6.2. Maszyny i aparaty chłodnicze

6.2.1. Sprężarki chłodnicze

W technice chłodniczej znajdują zastosowanie następujące ro­dzaje sprężarek:

• Tłokowe,

• rotacyjne,

• odśrodkowe.

Zależnie od sprężanego czynnika chłodniczego rozróżnia się sprężarki: amoniakalne, freonowe i inne.

Sprężarki tłokowe. W technice chłodniczej stosuje się prze­ważnie dwie grupy sprężarek tłokowych:

1) sprężarki działania obustronnego, bu­dowane przeważnie jako jednocylindryczne w układzie pracy poziomym lub pionowym; liczba obrotów 300÷1000 obr/min,

2) sprężarki działania jednostronnego, bu­dowane jako maszyny wielocylindryczne (a co najmniej dwucy­lindryczne); liczba obrotów nie przekracza przeważnie 350 obr/min.

Sprężarki rotacyjne. Odznaczają się małymi wydajnościami i dużą liczbą obrotów na minutę. Zasada ich pracy polega, tak jak sprężarek tłokowych, na zmianie objętości sprężania, przy czym jest ona wywołana ruchem obrotowym tłoka w cylindrze. Schemat typowej sprężar­ki rotacyjnej przedsta­wia rys. 6-6. Głównymi zaletami sprężarek rota­cyjnych są:

• dobre zrównoważe­nie części ruchowych,

• brak zaworów ssaw­nych.

Do wad sprężarek ro­tacyjnych zalicza się:

- skomplikowaną kon­strukcję,

• małą sprawność spowodowaną znacznymi stratami energii mechanicznej na pokonanie siły tarcia części ruchomych,

• niższy stopień sprężania od osiągalnego w sprężarkach tłokowych.

Rys. 6-6. Schemat rotacyjnej sprężarki freonowej o wydajności 930,4 W

1 - tłok, 2 - cylinder

Sprężarki odśrodkowe. Odznaczają się dużymi wydajnościami (6977 kW) oraz dużą liczbą obrotów (3500÷8000 obr./min). Zasa­da ich pracy polega na zwiększeniu ciśnienia czynnika chłod­niczego wskutek działania siły odśrodkowej (jak w pompach odśrodkowych). Sprężarki odśrodkowe w połączeniu ze skrapla­czem i parownikiem tworzą agregaty chłodnicze (chłodziarki od­środkowe).

6.2.2. Aparaty chłodnicze

Skraplacze. Zależnie od rodzaju czynnika chłodniczego skra­placze chłodzi się wodą lub powietrzem.

Poziomy skraplacz płaszczowo-rurowy (rys. 6-7) składa się z rury 1 tworzącej płaszcz oraz z umieszcza­nej wewnątrz niej wiązki rurek 3. Rurki zawalcowane są w otwo­rach den sitowych 2 przyspawanych do płaszcza. Woda chłodząca przepływa wewnątrz rurek, skraplanie zaś czynnika chłodniczego odbywa się w przestrzeni między rurkami a płaszczem skraplacza. ­

Rys. 6-7. Poziomy skraplacz płaszczowo-rurowy

1 - płaszcz, 2 - dno sitowe, 3 - rurki, 4 - pokrywy, 5 - przegrody, 6 - króćce dopływu i odpływu wody chłodzącej, 7 - króciec dopływu parowego czynnika chłodzącego, 8 - króciec odpływu ciekłego czynnika chłodniczego

Wyloty rurek są zamknięte z obu stron pokrywami 4 za­opatrzonymi w przegrody 5, zmieniające kierunek przepływu wody chłodzącej. Skraplacze poziome stosuje się zarówno w chłodziarkach o małych jak i dużych wydajnościach chłodni­czych.

Pionowy skraplacz płaszczowo-rurowy (rys. 6-8) stosuje się w chłodziarkach o dużych wydajnościach chłod­niczych. Podobnie jak poprzednio omówiony typ skraplacza, pio­nowy skraplacz płaszczowo-rurowy składa się z rury tworzącej płaszcz oraz wiązki rurek. Para czynnika chłodniczego jest doprowadzana w górnej części skraplacza do przestrzeni między rurkami a płaszczem. Czynnik skroplony spływa do dolnej części skraplacza, skąd przez króciec odpływa na zewnątrz.

Rys. 6-8. Skraplacz pionowy płaszczowo-rurowy [21]

1 - poziomowskaz, 2 - zawór bezpieczeństwa, 3 - kątowy zawór odcinający, 4 - zawór trójdrogowy, 5 - spust oleju, 6 zawór odcinający iglicowy

Wodę chłodzącą doprowadza się do pokrywy żeliwnej zamy­kającej wylot rurek, przez które przepływa. Po odebraniu od czynnika chłodniczego ciepła skraplana woda jest kierowana da­lej wprost do kanalizacji lub do wieży chłodniczej, gdzie po ochłodzeniu wraca do skraplacza.

