Науково-технічні основи створення контактних дисперсних високошвидкісних охолоджувачів для аміачних холодильних установок

Як конкретний об'єкт дослідження був прийнятий найбільш поширений в галузі аґрегат АД-130 з поршневим компресором П-220 для призначення 1 (рис. 4) і ҐМК типу 5ВХ-350 у модифікації, для двоступеневих аміачних холодильних установок призначення 2 (рис. 5).

Чисельні розрахунки й експериментальні дослідження (рис. 6) виконували для діапазону температур кипіння від 223 К до 243 К та температур конденсації від 293 К до 308 К, тобто діапазону найбільш характерного для промислових аміачних холодильних установок помірного холоду. Діаметр секції випаровування апарату варіювався в діапазоні від 1,0 до 0,33 від реального діаметра нагнітального трубопроводу.

При дослідженні охолоджувача паромастильної суміші, як видно з наведених даних (рис. 7), одержати якогось помітного підвищення тиску для призначення 2 неможливо. Так, підвищення тиску потоку на початковій ділянці каналу, викликане термогазодинамічним ефектом, цілком компенсується втратою енергії, що витрачається на зростання швидкості крапель мастила.

Хід зміни температури парового потоку в цьому випадку носить зовсім інший характер порівняно з розглянутим проміжним охолоджувачем.

Швидкість крапель мастила незначно відрізняється від швидкості руху потоку, тому ефективність теплообміну в системі “основний потік - краплі мастила” визначається в основному різницею температур між цими середовищами. Запропонована математична модель охолоджувача потоків паромастильних сумішей дала можливість простежити динаміку зміни параметрів як аміачної пари, так і краплі мастила. Це дозволило обґрунтувати необхідні геометричні характеристики розглянутих контактних охолоджувачів таких потоків.

У четвертому розділі подано результати експериментальних досліджень контактних дисперсних високошвидкісних охолоджувачів, які виконувалися на промислових аміачних холодильних установках в умовах реальної експлуатації. Як базові були обрані найбільш поширені схеми установок характерних для таких підприємств як м'ясокомбінат, фабрика морозива і їм подібні, що мали у своєму складі ґвинтові і поршневі компресори вітчизняного виробництва. Оскільки в даній роботі вирішується науково-прикладна проблема створення охолоджувачів для промислових установок, то мало рацію зосередити більшість експериментальних досліджень саме в умовах промислового виробництва. Такий підхід дозволив чітко визначити, у чому саме полягає запит практики з погляду розв'язання проблеми підвищення ефективності, можливості реалізувати запропоноване рішення, накопичити достатній досвід експлуатації і узагальнити отримані результати для різних схем, продуктивності, умов експлуатації. Крім того, була зібрана значна інформація про поведінку розглянутих охолоджувачів у різних позаштатних ситуаціях, про деякі психологічні аспекти реакції машиністів аміачних холодильних установок у початковий період впровадження апаратів КДВО.

У цьому розділі описано експериментальні стенди на базі промислових аґрегатів, їх оснащення контрольно-вимірювальною апаратурою, діапазони зміни параметрів, методику проведення експериментів й здобуті дані. Тут же подано результати конструктивної розробки проточної частини і пристроїв уведення рідкого аміаку в потік пари. Окремо розглянуті перехідні (пуск, зупинка), аварійний (прорив пари) і сталий режими аґрегату, визначено характеристики охолоджувача як об'єкта керування.

Далі наведені результати (рис. 8) експериментального дослідження контактного охолоджувача паромастильної суміші, показане його конструктивне рішення, описано стенд, методику експериментів та показано фотографії цього вузла ҐМК.

П'ятий розділ подає результати реалізації концепції контактного дисперсного високошвидкісного охолодження в практиці проектування й експлуатації аміачних холодильних установок. Розроблені в третьому розділі методи розрахунку, реалізовані в методиках і програмах визначення конструктивних характеристик, використані організаціями - проектантами на нових споруджуваних і поновлюваних холодильних підприємствах на території всього колишнього СРСР.

Серед потужних проектних організацій варто назвати інститут “Гипрохолод”, ВНПО “Пищепромавтоматика”, Держагропром СРСР, інститути “Росгипромясомолагропром”, “Севзапгипромясомолпром”, “Львовмясомолпроект”, об'єднання “Хладмонтажавтоматика” і багато інших. Автор безпосередньо брав участь у розрахунках, консультуванні фахівців вищеназваних проектних організацій і представників промисловості, кількість таких розробок, що були реально виготовлені і впроваджені, можна оцінити приблизно в 55 - 60 вузлів охолодження для різних охолоджуючих систем і загальному числі апаратів КДВО порядка 250 - 300 штук.

