6 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Переохлаждение в конденсаторах с воздушным охлаждением

Пособие для ремонтника

Рассмотрим схему на рис. 2.1, представляющую конденсатор воздушного охлаждения при нормальной работе в разрезе. Допустим, что в конденсатор поступает хладагент R22.


Точка А. Пары R22, перегретые до температуры около 70°С, покидают нагнетающий патрубок компрессора и попадают в конденсатор при давлении около 14 бар.

Линия А-В. Перегрев паров снижается при постоянном давлении.

Точка В. Появляются первые капли жидкости R22. Температура равна 38°С, давление по-прежнему около 14 бар.

Линия В-С. Молекулы газа продолжают конденсироваться. Появляется все больше и больше жидкости, остается все меньше и меньше паров.
Давление и температура остаются постоянными (14 бар и 38°С) в соответствии с соотношением «давление-температура» для R22.

Точка С. Последние молекулы газа конденсируются при температуре 38°С, кроме жидкости в контуре ничего нет. Температура и давление остаются постоянными, составляя около 38°С и 14 бар соответственно.

Линия C-D. Весь хладагент сконденсировался, жидкость под действием воздуха, охлаждающего конденсатор с помощью вентилятора, продолжает охлаждаться.

Точка D. R22 на выходе из конденсатора только в жидкой фазе. Давление, по-прежнему около 14 бар, но температура жидкости понизилась примерно до 32°С.

Поведение смесевых хладагентов типа гидрохлорфторугперодов (ГХФУ) с большим температурным глайдом см. в пункте Б раздела 58.
Поведение хладагентов типа гидрофторуглеродов (ГФУ), например, R407C и R410A см. в разделе 102.

Изменение фазового состояния R22 в конденсаторе можно представить следующим образом (см. рис. 2.2).

От А до В. Снижение перегрева паров R22 от 70 до 38°С (зона А-В является зоной снятия перегрева в конденсаторе).

В точке В появляются первые капли жидкости R22.
От В до С. Конденсация R22 при 38 °С и 14 барах (зона В-С является зоной конденсации в конденсаторе).

В точке С сконденсировалась последняя молекула пара.
От С до D. Переохлаждение жидкого R22 от 38 до 32°С (зона C-D является зоной переохлаждения жидкого R22 в конденсаторе).

В течение всего этого процесса давление остается постоянным, равным показанию манометра ВД (в нашем случае 14 бар).
Рассмотрим теперь, как ведет себя при этом охлаждающий воздух (см. рис. 2.3).


Наружный воздух, который охлаждает конденсатор и поступает на вход с температурой 25°С, нагревается до 31 °С, отбирая тепло, выделяемое хладагентом.

Мы можем представить изменения температуры охлаждающего воздуха при его прохождении через конденсатор и температуру конденсатора в виде графика (см. рис. 2.4) где:


tae — температура воздуха на входе в конденсатор.

tas -температуравоздуха на выходе из конденсатора.

tK — температура конденсации, считываемая с манометра ВД.

А6 (читается: дельта тэта) разность (перепад) температур.

В общем случае в конденсаторах с воздушным охлаждением перепад температур по воздуху А0 = (tas — tae) имеет значения от 5 до 10 К (в нашем примере 6 К).
Значение разности между температурой конденсации и температурой воздуха на выходе из конденсатора также имеет порядок от 5 до 10 К (в нашем примере 7 К).
Таким образом, полный температурный напор (tK — tae) может составлять от 10 до 20 К (как правило, его значение находится вблизи 15 К, а в нашем примере он равен 13 К).

Понятие полного температурного напора очень важно, так как для данного конденсатора эта величина остается почти постоянной.

Используя величины, приведенные в вышеизложенном примере, можно говорить, что для температуры наружного воздуха на входе в конденсатор, равной 30°С (то есть tae = 30°С), температура конденсации tk должна быть равна:
tae + Дбполн = 30 + 13 = 43°С,
что будет соответствовать показанию манометра ВД около 15,5 бар для R22; 10,1 бар для R134a и 18,5 бар для R404A.

Заметим, что рекомендуемые значения А6 для конденсаторов с воздушным охлаждением одинаково справедливы как для торгового холодильного оборудования, так и для установок искусственного климата.

Одной из наиболее важных характеристик при работе холодильного контура, вне всякого сомнения, является степень переохлаждения жидкости на выходе из конденсатора.