Skraplacze ociekowe (rys. 6-9) stosuje się wyłącznie w chłodziarkach o średnich lub małych wydajnościach. Skrapla­cze ociekowe wykonuje się z rur wygiętych w kształcie wężow­nicy. Woda chłodząca spływa na wężownice z umieszczonych nad nimi korytek. Korytka zasila się ze wspólnego zbiornika rozdziel­czego. Część ciepła, jaką woda chłodząca odbiera czynnikowi chłodniczemu, jest oddawana powietrzu otaczającemu skraplacz. Z wężownic woda spływa do umieszczonych pod nimi tac, skąd dalej do kanalizacji lub jest pompowana do zbiornika rozdziel­czego. Para czynnika chłodniczego dopływa do dolnej gałęzi wę­żownicy, zaś skroplony czynnik jest odbierany z najwyżej poło­żonej rury oraz z kilku miejsc rozmieszczonych na całej wyso­kości wężownicy. Taki sposób odbioru skroplin uniemożliwia zalanie nimi wężownic, a więc zabezpiecza przed zmniejszeniem czynnej powierzchni chłodzącej rur.

Rys. 6-9. Skraplacz ociekowy

Je­żeli wodę chłodzącą opusz­czającą tacę wykorzystuje się ponownie do chłodzenia, to w celu obniżenia jej temperatury do zbiornika rozdzielczego tłoczy się pewną ilość świeżej wody, wytworzony zaś nadmiar wody odprowadza się przez przelew do kanalizacji.

Skraplacze wypar­ne (rys. 6-10) stosuje się w chłodziarkach o małej ­wydajności.

Rys. 6-10. Schemat skraplacza wypar­nego [13]

1 - wężownica skraplacza, 2 - dysze rozbryzgowe, 3 - pompa, 4 - wentylator, 5 - odkraplacz, 6 - zbiornik skroplin

W skraplaczu tego typu woda chłodząca rozpylona w dyszach zrasza wężownice wykonane z rur gładkich lub ożebrowanych. Jednocześnie wen­tylator tłoczy powietrze. Ciepło skraplania jest odbierane przez wodę, która z kolei przekazuje je powietrzu i jednocześnie sama się ochładza. Skraplacze ociekowe instaluje się w pomieszcze­niach zamkniętych. Odznaczają się one małym wydatkiem wody.

Parowniki. Ze względu na rodzaj czynnika chłodzonego roz­różnia się parowniki do chłodzenia cieczy (chłodziw) oraz parowniki do chłodzenia powietrza.

W parownikach do chłodzenia cieczy czynnik chłodniczy pa­rujący w niskiej temperaturze pobiera ciepło od chłodziwa, które krążąc w bateriach ochładzających, usytuowanych w komorze chłodniczej, pobiera ciepło od otoczenia. Chłodziwo spełnia więc zadanie pośrednika w wymianie ciepła między powietrzem ko­mory chłodniczej a parownikiem.

Parowniki do chłodzenia powietrza pobierają ciepło bezpo­średnio od środowiska chłodniczego i są w nim umieszczone. Parowniki płaszczowo-rurowe (rys. 6-11) mają konstrukcję podobną do poziomych skraplaczy płaszczowo-ruro­wych (patrz rys. 6-7).

Rys. 6-11. Parownik płaszczowo-rurowy [13]

1 - kołpak, 2 - zawór pływakowy, 3 - zawory odcinające, 4 - zbiorniczek gromadzenia oleju, 5 - spust oleju

Ciekły czynnik chłodniczy jest odprowa­dzany do parownika przez zawór pływakowy utrzymujący stały poziom czynnika parującego, wytworzona zaś para jest odprowa­dzana z przyspawanego do górnej części płaszcza kołpaka. Ozię­biane chłodziwo cyrkuluje wewnątrz wiązki rurek.

Parowniki rurowe wykonuje się z jednej lub kilku baterii ukształtowanych z rur w różnorodny sposób (rys. 6-12). Czynnik chłodniczy przepływa zawsze wewnątrz rur. Parowniki jednorzędowe (rys. 6-12a) stosuje się wyłącznie jako przyścienne do bezpośredniego chłodzenia powietrza w komorach chłodni­czych. Parowniki przedstawione na rys. 6-12b, c i e stosuje się wyłącznie do chłodzenia cieczy (parowniki stromo-rurowe). Do chłodzenia zarówno cieczy, jak i powietrza znajdują zastosowa­nie parowniki podane na rys. 6-12d i f.

Przyścienny parownik dwurzędowy (rys. 6-13) może pracować jako parownik; wówczas przepływający przez rury czynnik chłodniczy bezpośrednio pobiera ciepło z oto­czenia, lub jako bateria ochładzająca, a wtedy ciepło z otoczenia odbierane jest przez chłodzone w parowniku płasz­czowo-rurowym (patrz rys. 6-11) chłodziwo przepływające przez rury.

Rys. 6-12. Schematy parowników rurowych [21]

Pionowy parownik stromo-rurowy (rys.6-14) składa się z kilku baterii połączonych ze sobą równolegle, ukształtowanych jak na rys.6-12, i zanurzonych w zbiorniku z chłodziwem 1.