Накопичений досвід проектування й експлуатації, широке обговорення запропонованих схемних рішень з фахівцями дозволили провести узагальнення найрізноманітніших варіантів вузлів охолодження для одно- і двоступеневих холодильних установок у вигляді таких типових схем:

один аґрегат - один охолоджувач;

кілька аґрегатів - загальний відділювач рідини - індивідуальні охолоджувачі (рис. 9);

кілька аґрегатів - загальний відділювач рідини - загальний охолоджувач (рис. 10);

загальний охолоджувач для холодильної установки за компаундною схемою (рис. 11);

тимчасове (сезонне) переведення декількох одноступеневих аґрегатів для одержання низькотемпературного холоду в двоступеневому режимі (рис. 12).

Для кожної схеми подано опис роботи, зазначено їх особливості, розглянуто приклад розрахунку охолоджувача, наведено узагальнення досвіду в практиці експлуатації, висвітлено питання виготовлення, монтажу й випробування апарату КДВО, його налагодження, подано ознаки нормальної роботи, розглянуто можливі відхилення в роботі й аварійні режими.

Розрахований ряд апаратів КДВО для найбільш поширених діаметрів трубопроводів у лініях нагнітання аміачних промислових холодильних установок наведено в таблиці 1.



Таблиця 1 - Типорозмірний ряд апаратів КДВО

Умовний номер	D, мм	Dу, мм	d, мм	dу, мм	dф, мм
1	76 х 3,5	70	38 х 2	32	1
2	89 х 3,5	80	45 х 2,5	40	1,5
3	108 х 4	100	57 х 3,5	50	2
4	133 х 4	125	76 х 3,5	70	2,2
5	159 х 4,5	150	89 х 3,5	80	2,5
6	219 х 7	200	108 х 4	100	3
7	273 х 7	250	133 х 4	125	3,5
8	325 х 9	300	159 х 4,5	150	4

В таблиці 2 подано порівняння запропонованих апаратів КДВО з існуючими охолоджувачами. На основі даних цієї таблиці методом приведених затрат можна економічно обґрунтувати обране рішення по вибору апарата при зміні тарифів на електроенергію і воду.

Таблиця 2 - Порівняння параметрів охолоджувачів

Тип охолоджувача	Маса, кг	Об'єм, м3	Площа, м2	Орієнтовна вартість, грн.	Надійність, -
СПА 600, колишній СРСР	570	0,64	0,82	25000	0,39
Халле, Німеччина	430	0,54	0,70	80000	0,75
Йорк, США	800	0,90	1,0	Немає даних	0,79
Луара, Франція	1030	1,50	3,40	Немає даних	0,68
Грем, Данія	650	0,60	0,60	120000	0,80
МРХ, Чехія	20	0,03	0,06	20000	0,90
КДВО, Україна	12	0,008	0,06	2000	0,92



Висновки

У дисертації вирішено важливу для холодильної техніки науково-прикладну проблему - створено науково-технічну базу проектування високоефективних і безпечних контактних дисперсних високошвидкісних охолоджувачів парових і паромастильних потоків. Розроблено і реалізовано концепцію створення малоємних (з дозованим заправленням) промислових аміачних холодильних установок нового покоління, що використовують такі охолоджувачі.

На основі аналізу результатів власних досліджень, тривалої практики експлуатації охолоджувачів у холодильній промисловості України і за рубежем установлено, що усталена робота контактних дисперсних високошвидкісних охолоджувачів спостерігається у всьому діапазоні тиску і температур, характерних для промислових аміачних двоступінчастих холодильних установок помірного холоду, у тому числі оснащених гвинтовими мастилозаповненими компресорами як ступені низького тиску.

Проведені експериментальні дослідження і розрахунки за допомогою розроблених математичних моделей показали, що застосування контактних дисперсних високошвидкісних охолоджувачів для зняття перегріву пари в двоступеневих холодильних установках, які працюють у діапазонах температур кипіння 223...243 К и конденсації 293...333 К, забезпечує підвищення холодильного коефіцієнта на 3...5 % як результат виключення втрат тиску при барботажі і підвищення тиску потоку за рахунок ефекту теплової компресії.

