Тема: изучение различных типов систем охлаждения.

Цель работы:

1. Ознакомление с судовыми системами охлаждения.

2. Ознакомиться с организацией систем охлаждения и их обвязкой.

Теоретическая часть:

Классификация судовых систем охлаждения и их сравнительная оценка.

Система охлаждения - это совокупность приборов охлаждения и способов отвода тепла из помещения.

Различают системы непосредственного, рассольного и воздушного охлаждения. В первых двух системах охлаждающие приборы размещаются непосредственно в охлаждаемом помещении. Для воздушной системы свойственно выносить приборы охлаждения за приделы трюма, камеры.

При правильном выборе системы охлаждения улучшаются условия сохранения груза, использование грузоподъемности судна, повышается экономичность и безопасность работы холодильной установки и др.

Любая система охлаждения должна обладать универсальностью, т.е. пригодностью для перевозки разных грузов, хорошей эффективностью отвода тепла из помещения и достаточной тепловой аккумуляционностью, экономичностью, малыми размерами и весом приборов охлаждения, безопасностью для людей и грузов, надежностью в работе, простотой и удобством эксплуатации. При этом необходимо обеспечить:

-автоматическое регулирование заполнения приборов охлаждения хладагентом или питание хладоносителем;

-защиту компрессоров от влажного хода;

-соответствие холодопроизводительности компрессоров переменным нагрузкам испарительных систем;

-надежное улавливание масла, уносимого из компрессоров, и по возможности, исключение замасливания теплообменных аппаратов и улавливающих сосудов;

-простоту, надежность и безопасность работы системы.

По способу размещения основного оборудования системы охлаждения можно подразделить на централизованные и децентрализованные.

При использовании центральных систем охлаждения создают общее машинное отделение, в котором размещают компрессоры и компрессорные агрегаты, работающие на различные температуры кипения, а также другое оборудование, являющееся общим для всех испарительных систем.

Концентрация оборудования в общем зале облегчает надзор за ним в течение рабочего дня, если наблюдение требуется постоянно.

Децентрализованное хладоснабжение целесообразно применять там, где есть возможность установить для каждого объекта монотонную, полностью автоматизированную холодильную машину с полной заводской готовностью.

Непосредственное охлаждение (естественная конвекция воздуха).

В такой системе приборами охлаждения являются устанавливаемые по стенкам в камере обдуваемые батареи непосредственного испарения, в которых кипит хладагент. Часто это компактные ребристые испарители, смонтированы вместе с вентиляторами.

Правилами Регистра России система непосредственного охлаждения независимо от хладагента допускается для провизионных камер, если холодильная машина расположена в близи них. Фреоновая система непосредственного охлаждения допускается и для грузовых трюмов в любом случае, аммиачная же только на тех судах где нет пассажиров. Преимущества системы непосредственного охлаждения:

1.Проще и легче холодильная установка (не требует испарителя, насосов и другого оборудования для охлаждения и подачи рассола).

2.помещение охлаждается сразу после включения холодильной машины.

3.Холодопроизводительность 1кг жидкого хладагента (при его кипении) значительно больше 1кг рассола, поэтому применяются трубопроводы меньшего сечения, чем рассольные.

4.Возможность поддержать в холодильной установке более экономичный режим с повышенной температурой кипения по сравнению с рассольным охлаждением (в этом случае температура кипения будет на 5-7 ºС выше, чем при рассольной системе охлаждения при прочих равных условиях).

Недостатки этой системы:

1.более сложное регулирование распределения хладагента по батареям и камерам, чем в рассольной системе;

2.Большая опасность утечек и проникновение хладагента в камеры с продуктами;

3.Отсутствие аккумулирующей способности (относительно быстрый рост температуры в камере после остановки компрессора); это не имеет существенного значения, поскольку основной аккумулятор холода - это груз.

Принципиальная схема непосредственного охлаждения показана на рисунке 1.

Рассольное охлаждение (естественная конвекция воздуха в охолождаемых помещениях). В рассматриваемой системе охлаждения два контура: хладагента и рассола. Рассол, охлаждаемый в испарителе кипящим хладагентом, подается насосами в рассольные батареи, устанавливаемые в трюмах на бортах и под палубой (потолочные батареи).

Рис.1. Система с непосредственным охлаждением.

В последнее время стали применяться панельные рассольные приборы охлаждения, перехватывающие теплоприток через поверхности ограждения.

По правилам Регистра, рассольный трубопровод в каждом рефрижераторном трюме должен иметь не менее двух самостоятельных секций, каждая из которых должна включаться независимо от другой. Длина системы последовательно включенных рассольных батарей не должна быть более 400м:

В качестве хладоносителя используются водные растворы солей: хлористого натрия NaCl, хлористого магния MgCl₂ и хлористого кальция CaCl₂ , а также этиленгликоля и другие растворы, которые остаются жидкими при температуре ниже нуля.

