Повышение эффективности и энергосбережения в холодильных машинах



Интенсификация теплообмена в конденсаторах холодильных машин дала возможность увеличить её производительность и уменьшить расход электрической энергии.

В химической промышленности Республики широко используется холодильные и криогенные системы. В этих системах большую часть оборудования занимают теплообменные аппараты различных видов.

Характерной чертой развития народного хозяйства является постоянный рост его энергетической базы, энерго-ресурсосбережения технологических процессов и оптимизация теплообменных процессов и систем. Экономия расходов топливно-энергетических ресурсов может быть достигнута как за счёт интенсификации процессов теплообмена в теплообменной аппаратуре, так и в результате рационального использования вторичных энергоресурсов [1].

Наиболее приемлемым и эффективным методом интенсификации является использование накатанных труб в теплообменных аппаратах (рис.1). Применение труб с кольцевыми канавками (накатанных труб) позволяет интенсифицировать теплообмен, как с наружной, так и с внутренней стороны трубы [2,3,4,5].

Исследование интенсификации теплообмена при конденсации рабочих веществ на трубах с кольцевыми канавками, а также анализ работы холодильной установки с эффективным конденсатором представляет как научный, так и широкий практический интерес.

Рис. 1. Продольный разрез накатанной трубы

Для проведения исследований в Ташкентском государственном техническом университете была создана специальная экспериментальная установка. Она представляет собой одноступенчатую холодильную машину на базе поршневого компрессора КСТ-3,2 с системами подачи воды в конденсатор типа «труба в трубе» и хладоносителя в испаритель типа «труба в трубе».

Для определения эффективности конденсатора с накатанной трубой, исследования холодильной установки сначала проводились над гладкотрубным конденсатором. Затем гладкотрубный конденсатор был заменён на конденсатор с накатанной трубой со следующими геометрическими показателями: 0.93; 0.7.

После обработки опытных данных определялись холодопроизводительность установки Q_o и электрическая мощность компрессора N_эл.

Холодопроизводительность и электрическая мощность компрессора представлены на рис. 2 и рис.3 в виде зависимостей и . Для выявления эффективности конденсатора с накатанной трубой на этих же рисунках приводятся данные установки полученные с гладкотрубным конденсатором. Сравнение этих параметров показало:

— Холодопроизводительность установки, в которой применён конденсатор с накатанной трубой, на 2  7 % выше холодопроизводительности установки с гладкотрубным конденсатором.

Рис. 2. Изменение холодопроизводительности установки от температуры кипения. При числе Рейнольдса воды: 1 — Re _в = 1600; 2 — Re _в = 7600; □ — конденсатор с гладкой трубой; ○ — конденсатор с накатанной трубой.

— За счёт применения накатанной трубы в конденсаторе электрическая мощность, потребляемая компрессором, снизилась на 3  7,5 % при Re_в = 1600 7600.

Получение такого положительного эффекта связано с понижением температуры конденсации установки при применении в конденсаторе накатанной трубы вместо гладкой.

Рис. 3. Изменение электрической мощности компрессора от температуры кипения. При числе Рейнольдса воды: 1 — Re _в = 1600; 2 — Re _в = 7600; □ — конденсатор с гладкой трубой; ○ — конденсатор с накатанной трубой

Применение в конденсаторе накатанной трубы вместо гладкой позволило не только увеличить холодопроизводительность установки, но и дало возможность экономить расход воды через аппарат, что непосредственно приводит к экономии энергии на перекачку этой воды. Это наглядно видно на рисунке 4. В нём изображено зависимость холодопроизводительности от расхода воды в конденсаторе .

Рис.4. Зависимость холодопроизводительности установки от расхода воды в конденсаторе: □ — конденсатор с гладкой трубой; ○ — конденсатор с накатанной трубой.

К примеру, для получения холода 0.78 кВт при температуре кипения - 11 ^оС на установке с гладкотрубным конденсатором расход воды должен быть 180.72 кг/час, а на установке, где применяется конденсатор с накатанной трубой, это значение равно 48,6 кг/час, что в 3,72 раза меньше.

Заключение

Наиболее приемлемым и эффективным методом интенсификации является использование накатанных труб в теплообменных аппаратах. Применение труб с кольцевыми канавками (накатанных труб) позволяет интенсифицировать теплообмен, как с наружной, так и с внутренней стороны трубы.

Применение труб с кольцевыми канавками в конденсаторе холодильных машин позволяет увеличить холодопризводительность машины и уменьшить потребление энергии в компрессоре.

Литература:

1. Кафаров В. В., Мешалкин В. П., Гурьева Л. В. Оптимизация теплообменных процессов и систем. — М.: Энергоатомиздат. 1988. — 192с.
2. Повышение эксергетического КПД водяных конденсаторов холодильных машин путём применения труб с кольцевыми канавками / Муминов А. М., Каримов К. Ф., Азизов Д. Х., Карабаев А. С., Алиев Б. А. // XIII Школа — семинар молодых учённых и специалистов под руководством академика РАН А. И. Леонтьева «Физические основы экспериментального и математического моделирования процессов газодинамики и тепломассообмена в энергетических установках».Санкт — Петербург. 2001. с. 245–247.
3. Кутателадзе С. С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление. Справоч. пособие. — М.: Энергоатомиздат. 1990. — 397с.
4. Интенсификация процесса теплообмена при пленочной конденсации паров веществ на наружной поверхности горизонтальных накатанных труб / С. Г. Закиров, В. И. Цой, В. В. Галаган, К. Ф. Каримов // Труды I — ой Национальной конференции по теплообмену. Том 8, Москва, 1994 г. с. 218–221.
5. Калинин Э. К. и др. Эффективные поверхности теплообмена. М.: Энергоатомиздат, 1998 г. 408 с.