Встановлено, що настання стійкого дисперсного краплинно-зваженого режиму відбувається при швидкостях, що відповідають числам М > 0,2, у діапазоні витрат упорскуваного рідкого аміаку, які обумовлені режимами роботи двоступеневих холодильних установок і складають 26...32 % від масових витрат охолоджуваного парового потоку, причому зміна витрат у зазначених межах і при зазначених швидкостях істотного впливу на режим течії не має. Виявлені закономірності впливу швидкісного і витратного факторів на режими течії охолоджуваного потоку треба використовувати при проектуванні проточної частини охолоджувачів.

Розроблено типові схемно-конструктивні рішення контактних дисперсних високошвидкісних охолоджувачів для двоступеневих холодильних установок з індивідуальним охолоджувачем, із загальним охолоджувачем і загальним віддільником рідини, з індивідуальними охолоджувачами і загальним віддільником рідини; установок, що працюють за компаундною схемою з індивідуальними охолоджувачами і загальним циркуляційним ресивером, із загальним охолоджувачем і роздільною системою упорскування і загальним циркуляційним ресивером; сезонного трансформування агрегатів одноступеневого стискування на виробництво низькотемпературного холоду за схемою двоступеневого стискування; охолодження паромастильної суміші після гвинтового мастилозаповненого компресора в якості ступеня низького тиску перед її надходженням у мастиловідділювач; охолодження потоку аміаку, що нагнітається, перед його надходженням у конденсатор. Розроблений типорозмірний ряд охолоджувачів для найчастіше використовуваних схем застосування в промислових аміачних холодильних установках.

Техніко-економічне порівняння розроблених типів апаратів із традиційними рішеннями показує, що при їхньому використанні досягається зниження металоємності і габаритів приблизно на два порядки, істотно зростають надійність і безпека експлуатації всієї холодильної установки.

Запропонована узагальнена класифікація двофазних струминних апаратів зі зміною агрегатного стану одного з взаємодіючих потоків дозволяє систематизувати відомі принципи дії і створювати шляхом їхньої комбінації апарати КДВО різного функціонального призначення для промислових аміачних холодильних установок.

Вірогідність результатів дисертаційного дослідження підтверджена задовільним узгодженням розрахункових даних з даними, отриманими при експериментальних і промислових випробуваннях, збереженням установлених закономірностей у широкому діапазоні зміни режимних і конструктивних параметрів об'єктів дослідження, позитивними результатами багаторічної експлуатації розроблених апаратів у складі холодильних установок у нашій країні, а також у країнах ближнього і далекого зарубіжжя. Крім того, вірогідність підтверджується повторюваністю результатів, одержуваних незалежними вітчизняними і закордонними дослідниками для різних установок, експлуатованих у різних умовах

Наукове значення роботи полягає у встановленні умов виникнення і стійкого протікання КДВО з ефектом теплової компресії, закономірностей впливу на нього швидкісних і температурних факторів, створенні на їхній основі теоретичної бази проектування високоефективних і безпечних охолоджувачів перегрітих потоків для малоємних (з дозованим заправленням) промислових аміачних холодильних установок нового покоління. Виходячи з установлених закономірностей розроблені методологічний підхід і методи вирішення проблеми підвищення ефективності аміачних холодильних установок як задачі керування процесом контактного дисперсного високошвидкісного охолодження потоків аміачної пари та її сумішей із мастилом, що і були покладені в основу концепції створення малоємних (з дозованим заправленням) промислових аміачних холодильних установок нового покоління.

Результати роботи є основою для подальшого розвитку наукових досліджень у напрямку створення холодильної техніки нового покоління, відкриваються реальні можливості для створення малоємних систем (з дозованим заправленням), зокрема, суднових холодильних установок, що надійно працюють в умовах хитавиці судна, мобільних систем, установок, які працюють в умовах дефіциту або повної відсутності охолоджувальної води, систем періодичного обслуговування.

Результати роботи за період з 1982 року по теперішній час вже успішно використані для 57 різних холодильних систем із загальною чисельністю апаратів КДВО приблизно 250...300 штук у нашій країні і за кордоном. Накопичений досвід дозволяє рекомендувати використання здобутих у роботі результатів для щойно споруджених і реконструйованих холодильних систем із метою підвищення їх енергетичної ефективності, екологічної й експлуатаційної безпеки, покращення масоґабаритних показників вузлів проміжного охолодження, спрощення пуску, зупинки й автоматизації всієї холодильної системи.