Температура замерзания растворов зависит от концентрации (содержания солей в воде). Однако для каждого из указанных растворов существует своя наинизшая температура замерзания, соответствующая эвтектическому состоянию. Она называется криогидратной температурой (точкой), когда раствор замерзает в виде однородной смеси воды и соли.

Криогидратные температуры и соответствующие им концентрации (в весовых частях соли на 100частей раствора или в процентах) раствор указанных солей NaCl минус 21,2ºС и 23,1%, MgCl₂ минус 33,6ºС и 20,6%, CaCl₂ минус 55ºС и 29,9%.

При охлаждении ненасыщенного рассола, начиная с некоторой температуры замерзания, соответствующей данной концентрации, из него выделяются кристаллы льда при этом концентрация рассола повышается. Это происходит до тех пор, пока не будет достигнута криогидратная точка, и весь рассол не замерзнет.

Если же охлаждать пересыщенный рассол, то из него выпадают кристаллы соли, а концентрация уменьшается в пределе до того же самого состояния эвтектики.

При выборе рассола и его концентрации нужно исходить из того, чтобы температура замерзания рассола была на 8-10ºС ниже наинизшей эксплуатационной температуры кипения хладагента в испарители. Чаще всего используют раствор CaCl₂ , имеющий самую низкую температуру замерзания. Однако излишнее увеличение концентрации рассола вредно, т.к. при этом уменьшается его теплоемкость, повышается плотность и вязкость, что приводит к увеличению расхода энергии на привод рассольного насоса, возрастают затраты соли.

В холодильной технике все более широкое применение получает водный раствор этиленгликоля, обеспечивающий температуру до минус 60ºС. Однако он вызывает коррозию, которая значительно снижается при добавлении в раствор триэтаноламинфосфата.

В последнее время вместо рассолов начинают использовать и другие теплоносители, как например, дихлорметан (фреон Ф-30), имеющий низкую температуру замерзания (-96,7ºС), вязкость мало зависит от температуры и меньшую в 20-40 раз, чем вязкость рассолов. Это обеспечивает меньшие гидравлические сопротивления и расход энергии на циркуляцию рассола в системе.

Рассолы в системах труб вызывают их коррозию, особенно сильную раствор NaCl.

Для предотвращения коррозии в раствор добавляют каустиновую соду из расчета 0.5кг соды на каждые 100кг CaCl₂ или фосфат натрия в количестве 1.6г на литр. Расход рассола (производительность насосов) принимается таким, чтобы температура его в трюме повышалась не более чем на 2-3ºС.

Преимущества рассольного охлаждения:

1.Хорошая аккумуляционная способность.

2.Исключение возможности проникновения хладагента в охлаждаемое помещение.

3.Возможность простой регулировки холодильного режима в разных трюмах.

4.Меньший объем системы хладагента.

Недостатки этой системы:

1.Необходимость поддерживать более низкую температуру кипения хладагента (на 5-7ºС) чем в системе непосредственного или воздушного охлаждения, что снижает холодопроизводительность на 20-28%.

2.Необходимость иметь дополнительное оборудование и дополнительные затраты энергии на насосы.

3.Большая протяженность и большой вес рассольных труб.

4.Большая потребляемая мощность машинно-аппаратного отделения для холодильного оборудования.

Общий недостаток систем непосредственного и рассольного охлаждения - невозможность регулирования влажности воздуха в помещении.

Принципиальная схема рассольного охлаждения проведена на рисунке 2.

Рис.2. Система рассольного охлаждения.

1 – компрессор; 2 – конденсатор; 3 – регуляционный клапан; 4 – рассольный ВО; 5 – охлаждаемое помещение; 6 – испаритель; 7 – рассольный насос.

Воздушное охлаждение (вынужденная конвекция воздуха в охлаждаемом помещении). В такой системе используют специальные тепло-и и влагообменники и воздухоохладители, которые устанавливаются в трюме или вне его. Охлажденный в них воздух подается в трюм, где отепляется и вновь засасывается вентилятором. Преимущества воздушного охлаждения:

1.Интенсивный теплообмен между воздухом и хладагентом или рассолом в испарителе, а также между воздухом и грузом. Этим объясняется меньший вес и габариты теплообменных аппаратов, равномерное распределение температуры по трюму.

2.Хорошие условия для воздухообмена в трюмах и возможность регулировки в них влажности воздуха, что обеспечивает лучшие гигиенические условия хранения груза.

3.Меньший вес и первоначальная стоимость установки, меньшие затраты ценного металла труб.

4.Универсальность системы охлаждения, т.е. возможность перевозить разные грузы.

5.Меньшая емкость системы хладагента.

6.Меньшие затраты энергии на привод компрессоров, так как можно работать при повышенной температуре кипения хладагента в сравнении с рассольной системой.