Переохлаждением жидкости будем называть разность между температурой конденсации жидкости при данном давлении и температурой самой жидкости при этом же давлении.

Мы знаем, что температура конденсации воды при атмосферном давлении равна 100°С. Следовательно, когда вы выпиваете стакан воды, имеющий температуру 20°С, с позиции теплофизики вы пьете воду, переохлажденную на 80 К!


В конденсаторе переохлаждение определяется как разность между температурой конденсации (считывается с манометра ВД) и температурой жидкости, измеряемой на выходе из конденсатора (или в ресивере).

В примере, приведенном на рис. 2.5, переохлаждение П/О = 38 — 32 = 6 К.
Нормальная величина переохлаждения хладагента в конденсаторах с воздушным охлаждением находится, как правило, в диапазоне от 4 до 7 К.

Когда величина переохлаждения выходит за пределы обычного диапазона температур, это часто указывает на аномальное течение рабочего процесса.
Поэтому ниже мы проанализируем различные случаи аномального переохлаждения.

Читать еще:  Кровать в вашем сне стояла на улице

*Значения температур здесь и далее приводятся в градусах Цельсия, а разности температур — в Кельвинах. Напомним, что 1 Кельвин численно равен 1°С, a t(°C) = Т(К) — 273,16 (прим. ред.).

Одна из самых больших сложностей в работе ремонтника заключается в том, что он не может видеть процессов, происходящих внутри трубопроводов и в холодильном контуре. Тем не менее, измерение величины переохлаждения может позволить получить относительно точную картину поведения хладагента внутри контура.

Заметим, что большинство конструкторов выбирают размеры конденсаторов с воздушным охлаждением таким образом, чтобы обеспечить переохлаждение на выходе из конденсатора в диапазоне от 4 до 7 К. Рассмотрим, что происходит в конденсаторе, если величина переохлаждения выходит за пределы этого диапазона.

А) Пониженное переохлаждение (как правило, меньше 4 К).


На рис. 2.6 приведено различие в состоянии хладагента внутри конденсатора при нормальном и аномальном переохлаждении.
Температура в точках tB = tc = tE = 38°С = температуре конденсации tK. Замер температуры в точке D дает значение tD = 35 °С, переохлаждение 3 К.

Пояснение. Когда холодильный контур работает нормально, последние молекулы пара конденсируются в точке С. Далее жидкость продолжает охлаждаться и трубопровод по всей длине (зона C-D) заполняется жидкой фазой, что позволяет добиваться нормальной величины переохлаждения (например, 6 К).

В случае нехватки хладагента в конденсаторе, зона C-D залита жидкостью не полностью, имеется только небольшой участок этой зоны, полностью занятый жидкостью (зона E-D), и его длины недостаточно, чтобы обеспечить нормальное переохлаждение.
В результате, при измерении переохлаждения в точке D, вы обязательно получите его значение ниже нормального (в примере на рис. 2.6 — 3 К).
И чем меньше будет хладагента в установке, тем меньше будет его жидкой фазы на выходе из конденсатора и тем меньше будет его степень переохлаждения.
В пределе, при значительной нехватке хладагента в контуре холодильной установки, на выходе из конденсатора будет находиться парожидкостная смесь, температура которой будет равна температуре конденсации, то есть переохлаяедение будет равно О К (см. рис. 2.7).

Таким образом, недостаточная заправка хладагента всегда приводит к уменьшению переохлаждения.

Отсюда следует, что грамотный ремонтник не будет без оглядки добавлять хладагент в установку, не убедившись в отсутствии утечек и не удостоверившись, что переохлаждение аномально низко!

Отметим, что по мере дозаправки хладагента в контур, уровень жидкости в нижней части конденсатора будет повышаться, вызывая увеличение переохлаждения.
Перейдем теперь к рассмотрению противоположного явления, то есть слишком большого переохлаждения.

Б) Повышенное переохлаждение (как правило, больше 7 к).

Пояснение. Выше мы убедились, что недостаток хладагента в контуре приводит к уменьшению переохлаждения. С другой стороны, чрезмерное количество хладагента будет накапливаться в нижней части конденсатора.

В этом случае длина зоны конденсатора, полностью залитая жидкостью, увеличивается и может занимать весь участок E-D. Количество жидкости, находящееся в контакте с охлаждающим воздухом, возрастает и величина переохлаждения, следовательно, тоже становится больше (в примере на рис. 2.8 П/О = 9 К).

