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蒸發式冷凝器的選型方法

   2021-01-12 子琪3214
核心提示:一臺高效的蒸發式冷凝器的設計,需要優化許多的因素,包括管尺寸、管長度、管間距、制冷劑循環、空氣流量、冷凝器的箱體尺寸、噴淋水流量。制冷劑的傳熱知識,濕表面傳熱是蒸發式冷凝器的設計需要掌握的基本知識

    大部分蒸發式冷凝器的選型是通過選型目錄進行選擇。

    一臺高效的蒸發式冷凝器的設計,需要優化許多的因素,包括管尺寸、管長度、管間距、制冷劑循環、空氣流量、冷凝器的箱體尺寸、噴淋水流量。制冷劑的傳熱知識,濕表面傳熱是發式冷凝器的設計需要掌握的基本知識,理解影響蒸發式冷凝器排熱能力的三個變量—濕球溫度、空氣流量、噴淋水的流量如何變化。

    一些蒸發式冷凝器的早期設計數據如下(供參考)

    1㎡蒸發式冷凝器的傳熱面積排熱量:4kW。

    1kW排熱量需要的噴霧水循環流量:0.018L/s。

    1kW排熱量需要的循環風量:0.03m3/s。

    通過冷凝器的風壓降:250 - 375Pa。

    1kW排熱量需要的蒸發水量:1. 5L/h。

    以上的數據只是蒸發式冷凝器在20世紀80年代設計的數據。隨著研究產品開發的速度和技術的進步,生產廠家利用產品的測試平臺,制定出更加合理的換熱管的布置,以及噴霧水循環流量和循環風量。

    一般情況下,制造廠家根據自己的產品特點,每個產品系列對應不同的制冷劑、不同的冷凝溫度以及不同的濕球溫度,制定出不同的標準排熱能力。用戶或設計人員可以根據制造廠家提供的產品選型目錄,選擇出系統合適型號的蒸發式冷凝器和數量。通常的選型程序

    1)確定設計條件、冷凝溫度和濕球溫度。

    2)確定系統所需的總排熱量,總排熱量=壓縮機制冷量+電動機耗功。

    3)根據排熱系數圖表(由冷凝溫度和濕球溫度確定)查出負荷修正系數。

4)系統的總排熱量乘以排熱系數,確定修正后的排熱負荷,選擇合適的型號。

    如何確定壓縮機的制冷量?這似乎不是一個問題,問題是壓縮機的制冷量由哪一個蒸發溫度確定。因為對于壓縮機的每一個蒸發溫度,對應的制冷量是不同的,對于肉類的速凍加工確實是一個不容易回答的問題。對于普通的凍結物冷藏間或者冷藏物冷藏間,一般把壓縮機設置的最低蒸發溫度對應的制冷量作為壓縮機的制冷量,這是因為在這些冷藏間中設定的溫度波動范圍不大,通常也就是±(2~3) ℃,要知道壓縮機的這個制冷量是指平均制冷量,因此在溫度波動范圍不大的情況下,這種選擇是可以的。

例如以一臺螺桿壓縮機OSN A8591-K為例[,使用的是氨制冷劑。在冷凝溫度35℃,蒸發溫度-28℃±2℃時,直接從這臺壓縮機的選型軟件(采用中間補氣方式)可以知道,它的冷凝負荷在蒸發溫度-28℃時是182. 5kw,最大和最小的冷凝負荷在165.7~200kW之間。以182.5kw為基礎,它的變化范圍也就是±9.5%左右。根據筆者的了解,這種工業產品的實際測定數據與產品額定數據一般有5%~10%的余量,以壓縮機的蒸發溫度-28℃選取的冷凝負荷是可以接受的范圍。

如果壓縮機用于凍結食品,需要凍結的豬肉從26℃開始降溫。假定降溫的蒸發溫度是從-10℃開始計算,采用冷風機吹風凍結,當豬肉完成凍結時的中心溫度達到-18℃,這臺壓縮機運行對應的蒸發溫度可能是-38℃,從這臺壓縮機的選型軟件(采用中間補氣方式)可以知道,它的冷凝負荷在蒸發溫度-10℃時是444kW-38℃時是127.5kW最大和最小的冷凝負荷在127.5~444kW之間,耗能量變化曲線大致如圖5-9所示。

從壓縮機的數據可以知道,最大和最小的冷凝負荷區間變化很大。而豬肉的冰凍點在-2.2~-1.7℃之間,從參考文獻中可以查出,100kg豬肉從+26℃冷卻到0℃時,所需要冷卻的熔值是Q1=100×(290.8-212) kJ=7880kJ。而從-5℃凍結到-18℃所需要冷卻的焓值是Q3=100×(54.5-4.6) kJ = 4990kJ。通過冰凍點從0℃下降到-5℃,溫差只是5℃所需要冷卻的焓值是Q2100×(212-54.5)kJ=15750kJ。比較Q1Q2Q3,無疑Q2是最大的。在工程選型上,通常把凍結食品通過冰凍點的蒸發溫度范圍,定義為壓縮機冷凝負荷的選擇范圍。不同的凍結方法有不同的蒸發溫度,例如采用螺旋速凍機和采用平板凍結比較,這個過冰凍點的蒸發溫度會相差20-25℃,應該說,食品凍結初期的冷凝負荷是最大的。但是,這段時間不長。如果這種負荷實在太大而影響壓縮機的運行(冷凝壓力太高),可以控制壓縮機上載百分比;如果是采用直接膨脹供液,可以采用限制蒸發器的最大工作壓力的(Maximum Operating Pressure) MOP膨脹閥。這些都是解決速凍冷凝負荷初期過大的辦法。

 
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