Перелік опублікованих автором основних праць за темою дисертації

1. Долинский А.А., Басок Б.И., Чумак И.Г., Живица В.И. Технологии в холодильной технике на основе принципа дискретно-импульсного ввода и трансформации энергии // Промышленная теплотехника. - 2002. - том 24, № 4. - С.57-63. .

2. Живица В.И. Анализ процессов в промежуточном охладителе на основе термопрессора // Холодильная техника и технология.- 2001.- № 1 (70).- С 13-15.

3. Живица В.И. Интенсификация процессов в контактных охладителях аммиачных холодильных установок // Холодильная техника и технология.- 2002.- № 2 (76).- С. 24-28.

4. Живица В.И. Использование тепла сжатия в многоступенчатых холодильных установках // Сборник трудов Кременчугского политехнического университета “Проблемы создания новых машин и технологий”. - Кременчуг, 2001.- №2.- С. 11-14.

5. Живица В.И. Моделирование процессов в контактных охладителях аммиачных холодильных установок // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету (Наукові праці Кременчуцького політехнічного університету).- 2002.- Випуск 1 (12).- С. 370-373.

6. Живица В.И. Повышение эффективности работы промежуточных охладителей // ЦНИИТЭИмясомолпром.: Москва. 1981. - 20 с.

7. Живица В.И. Применение термопрессорных устройств в охлаждающих системах производственных холодильников // ЦНИИТЭИмясомолпром.- Москва.- 1989.- 33с.

8. Живица В.И. Промежуточные охладители с термопрессором для двухступенчатых аммиачных холодильных установок // Холодильная техника. - 2002.- № 5.- С.18-20.

9. Живица В.И. Сравнение технико-экономических показателей аппаратов контактного дисперсного динамического охлаждения // Холодильная техника и технология.- 2003.- № 6 (87).- С 12-15.

10. Живица В.И. Узлы промежуточного охлаждения для аммиачных холодильных установок, работающих по компаундной схеме // Холодильная техника и технология.- 2003.- № 5 (85 ).- С. 13-16.

11. Живица В.И. Устройства для ввода жидкого аммиака в охладители с термопрессором // Холодильная техника.- 2003.- № 1.- С.10-12.

12. Живица В.И. Экспериментальное исследование впрыскивающего охладителя аммиачной паромасляной смеси // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету (Наукові праці Кременчуцького політехнічного університету). - 2003.- Випуск 1(18).- С. 170 -173.

13. Живица В.И. Экспериментальное исследование явления тепловой компрессии в двухступенчатой аммиачной холодильной установке // Холодильная техника и технология. -2003.- № 1(81).- С. 34-38.

14. Живица В.И. Эффект тепловой компрессии для аммиачной холодильной установки // Сборник трудов Одесского политехнического университета.- 2001.- № 2 (14).- С. 77-81.

15. Живица В.И., Богач А.Н., Штельмах О.Н. Проблемы охлаждения масла в винтовых компрессорах // Холодильная техника № 1, 1990.- С. 29-31.

16. Живица В.И., Кириллов В.Х., Чумак И.Г. Математическое моделирование испарения капли аммиака в высокоскоростном потоке собственного перегретого пара // Холодильная техника и технология. - 2004. - № 2 (88).- С.26-32.

17. Живица В.И., Когут В.Е. Коробань И.А. Промежуточный охладитель-термопрессор для агрегата АД-260 // Холодильная техника № 6, 1985, - С. 36-37.

18. Живица В.И., Когут В.Е. Совершенствование промежуточного охлаждения в холодильных установках // Холодильная техника и технология, № 43, 1986.- С. 8-10.

19. Живица В.И., Паламарчук В.В., Зачко И.Е., Коган Я.И. Опыт эксплуатации промежуточного охладителя-термопрессора // Холодильная техника №3, 1982.- С. 48-49.

20. Живица В.И., Чумак И.Г. Динамические характеристики зоны регулирования уровня в ресиверах холодильных установок // Холодильная техника и технология.- 2001.- № 2 (71). - С. 8-12.

21. Живица В.И., Чумак И.Г. Струйные аппараты с изменением агрегатного состояния потоков // Холодильная техника и технология.- 2001.- № 4 (73).- С.10-15.