7.Значительно упрощается оттаивание испарителя - воздухоотделителя.

Недостатки системы воздушного охлаждения:

1.Несколько повышается расход энергии в связи с вентиляторами, которые потребляют 25-30% всей энергии на установку.

2.Увеличивается потребная холодопроизводительность установки из-за повышения утечек холодного воздуха из трюма и присосов теплого атмосферного воздуха, также из-за повышения коэффициента теплоотдачи от стенок трюма к воздуху, имеющему повышенную скорость.

3.Отсутствие аккумуляции холода в системе.

4.Несколько увеличивается усушка мороженых грузов из-за повышенной циркуляции воздуха.

Благодаря существующим преимуществам, несмотря на отмеченные недостатки, воздушные системы охлаждения трюмов получают все большее применение на современных морских рефрижераторах.

Принципиальные схемы воздушных систем охлаждения приведены на рис. 3 и 4.

Рис.3. Система непосредственного охлаждения с принудительной циркуляцией воздуха

Рис.4. Система рассольного охлаждения с принудительной циркуляцией воздуха

Система батарейного или трубного охлаждения. Данная система получила на судах с аммиачной холодильной установкой. Охлаждающие рассольные батареи таких установок выполняют из стальных бесшовных труб с условным проходным диаметром от 32 до 50 мм. В судовых холодильных установках применяют трубы размером 48х4мм.

Особенностью этих систем является малая интенсивность теплообмена, связанная с естественной конвекцией воздуха в охлаждаемых помещениях (система тихого охлаждения). В связи с этим данная система имеет значительную массу, которая складывается из массы металла и массы рассола заполняющего систему. Различия в температурах поверхностей батарей и продукта обуславливает радиационный теплообмен, характеризуемый составляющей коэффициента теплоотдачи, которая при величине конвекционной теплоотдачи оказывается соизмеримой с последней. Поэтому для этих систем характерно повышенное значение отношения, что приводит к увеличению усушки хранимых продуктов.

Уменьшение усушки путем устранения радиационной составляющей коэффициента теплоотдачи и создание при этом повышенной равновесной влажности в помещении для хранения лежит в основе ряда систем, таких как система с теплозащитной рубашкой и панельная система охлаждения.

К системе с теплозащитной рубашкой относится система с вне камерным охлаждением, включающим изолированный пространственный контур для хранения мороженной и охлажденной продукции и воздушную рубашку, представляющую собой пространство между основной изоляцией наружных ограждений и внутренним изоляционным контуром. Охлаждающий воздух, необходимый для компенсации внешних теплопритоков, циркулирует в пространстве воздушной рубашки, при этом его температура поддерживается на уровне продукта. Естественно, что температура ограждений изолированного контура становится равной температуре продукта. Это обеспечивает адиабатное равновесие между продуктом и окружающей средой, отсутствие радиационного и конвекционного теплообмена и равновесную влажность равную 100%. В соответствии с приведенными выше зависимостями в такого рода системах усушки вообще не должно происходить. Несмотря на сложность, данная система представляет интерес и для рефрижераторных судов, так и для стационарных холодильников.

Панельную систему охлаждения можно рассмотреть на примере производственного рефрижератора « искона » (см. рис. 5).

Рис.5. Панельная система охлаждения трюмов на провизионном рефрижераторе «Искона»

В данном случае изоляционный контур образован самими приборами охлаждения, представляющими собой металлические панели с внутренними каналами, охлаждаемыми с помощью циркулирующего в них рассола. Другой основной модификацией охлаждаемых панелей являются обычные змеевиковые рассольные батареи, к которым приварены металлические листы образующие замкнутый контур. В этой системе температура стенок охлаждаемых панелей оказывается более низкой, чем температура поверхности продукта, но не в такой мере как на батарейной системе охлаждения, так как значительная часть внешних теплопритоков перехватывается в зазоре между панелями и основной изоляцией. Это несколько снижает усушку продукта по сравнению с системами батарейного охлаждения.

Недостатком системы панельного охлаждения является ее повышенная металлоемкость, усложнение конструкции и эксплуатации, связанное с трудностями обнаружения неисправностей, затруднением процесса оттайки и рядом других причин.

Воздушная система охлаждения получила широкое распространение в судовых холодильных установках. Система воздушного охлаждения транспортного рефрижератора показана на рис.16.

Рис.6. Система воздушного охлаждения трюмов на транспортном рефрижераторе типа «Остров Русский»

Циркуляция охлаждаемого воздуха в трюме обеспечивается вентиляторами, прогоняющими воздух, забираемый из трюма через воздухоохладители непосредственного охлаждения и через пространство, образованное обрешетником, между грузом и изолированными поверхностями трюма. В трюме рефрижератора предусматривается домораживание рыбы от температуры минус 18 - минус 22ºС до температуры минус -25- минус 30ºС.