В заключение укажем, что измерения величины переохлаждения являются идеальными для диагностики процесса функционирования классической холодильной установки.
В ходе детального анализа типовых неисправностей мы увидим как в каждом конкретном случае безошибочно интерпретировать данные этих измерений.

Слишком малое переохлаждение (менее 4 К) свидетельствует о недостатке хладагента в конденсаторе. Повышенное переохлаждение (более 7 К) указывает на избыток хладагента в конденсаторе.

Выберите из 4-х вариантов конструкций конденсатора с воздушным охлаждением, представленных на рис. 2.9, тот, который, по вашему мнению, является наилучшим. Объясните почему?

Под действием силы тяжести жидкость накапливается в нижней части конденсатора, поэтому вход паров в конденсатор всегда должен располагаться сверху. Следовательно, варианты 2 и 4 по меньшей мере представляют собой странное решение, которое не будет работоспособным.

Разница между вариантами 1 и 3 заключается, главным образом, в температуре воздуха, который обдувает зону переохлаждения. В 1-м варианте воздух, который обеспечивает переохлаждение, поступает в зону переохлаждения уже подогретым, поскольку он прошел через конденсатор. Наиболее удачной следует считать конструкцию 3-го варианта, так как в ней реализован теплообмен между хладагентом и воздухом по принципу противотока.

Этот вариант имеет наилучшие характеристики теплообмена и конструкции установки в целом.
Подумайте об этом, если вы еще не решили, какое направление прохождения охлаждающего воздуха (или воды) через конденсатор вам выбрать.

Конденсаторы воздушного охлаждения

Стабильная работа

В точке А пары R22, имеющие температуру 70 С, переходят из нагнетающего патрубка компрессора в конденсатор (давление 14 бар). На промежутке А-В перегрев снижается и в точке В появляются первые капли жидкости хладагента (температура 38 С) при прежнем давлении. На промежутке В-С по-прежнему наблюдается конденсация молекул газа, но паров становится меньше и появляется больше жидкости. Давление и температура остаются прежними. В точке С конденсируются последние молекулы газа и кроме жидкости в контуре ничего нет. Температура и давление остаются прежними (38 С и 14 бар соответственно). На промежутке С-D хладагент полностью сконденсировался и жидкость продолжает охлаждаться, поскольку поддается действию воздуха, нагнетаемого вентилятором, который охлаждает конденсатор. На выходе из конденсатора (точка D) R22 находится в жидкой фазе. Температура снизилась до 32 С и давление сохранилось на уровне 14 бар.

Промежуток А-В является зоной снятия перегрева в конденсаторе. Температура хладагента снижается с 70 до 38 С. В точке В наблюдается появление первых капель R22. Промежуток В-С считается зоной конденсации. Температура R22 остается на уровне 38 С при давлении 14 бар. Последним пределом конденсации является точка С. На следующем промежутке С-D R22 снижается с 38 до 32 С – зона переохлаждения хладагента в конденсаторе.

На протяжении всего процесса перемещения R22 показатель манометра остается постоянным – на уровне 14 бар.

Воздух, нагнетаемый вентилятором (25 С) забирает тепло от хладагента и при этом нагревается до 31 С. Более детально его изменение во время прохождение через конденсатор можно наблюдать из графика (рис 2.4), где:

  • tae – температура воздуха, подаваемая в конденсатор;
  • tas – температура воздуха, после охлаждения конденсатора;
  • tk – показания температуры конденсации с манометра;
  • Δθ – разность температур.

Перепад температур в конденсаторах с воздушным охлаждением вычисляется следующим образом: Δθ =(tas — tae),

где К находится в пределах 5-10 К. в данном случае значение равняется 6 К.

Разница температур на выходе из конденсатора находится в том же пределе, и в данном примере равняется 7 К. Температурный напор (tk- tae) сосредоточен в пределах 10-20 К. Обычно его значение составляет порядка 15 К, но в данном случае оно равняется 13 К.

Стоит отметить, что величина температурного напора выступает очень важной для данного конденсатора, поскольку является постоянной величиной.

Если использовать показатели из рассмотренного нами примера и взять температуру подаваемого в конденсатор извне воздуха 30 С, то температура конденсации будет следующей:

tk= tae + Δθполн=30+13=43 С

Для R22 показания манометра будут соответствовать 15,5 барам, для R404A- 18,5 бар и для R134a-10,1 бар соответственно.