22. Холодильная установка: А. с. 1533433 СССР, МКИ F 25 B 1/10 / И.Г. Чумак, В.И. Живица, В.Е. Когут, В.И. Шахневич, А.В. Гордиенко, А.Н. Богач (СССР).- № 4210184/23-06; Заявлено 16.03.87; Зарегистр. 1.09.89;

23. Холодильная установка: А. с. 1815535 СССР, МКИ F 25 B 1/00, 43/00 / В.И. Живица, А.Н. Богач, О.Н. Штельмах (СССР).- № 4730637/06; Заявлено 16.08 89; Опубл.15.05.93, Бюл. № 18. - 2 с.

24. Холодильная установка: А.с. 1545042 СССР, МКИ F 25 B 1/10 /А.Н. Богач, В.И. Живица, В.Е. Когут, А.В. Гордиенко, А.Я. Шехтер (СССР).- № 4290416/23-06; Заявлено 27.07.87; Опубл. 23.02.90, Бюл. № 7 - 2 с.

25. Zhyvytsya V.I. Thermopressor as an intercooler // Scandinavian Refrigeration No 3, 1985.- P.P. 117-120.

Особистий внесок в основні роботи, що написані в співавторстві

[1] - приклади використання принципові ДІВТЕ;

[15,16] - постановка задачі;

[17,18,19] - розробка методик, аналіз результатів;

[20] - постановка експерименту;

[21] - запропонував узагальнену класифікацію;

[22,23,24] - запропонував використання апарата як проміжного охолоджувача.



Перелік опублікованих автором додаткових праць за темою дисертації

26. Живица В.И. Анализ аварий и повышение безопасности эксплуатации двухступенчатых холодильных установок // Тезисы докладов научно-технического семинара “Наука - агропромышленному комплексу”.- Кишинев.- 1981.- С. 28.

27. Живица В.И. Некоторые следствия закона обращения воздействий для потоков в аммиачных холодильных установках // Тезисы докладов научно-технической конференции “Новое в агропромышленном комплексе”, Тернополь, 12 -14 декабря 1992 г. - С. 27.

28. Живица В.И. Термопрессор как промежуточный охладитель, схемные решения для промышленных холодильных установок // Экспресс-информация харьковского ОЦНТИ, Харьков.- 1993.- 12 с.

29. Живица В.И. Технико-экономические проблемы энергетических установок // Вестник Одесского государственного экономического университета, № 64.- 2000.- С. 11-12.

30. Живица В.И. Узлы промежуточного охлаждения для многоступенчатых холодильных установок // Сборник трудов 3-й Международной конференции “Современные проблемы холодильной техники и технологии”, Одесса, Украина, 2003.- С. 56.

31. Живица В.И. Энергетика и экология // Экологическая и техногенная безопасность. Сборник трудов.- Одесса. - № 2.- 2001.- С. 14 -22.

32. Живица В.И., Добровольский И.И. Анализ потребления электроэнергии холодильными цехами в промышленности // Сборник трудов 2-й Международной конференции “Современные проблемы холодильной техники и технологии”, Одесса, Украина, 2002.- С. 48.

33. Живица В.И., Коханский А.И. Обоснование и выбор технических средств регулирования и защиты промежуточного охладителя на основе термпрессора // Труды научно-технического семинара “Повышение надежности холодильного и технологического оборудования”.- 1980.- Калининград.- С. 7-9.

34. Живица В.И., Коханский А.И., Ерихимович И.Я. Обоснование точности поддержания заданных параметров на основе статической характеристики охлаждающей системы // Холодильная техника и технология № 42, Киев, “Технiка”, 1985.- С. 11-13.

35. Живица В.И., Коханский АИ., Овсяник А.В., Ерихимович И.Я. Повышение эффективности эксплуатации двухступенчатой холодильной установки с интенсификацией фризера ОФИ // Научно-технический отчет, Одесса, ОТИХП, госрегистрация № 79024810.- Одесса.-1980.- 198 с.

36. Живица В.И., Онищенко О.А., Шевченко В.В. Современный электропривод холодильных установок // Холодильная техника и технология.- 2000.- № 64.- С. 36-41.

37. Живица В.И., Чумак И.Г., Гордиенко А.В., Когут В.Е. Совершенствование схемных решений холодильных установок производственных холодильников // Тезисы докладов V международной научно-технической конференции по холодильной технике “Развитие холодильников и холодильных машин”, НРБ, Пловдив.- 1986.- С. 56.

38. Живица В.И., Штельмах О.Н. Математическое моделирование впрыскивающих контактных охладителей для аммиачных холодильных установок // Труды Всесоюзной конференции “Холодильная техника - промышленности” Ленинград, 1991.-С. 133.