Rys. 6-13. Przyścienny parownik dwurzędowy [13]

Każda bateria składa się z dwóch rozdzielaczy: dolnego 2 i górnego 3 oraz szeregu pionowych, z lekka wygiętych rurek łączących oba rozdzielacze. Doprowadzony przewodem 4 ciekły czynnik chłodniczy zalewa rozdzielacze dolne i prawie cał­kowicie rurki pionowe. Ciepłe chłodziwo z komór chłodniczych spływa do zbiornika, gdzie stale obracające się mieszadło prze­tłacza je między rurkami. Stykając się z zimnymi powierzchnia­mi baterii chłodziwo ochładza się i przez króciec 5 powraca do komór chłodniczych. Wytwarzającą się parę czynnika chłod­niczego zasysa sprężarka przez .króciec 6 połączony z rozdzie­laczem górnym 3. Do osuszenia pary uchodzącej z górnych roz­dzielaczy przy każdym z nich instaluje się osuszacz 7, w któ­rym oddzielająca się ciecz spływa rurką 8 do rozdzielacza dol­nego 2.

6.2.3. Aparaty pomocnicze

Do aparatów pomocniczych chłodziarek zalicza się: ~ odolejacze,

• osuszacze,

• odpowietrzniki,

• przechładzacze.

Odolejacze (rys. 6-15) służą do wytrącania oleju unoszo­nego przez parowy czynnik chłodniczy, dzięki czemu olej nie osiada na powierzchniach wymienników. Obecność oleju na po­wierzchniach wymienników w znacznym stopniu zmniejsza ich wydajność. Odolejacze montuje się na przewodzie tłocznym mię­dzy sprężarką a skraplaczem. Oddzielenie oleju w odolejaczu na­stępuje na skutek nagłej zmiany :kierunku przepływu pary, z jed­noczesnym zmniejszeniem jej prędkości (do 1 m/s). Odolejacz (rys. 6-15) ma kształt pionowego lub poziomego cylindra. Para doprowadzana do znajdującego się z boku króćca, jest odprowa­dzana przez króciec górny po uprzednim usunięciu resztek oleju na warstwie filtrującej z pierścieni Raschiga 1. Oddzielony olej spływa do dolnej części odolejacza, skąd jest odprowadzany do sprężarki lub zbiornika oleju. W celu poprawienia skuteczności odolejania dolna część odolejacza jest zaopatrzona w płaszcz 2 (rys. 6-15), przez który przepływa woda chłodząca. Przepływ wody przez płaszcz powoduje skraplanie się par oleju, których pewna ilość zawsze znajduje się w parze czynnika chłodni­czego.

Osuszacze (rys. 6-18) stosuje się w celu uzyskania suchego obiegu chłodniczego, gdyż para wychodząca z parownika unosi ze sobą pewną ilość ciekłego czynnika chłodniczego.

Zasada działania osuszacza jest podobna do odolejacza. Wy­dzielenie z pary czynnika ciekłego następuje także wskutek zmia­ny kierunku przepływu oraz zmniejszenia prędkości do 1- 0,8 m/s. Osuszacze z reguły instaluje się przy parownikach.

Odpowietrzniki (rys. 6-17) usuwają powietrze, które może przeniknąć do urządzenia podczas jego remontu lub pracy przy niskim ciśnieniu parowania (ze względu na podciśnienie powsta­jące wówczas w urządzeniu. Obecność powietrza pogarsza pracę chłodziarki wskutek zmniejszenia wydajności cieplnej w wy­mienniku, podwyższenia temperatury i ciśnienia skraplania, zwiększenia zapotrzebowania energii elektrycznej itp.

Rys. 6-17. Odpowietrznik (21)

1 - dopływ czynnika ciekłego z zaworu dławiącego, 2 - do parownika, 3 - mie­szanina pary i powietrza,

4 - odprowadzenie pary skroplonej, 5 - odprowadzenie powietrza

Usuwa­nie powietrza z chłodziarek może odbywać się przez odkręcenie zaworów odpowietrzających zamontowanych w miejscach gro­madzenia się powietrza lub za pomocą odpowietrzników instalo­wanych oczywiście w tych samych miejscach.

Przechładzacze (rys. 6-18) służą do chłodzenia ciekłego czyn­nika chłodniczego przed wlotem do zaworu redukcyjnego. Prze­chładzacze buduje się jako wymienniki ciepła. Chłodzenie czyn­nika chłodniczego osiąga się stosując różnorodne czynniki chło­dzące. W konstrukcji przedstawianej na rys. 6-18 ochłodzenie osiąga się dzięki parze czynnika przepływającej z parownika do sprężarki. Para przegrzewa się pobierając w wymienniku ciepło od cieczy ochłodzonej.

Rys. 6-18. Przechładzacz

1 - wlot czynnika ciekłego, 2 - wlot pary czynnika, 3 - wylot czynnika ciekłego, 4 - wylot pary czynnika

1

21

---