Следует отметить, что значения?? одинаково справедливы для конденсаторов установок искусственного климата и конденсаторов торгового холодильного оборудования.

Переохлаждение в конденсаторах с воздушным охлаждением

Известно, что температура конденсации воды при нормальном атмосферном давлении составляет 100 С. С точки зрения теплофизики стакан воды при температуре 20 С считается переохлажденным на 80 К.

Переохлаждение, измеряемое на выходе из конденсатора (ресивере), определяется как разность между температурой конденсации и температурой жидкости. Переохлаждение в приведенном примере (рис 2.5) будет следующим П/О=38-32=6 К.

Величина переохлаждения хладагента в конденсаторах с воздушным охлаждением должна находиться в промежутке от 4 до 7 К. Если она вышла за границы указанного предела, то это свидетельствует о нестабильности рабочего процесса. Далее проведем анализ возможных случаев аномального переохлаждения.

Различные виды аномального переохлаждения

Конструкторы, выбирающие размер конденсатора с воздушным охлаждением, учитывают ту особенность, что переохлаждение на выходе должно находиться в пределах 4-7 К. Но что же происходит в конденсаторе, если данная величина выходит за пределы допустимого диапазона?

Переохлаждение ниже допустимой нормы

При стабильной работе холодильного контура, молекулы пара перестают конденсироваться в точке С. На промежутке С-D жидкость продолжает охлаждаться и данный отрезок заполняется жидкой фазой для того, чтобы величина переохлаждения стала допустимой (4-7 К).

Если в конденсаторе находится недостаточное количество хладагента, то участок С-D не полностью залит жидкостью и имеется только небольшой отрезок, который полностью ею занят (Е- D). Для того чтобы обеспечить нормальное переохлаждение, длины отрезка оказывается недостаточно.

Если измерить значение переохлаждения в точке D, то оно окажется меньше допустимого (в данном случае 3 К). Если хладагента в установке находится недостаточное количество, то его будет меньше поступать на выходе из конденсатора и степень его переохлаждения также будет меньше.

Если в контуре холодильной установки присутствует значительная нехватка хладагента, то на выходе из конденсатора будет поступать парожидкостная смесь. Ее температура станет равной температуре конденсации, а это означает, что переохлаждение равно 0 К.

tB=tD=tK=38 С. Показатель переохлаждения П/О=38-38=0 К

Можно сделать следующий вывод: недостаточная заправка хладагентом приводит к снижению переохлаждения. Следовательно, если ремонтник холодильного оборудования имеет соответствующую квалификацию, то он никогда не станет добавлять в установку хладагент, предварительно не удостоверившись, что в ней нет утечек и что переохлаждение слишком низкое.

По мере поступления хладагента в контур, увеличивается и уровень жидкости в нижней части конденсатора, что способствует увеличению переохлаждения.

Переохлаждение выше допустимой нормы

tB=tD=tK=29 С. Показатель переохлаждения П/О=38-29=9 К

Ранее говорилось о том, что недостаток хладагента в контуре приводит к снижению переохлаждения. Сейчас же рассмотрим случай, когда чрезмерное его количество оседает в нижней части конденсатора.

Зона конденсатора полностью занята жидкостью, которая продолжает увеличиваться. Далее она может распространиться на весь участок С-D. Ее количество, контактирующее с холодным воздухом, увеличивается, а вместе с тем возрастает и величина переохлаждения (рис.2.8 П/О=9 К).

Подводя итоги, стоит отметить, что величина переохлаждения является лучшим показателем работы классической холодильной установки. Проводя анализ часто встречаемых неисправностей, мы видим, как легко объяснить результаты проведенных измерений. Если переохлаждение составляет менее 4 К, то хладагент в конденсаторе находится в недостаточном количестве, а если больше 7 К — то в избытке.

Анализ случаев аномального переохлаждения

Одна из самых больших сложностей в работе ремонтника заключается в том, что он не может видеть процессов, происходящих внутри трубопроводов и в холодильном контуре. Тем не менее, измерение величины переохлаждения может позволить получить относительно точную картину поведения хладагента внутри контура.

Заметим, что большинство конструкторов выбирают размеры конденсаторов с воздушным охлаждением таким образом, чтобы обеспечить переохлаждение на выходе из конденсатора в диапазоне от 4 до 7 К. Рассмотрим, что происходит в конденсаторе, если величина переохлаждения выходит за пределы этого диапазона.

