Воздух и другие неконденсирующиеся газы попадают в холодильную установку в результате подсоса через уплотнения при давлении в системе ниже атмосферного, во время монтажа и ремонта аппаратов и компрессоров, при заправке установки хладагентом и маслом, при частичном разложении хладагента и масла. Основной составляющей частью неконденсирующихся газов является воздух. Воздух, попавший в холодильную машину, скапливается в линейном ресивере и конденсаторе.
Общее давление в конденсаторе складывается из суммы парциального давления пара хладагента и воздуха. Чем больше процентное содержание воздуха в смеси его с хладагентом, тем выше давление конденсации при одной и той же температуре смеси. Кроме того, воздух в конденсаторе образует вокруг теплопередающей поверхности пленку, которая создает термическое сопротивление, уменьшая коэффициент теплопередачи, в результате этого давление в конденсаторе повышается.
Таким образом, наличие воздуха в системе холодильной установки повышает давление, а следовательно, и температуру конденсации. При повышении давления на 0,03 МПа потребление энергии приводом компрессора увеличивается на 2 %, холодопроизводительность компрессора снижается на 1 %. Для нормальной работы установки требуется систематическое удаление воздуха.
Выпуск воздуха непосредственно из конденсатора через воздухоспускной вентиль экономически нецелесообразен, так как происходят большие потери холодильного агента. Для уменьшения потерь хладагента его смесь с воздухом охлаждается до возможно низкой температуры. Чем ниже температура охлажденной смеси, тем больше конденсируется паров хладагента из смеси и, следовательно, тем меньше потери хладагента при выпуске воздуха.
Принцип охлаждения смеси воздуха с хладагентом до отрицательных температур и конденсации паров хладагента используется при работе специальных аппаратов для отделения воздуха - воздухоотделителей.
Конструкции наиболее распространенных на судовых холодильных установках типов аммиачных воздухоохладителей рассмотрены ниже.
Двухтрубный воздухоотделитель (рис. 2.72) устанавливают непосредственно на линейном ресивере. Этот воздухоохладитель представляет собой теплообменник „труба в трубе”. По внутренней трубе проходит кипящая жидкость, сдросселированная в регулирующем вентиле до давления кипения, соответствующего температуре кипения в системе холодильной установки. Аммиачно-воздушная смесь по соединительному патрубку проходит из верхней части ресивера в межтрубное кольцевое пространство и в процессе теплообмена между ней и кипящим аммиаком из аммиачно-воздушной смеси конденсируется аммиак. Жидкий аммиак по патрубку возвращается в ресивер, воздух выпускается в емкость с водой до тех пор, пока не прекратится выход пузырьков воздуха.
Отсутствие пузырьков воздуха, возникновение шума, а также помутнение и нагрев воды в емкости свидетельствует об отсутствии воздуха в холодильной установке. Парожидкостная смесь кипящего хладагента отводится в испаритель.
Воздухоотделитель конструкции Кобулашвили (рис. 2.73) широко распространен на судах с аммиачными холодильными установками. Аппарат состоит из четырех труб, вставленных одна в другую, при этом труба I соединена с трубой III, а труба II - с трубой IV. Диаметр наружной трубы IV (корпус аппарата) 108 мм, толщина стенки 4 мм; диаметр внутренней трубы I 38 мм, толщина стенки 3 мм. Общая длина воздухоохладителя 1530 мм.
Процесс отделения воздуха происходит следующим образом. Аммиачно-воздушная смесь из конденсатора или линейного ресивера поступает в кольцевое пространство между трубой IV и трубой III, а также между трубами I и II. В центральную трубу I через регулирующий клапан подается жидкий аммиак, который кипит в трубах I и III, отбирая теплоту от аммиачно-воздушной смеси. Образовавшийся при кипении аммиака пар отсасывается в испарительную систему холодильной установки. При охлаждении смеси пары аммиака конденсируются, а воздух выпускается в емкость с водой. Сконденсировавшийся аммиак собирается в трубе IV и периодически перепускается в трубу I. Воздухоохладитель включается в работу при наличии воздуха в системе.
Автоматический воздухоохладитель АВ-4 обеспечивает удаление воздуха из системы по мере его поступления, а следовательно, и наиболее экономичную работу холодильной установки.
Аппарат (рис. 2.74) состоит из двух концентрично расположенных емкостей 5 и 6, имеющих змеевики 7 и 8 с трубкой 4, а также трубопроводов: подачи жидкого хладагента от коллектора регулирующей станции 14, отсоса паров аммиака 10, для конденсата хладагента, удаляемого в коллектор регулирующий станции 1, подачи воздушно-аммиачной смеси из конденсатора и ресивера 11.
Змеевик 7 верхним концом соединен с трубопроводом, по которому подается аммиачно-воздушная смесь, а нижним - с межтрубным пространством. Верхний конец змеевика 8 соединен с емкостью с водой, нижний - вварен в трубку 4, оба конца которой соединены с межтрубным пространством сверху и снизу емкости. Змеевик 7 и трубка 4 на рис. 2.74 показаны пунктиром.
Отделение воздуха происходит следующим образом. Аммиачно-воздушная смесь, пройдя по змеевику 7, в сосуде 6 охлаждается до температуры, близкой, к температуре кипения аммиака. Уровень жидкого аммиака в сосуде 5 поддерживается автоматически с помощью поплавкового регулятора 13.
В змеевике 7 начинает конденсироваться парообразный аммиак, который стекает и накапливается в межтрубном пространстве. Вместе с конденсатом движется аммиачно-воздушная смесь, которая на выходе из змеевика 7 барботирует через слой накопившегося жидкого аммиака, а затем попадает в верхнюю часть межтрубного пространства, где постепенно накапливается. По трубке 4 и змеевику 8 (где происходит дополнительное охлаждение и конденсация паров аммиака) воздух поступает в емкость с водой 15.
По мере накопления воздуха в межтрубном пространстве и змеевике 8 давление в воздухоотделителе растет и уровень жидкого аммиака начинает опускаться вместе с поплавком регулятора 2. Стержень 3, связанный с поплавком, также опускается вниз, в результате клапан 9 открывается и воздух подходит к мембранному клапану 12, который открывает выход воздуху в емкость 15. Клапан 12 открывается при давлении всасывания в трубопроводе 10, соответствующем заданной температуре кипения (- 25 °C и ниже).
Если давление в межтрубном пространстве будет меньше, чем в конденсаторе, в камеру поплавкового регулятора начинает поступать жидкость из линейного ресивера. Поплавок, воздействуя на стержень 3, закрывает клапан выпуска воздуха 9. Сконденсированный в межтрубном пространстве аммиак отводится в коллектор регулирующей станции через поплавковую камеру регулятора. Клапан 9 откроется при выравнивании давлений в межтрубном пространстве и конденсаторе.
Для нормальной работы аппарат устанавливают выше линейного ресивера на 2 м, при этом петли при монтаже трубопровода не допускаются.
Конструкции автоматических воздухоотделителей (АВ-2, АВ-4, АВ-3) отличаются друг от друга средствами автоматизации.
Особенность отделения воздуха в хладоновых установках состоит в том, что для увеличения процентного содержания воздуха в воздушно-хладоновой смеси ее нужно не только охладить, но и повысить давление в воздухоотделителе в два-три раза по сравнению с давлением конденсации. Для повышения давления смеси в воздухоотделителе необходим отдельный компрессор.
Литература
Судовые холодильные машины и установки (Петров Ю.С.) 1991 г.