Пониженная температура воздуха отчасти компенсирует более интенсивную усушку (по сравнению с предыдущими системами).

Значительно меньше масса и габариты приборов охлаждения существенно увеличивают провозную способность судна.

Расположение воздухоотделителей вне грузового охлаждаемого помещения позволяет в еще большей степени улучшить удобство обслуживания и увеличить грузоподъемность трюмов (см. рис.7).

Рис.7.Охлаждаемый трюм с расположением воздухоохладителей вне грузового объёма

Преимущества воздушной системы по сравнению с батарейной:

1.Значительно меньшая металлоемкость.

2.Большая долговечность.

3.Более удобная эксплуатация и повышенная грузовместимость при прочих равных условиях, особенно если воздухоотделители размещены вне грузового помещения.

Все эти факторы уменьшают амортизационные отчисления, эксплуатационные расходы и улучшают провозную способность судна.

К недостаткам воздушной системы охлаждения относятся:

1.Повышенная холодопроизводительность установки, связанная с необходимостью компенсации дополнительных теплопритоков, эквивалентных мощности вентиляторов.

2.Несколько большая усушка продуктов, связанная с более интенсивным тепло-массообменом.

Технико-экономические анализы воздушных систем охлаждения показывают явные преимущества этих систем перед системами батарейного охлаждения, в связи с чем воздушная система охлаждения является более перспективной.

Cмешанная система охлаждения не нашла применение на отечественных судах ввиду своей сложности и отсутствия явных преимуществ перед рассмотренными схемами.

Конструкция судовых охлаждающих систем должна отвечать следующим правилам Регистра России, основные положения которого сводятся к следующему:

- холодильные аппараты, механизмы и трубопроводы, расположенные в охлаждаемых помещениях, должны быть надежно закреплены и защищены от повреждения грузом. В системе воздушного охлаждения воздухоохладители могут располагаться как в отдельных помещениях, так и в грузовых охлаждаемых помещениях. При этом должен быть обеспечен доступ к воздухоотделителям при полностью загруженном трюме, а проходы к воздухоотделителям должны позволять проносить крыльчатку вентилятора и электродвигатель;

-воздуховоды системы воздушного охлаждения , проходящие через водонепроницаемые переборки, должны быть снабжены клинкетами, рассчитанными на то же давление, что и переборка с управлением выведенным в доступные места, выше палубы переборок. воздуховоды должны быть воздухонепроницаемыми и изолированными, если они проходят через помещения с температурой, отличающейся от температуры охлаждаемого воздуха. Каждое охлаждаемое помещение оборудуют не менее чем двумя термометрическими трубами диаметром не менее 50мм, что исключает применения для других средств измерения температуры;

Для перевозки грузов, требующих смены воздуха в грузовых помещениях должна предусматриваться соответствующая система вентиляции для подачи чистого наружного воздуха (охлаждаемого или подогретого). Рекомендуется также устанавливать озонаторные установки. Должно быть предусмотрено осушение всех помещений, где возможно скопление воды, а сточные водопроводы из охлаждаемых помещений должны быть снабжаться гидравлическими затворами, заполненными незамерзающими жидкостями. Применение аммиачных испарительных приборов для охлаждения грузовых помещений не допускается. Расположение охлаждающих батарей должно обеспечивать равномерное охлаждение помещений. По отношению к воздухоотделителям, насосам хладагента и хладоносителя применяется принцип резервирования, предписывающего установку резервного оборудования, обеспечивающего работу при выходе из строя основного.

Порядок выполнения работы:

1.По рекомендованной литературе и настоящим методическим указаниям ознакомиться с судовыми системами охлаждения.

2.Составить схемы судовых систем охлаждения.

3.Дать основные характеристики судовым системам охлаждения, отметить их достоинства и недостатки.

4.Составить отчет о проделанной работе.

Содержание отчета:

1.Цель работы.

2.Описать судовые системы охлаждения. Составить схемы судовых систем охлаждения.

3.Ознакомится с организацией систем охлаждения и их обвязкой.

4.Дать основные характеристики судовых систем охлаждения, отметить их достоинства и недостатки.

5.Выводы.

Рекомендуемая литература:

1.захаров Ю.В. Судовые холодильные установки - Л:Судостроение,1986

2. Константинов Л.И., Мельниченко Л.Г. Судовые холодильные установки.- М.: Пищевая промышленность,1978.

3. Константинов Л.И., Мельниченко Л.Г. Модернизация и усовершенствование эксплуатации судовые технических установок. - Калининград: калининградское книжное издательство, 1986

4. МРХ СССР ГИПРОРЫБФЛОТ правила технической эксплуатации холодильные установок на судах флота рыбной промышленности СССР, 1977.