А) Пониженное переохлаждение (как правило, меньше 4 К).


Рис. 2.6

На рис. 2.6 приведено различие в состоянии хладагента внутри конденсатора при нормальном и аномальном переохлаждении. Температура в точках tв=tc=te=38°С = температуре конденсации tк. Замер температуры в точке D дает значение td=35 °С, переохлаждение 3 К.

Пояснение. Когда холодильный контур работает нормально, последние молекулы пара конденсируются в точке С. Далее жидкость продолжает охлаждаться и трубопровод по всей длине (зона C-D) заполняется жидкой фазой, что позволяет добиваться нормальной величины переохлаждения (например, 6 К).

В случае нехватки хладагента в конденсаторе, зона C-D залита жидкостью не полностью, имеется только небольшой участок этой зоны, полностью занятый жидкостью (зона Е-D), и его длины недостаточно, чтобы обеспечить нормальное переохлаждение.

В результате, при измерении переохлаждения в точке D, вы обязательно получите его значение ниже нормального (в примере на рисунка 2.6 — 3 К).

И чем меньше будет хладагента в установке, тем меньше будет его жидкой фазы на выходе из конденсатора и тем меньше будет его степень переохлаждения.

В пределе, при значительной нехватке хладагента в контуре холодильной установки, на выходе из конденсатора будет находиться парожидкостная смесь, температура которой будет равна температуре конденсации, то есть переохлаждение будет равно 0 К (смотри рисунок 2.7).


Рис. 2.7

tв=td=tk=38°С. Значение переохлаждения П/О = 38—38=0 К.

Таким образом, недостаточная заправка хладагента всегда приводит к уменьшению переохлаждения.

Отсюда следует, что грамотный ремонтник не будет без оглядки добавлять хладагент в установку, не убедившись в отсутствии утечек и не удостоверившись, что переохлаждение аномально низкое!

Отметим, что по мере дозаправки хладагента в контур, уровень жидкости в нижней части конденсатора будет повышаться, вызывая увеличение переохлаждения.

Перейдем теперь к рассмотрению противоположного явления, то есть слишком большого переохлаждения.

Б) Повышенное переохлаждение (как правило, больше 7 К).


Рис. 2.8

tв=te=tk= 38°С. td = 29°С, следовательно переохлаждение П/О=38-29=9 К.

Пояснение. Выше мы убедились, что недостаток хладагента в контуре приводит к уменьшению переохлаждения. С другой стороны, чрезмерное количество хладагента будет накапливаться в нижней части конденсатора.

В этом случае длина зоны конденсатора, полностью залитая жидкостью, увеличивается и может занимать весь участок E-D. Количество жидкости, находящееся в контакте с охлаждающим воздухом, возрастает и величина переохлаждения, следовательно, тоже становится больше (в примере на рис. 2.8 П/О = 9 К).

В заключение укажем, что измерения величины переохлаждения являются идеальными для диагностики процесса функционирования классической холодильной установки.

В ходе детального анализа типовых неисправностей мы увидим как в каждом конкретном случае безошибочно интерпретировать данные этих измерений.

Слишком малое переохлаждение (менее 4 К) свидетельствует о недостатке хладагента в конденсаторе. Повышенное переохлаждение (более 7 К) указывает на избыток хладагента в конденсаторе.

2.4. УПРАЖНЕНИЕ

Выберите из 4-х вариантов конструкций конденсатора с воздушным охлаждением, представленных на рис. 2.9, тот, который, по вашему мнению, является наилучшим. Объясните почему?


Рис. 2.9

Под действием силы тяжести жидкость накапливается в нижней части конденсатора, поэтому вход паров в конденсатор всегда должен располагаться сверху. Следовательно, варианты 2 и 4 по меньшей мере представляют собой странное решение, которое не будет работоспособным.

Разница между вариантами 1 и 3 заключается, главным образом, в температуре воздуха, который обдувает зону переохлаждения. В 1-м варианте воздух, который обеспечивает переохлаждение, поступает в зону переохлаждения уже подогретым, поскольку он прошел через конденсатор. Наиболее удачной следует считать конструкцию 3-го варианта, так как в ней реализован теплообмен между хладагентом и воздухом по принципу противотока. Этот вариант имеет наилучшие характеристики теплообмена и конструкции установки в целом.

Подумайте об этом, если вы еще не решили, какое направление прохождения охлаждающего воздуха (или воды) через конденсатор вам выбрать.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector