжен указателем уровня 8 со стеклом Клингера. В верхней части одной из крышек имеется кран 5 для выпуска воздуха из водяного пространства, а в нижней части кран 6 для слива воды.

Для защиты трубок, трубных решеток и крышек от коррозионного воздействия морской воды крышки конденсатора снабжены протекторами из цинка или магниевого сплава МЛ-4 либо алюминиевого сплава АМц-15-10. Процесс защиты от коррозии происходит следующим образом. При контакте двух металлов, погруженных в электролит (морскую воду), создается гальваническая пара из металла конструкции и протектора. В результате электролитической диссоциации активный металл протектора, являющийся анодом, разрушается, а основной металл-катод сохраняется.

 

 

 

 

 

Рис.25. Горизонтальный аммиачный кожухотрубный конденсатор

 

 

Кожухозмеевиковые конденсаторы на судах в основном применяют в составе компрессорно-конденсаторных агрегатов холодильных установок провизионных кладовых. Конденсатор состоит из кожуха, изготовленного из цельнотянутой стальной трубы. С одной стороны к кожуху приварено глухое сферическое донышко, с другой - фланец. К фланцу крепятся стальная трубная решетка с развальцованными в ней концами восьми U-образных оребренных медных трубок и водяная крышка с внутренними перегородками.

По трубкам проходит охлаждающая вода. Нижняя часть кожуха конденсатора является сборником жидкого хладагента - ресивером. В стенке кожуха установлена предохранительная легкоплавкая пробка, которая при температуре 70°С расплавляется, в результате этого внутренняя часть кожуха конденсатора соединяется с атмосферой. Таким образом, предотвращается разрушение аппарата из-за чрезмерного повышения давления конденсации.

Вертикальные кожухотрубные конденсаторы применяют на береговых крупных аммиачных холодильных установках, изготовляют их с поверхностью охлаждения от 50 до 250 м². Конденсатор,рис.26,состоит из вертикального цилиндрического кожуха 1 с приваренными по торцам трубными решетками 2, в которые ввальцованы стальные цельнотянутые трубы 3. Над конденсатором установлен водораспределительный бак 4, в который насосом подастся вода. Из водораспределительного бака вода с помощью особых насадок 5 винтообразно стекает тонким слоем по внутренним поверхностям труб в водоприемный бак, расположенный под конденсатором. Пар подается в верхнюю часть кожуха, жидкость отводится снизу. Конденсатор имеет патрубки для присоединения уравнительной линии 6 от ресивера, манометра 7, предохранительного клапана 8, воздухоотделителя 9, указателя уровня 10. Эти конденсаторы обычно устанавливают вне машинного отделения. К их преимуществам относятся: свободное стекание жидкости и масла по трубам, меньшая загрязняемость вертикальных труб маслом и водяным камнем, а следовательно, относительная легкость очистки труб, компактность. Недостатком конденсаторов является то, что при отсутствии противотока движения воды и хладагента невозможно охладить жидкий агент ниже температуры конденсации.

 

 

 

Рис.26. Вертикальный кожухотрубный конденсатор

 

Испарительные конденсаторы применяют в аммиачных и фреоновых холодильных установках, средней и крупной производительности.

Эти конденсаторы,рис.27,представляют собой систему трубчатых змеевиков 5, расположенных в металлическом кожухе 2. Пар подается в змеевики сверху, а образующаяся жидкость снизу отводится в ресивер. Над змеевиками размещены трубы с форсунками 4, через которые разбрызгивается вода, орошающая поверхность труб. Навстречу воде вентилятор 1 засасывает воздух через окна, расположенные в нижней части кожуха. При соприкосновении с змеевиком и воздухом часть воды испаряется и охлаждается, благодаря чему температура воды ,стекающей в поддон ,остается постоянной, поэтому без дополнительного охлаждения из нижней части кожуха поддона 6 вода слова насосом подается для орошения змеевиков. Капли воды, захваченные воздухом, улавливаются в водоотделителе 3.

 

 

 

Рис.27. Испарительный конденсатор

 

Выше водоотделителя находится форконденсатор, в котором тепло от рабочего тела отводится воздухом, выходящим из водоотделителя. После форконденсатора воздух через конус отсасывается вентилятором 1 и выбрасывается в атмосферу.

Пары хладагента после компрессора нагнетаются в форконденсатор, затем охлажденный пар поступает в маслоотделитель (на рисунке не указан) и далее подводится к основной поверхности конденсатора 5.

Использование испарительных конденсаторов обеспечивает некоторую экономию воды и электроэнергии.

Недостатком этих конденсаторов является быстрое загрязнение, нарастание водяного камня на наружной поверхности труб, особенно оребренных, и сложность их очистки. В связи с этим добавляемая вода должна быть особенно чистой.

Воздушные конденсаторы с принудительной циркуляцией чаще всего применяют в малых фреоновых холодильных машинах, в которых водяное охлаждение нецелесообразно ,так как усложняет и удорожает эксплуатацию, а также вызывает необходимость монтажных работ по подводу и отводу воды.

 

Для крупных холодильных установок такие конденсаторы целесообразны при температуре наружного воздуха не выше 30 °С и большой стоимости охлаждающей воды.

Принудительное движение воздуха создается вентиляторами, которые интенсифицируют отвод теплоты от конденсатора. Для этой же цели наружную поверхность теплообменных трубок, обдуваемых воздухом, делают ребристой.

Конструкции конденсаторов с принудительным движением воздуха в основном одинаковы. Конденсатор состоит из двух и более секций, соединенных параллельно с помощью коллекторов. Секции изготовляют из прямых или U-образных трубок, на которые насажены общие ребра (стальные или алюминиевые). Стальные или медные трубки секции соединяют калачами. Секции для защиты от коррозии и обеспечения плотного контакта между стальными трубками и ребрами оцинковывают. Надежный контакт между медными трубками и алюминиевыми ребрами достигается протяжкой через трубку стального шарика диаметром на 0,5 - 0,6 мм больше внутреннего диаметра трубки;

На рис.28 показан фреоновый конденсатор с воздушным охлаждением. Конденсатор состоит из пяти секций, изготовленных из медных трубок и стальных ребер толщиной 0,5 мм. Оребренные трубки секции соединены между собой в плоский змеевик с помощью калачей 1. Секции соединены паровым 4 и жидкостным 3 коллекторами. Пар из компрессора подается в коллектор 4 сверху, а жидкий хладагент отводится через коллектор 3 снизу. Секции конденсатора закреплены в кожухе 2, который имеет диффузор 5 для равномерного обдува секций воздухом.

Конденсаторы со свободным движением воздуха применяют в домашних холодильниках. По конструкции они бывают проволочно - трубными и листотрубными. Проволочно-трубный конденсатор состоит из змеевика, к которому с обеих сторон приварены ребра из стальной проволоки диаметром 1-2,5 мм.

Листотрубные конденсаторы выполняются щитовыми и прокатно - сварными. Листотрубный щитовой конденсатор состоит из змеевика, который приварен или припаян к металлическому листу, заменяющему сплошное ребро. Листотрубный прокатно-сварной конденсатор изготовляют из двух алюминиевых листов, сваренных прокаткой в горячем состоянии. Не сваренными остаются ранее размеченные специальным составом участки, которые после того, как их раздули жидкостью или воздухом под давлением 4 - 10 МПа, принимают форму каналов.

 

 

 

Рис.28. Фреоновый конденсатор с воздушным охлаждением