39. Живиця В.І. Моделювання та вибір енергозберігаючого процесу охолодження пари аміаку в холодильних установках // Збірник доповідей 3-ьої Міжнародної науково-практичної конференції “ПРОБЛЕМИ ЕКОНОМІЇ ЕНЕРГІЇ”, Львів, Україна, 10-14 жовтня 2001.- С. 88.

40. Патент 67888 А Україна, МКІ F25В13/00, Холодильна установка / Живиця В.І., Рибак В.П.(Україна).- № 2003010110; заявл.03.01.2003; опубл. 15.07.2004 Бюл. № 7 2004 р.

41. Патент 50516 А, Україна, МКІ F25B49/00, Спосіб визначення питомої витрати електроенергії на вироблення холоду /Бровіков О.С., Добровольський І.І., Живиця В.І., Живиця Ю.В., Онищенко О.А.(Україна).- № 2002020873; заявл. 04.02.2002; опубл. 15.10.2002; Бюл. № 10, 2002 р.

42. Промежуточный охладитель двухступенчатой компрессионной холодильной машины: А.с. 781512 СССР, МКИ F25 B 1/10, / И.С. Андреев, А.Н. Богач, Н.Ф. Гладушняк, В.И. Живица, Ю.С. Кендра, В.С. Комаров, А.И. Коханский (СССР),.- № 2701910/24-06; Заявлено 25.12. 78; Опубл. 23.11.80, Бюл. № 43 -2 с.

43. Холодильная машина: А.с. 1374005 СССР, МКИ F 25 B 43/02, / И.Г. Чумак, В.И. Живица, В.Е. Когут, А.В. Гордиенко, И.Е. Зачко, А.Н. Богач (СССР).- № 4069146/23-06; Заявлено 21.05.86; Опубл. 15.02.88, Бюл. № 6 -2 с.

44. Холодильная машина: А.с. 1776944 СССР, МКИ F 25 B 43/02, 1/06 /В.И. Живица, В.Е. Когут, В.О. Калюжный, А.Н. Богач, А.В. Гордиенко (СССР).- № 4888103/06; Заявлено 26.10.90; Опубл. 23.11.92, Бюл. № 43 - 2 с.

45. Zhivitsa V.I. Some phenomena in an intercooler at reduced pressure over the liquid ammonia // Bulletin of International Institute of Refrigeration, Paris, 2001. 2, P.46.

46. Zhyvytsya V.I. Swelling phenomena when pressure dropped above liquid ammonia // University of Sofia, Editor K. Fikiin, Bulgaria, Sofia, 1999.- P.P. 223-226.

47. Zhyvytsya V.I., Shtelmakh O.N. Seasonal supply of low temperature cold to fruit and vegetables freezing processes // Papers of International simposium ”New application of refrigeration to fruit processing“, Istanbul, Turkey, 1994.- P.27.

48. Zhyvytsya V.I., Chumak I.G., Fisenko V.V. Application of the conversion influences law for streams in ammonia refrigeration plants // Proceedings of XVIII International Congress of Refrigeration, Montreal, Canada, 1991.- PP.1103-1105.

49. Zhyvytsya V.I., Bogatch A.N., Shtelmakh O.N., Glaseva O.V. Analysis of electrical power consumption in industrial refrigeration plants // Proceedings of meeting of commission B2,C2,D1, D2/B3 of the International Institute of Refrigeration, Bulgaria, Sofia, 1999.- PP. 78 -80.

50. Zhyvytsya V.I., Bogatch A.N., Shtelmakh O.N. Oil cooling processes by using injection of liquid ammonia in screw compressor // Proceedings of meeting of commission B2,C2,D1, D2/B3 of the International Institute of Refrigeration, Dresden, Germany.- 1990.- PP..89 -91.

51. Zhyvytsya V.I., Bogatch A.N., Shtelmakh O.N. Application of direct contact vapour cooler in ammonia refrigeration plant // Proceedings of XVIII International Congress of Refrigeration, 1991, Montreal, Canada.- PP.1099-1102.

52. Zhyvytsya V.I., Bogatch A.N. Desuperheating of vapour in two-stage ammonia refrigeration plant by using the thermopressor // Proceedings of meeting of commission B2,C2,D1, D2/B3 of the International Institute of Refrigeration, Dresden, Germany.- 1990.- PP.39 - 41.

53. Zhyvytsya V.I. Improvement of efficiency of two-stage ammonia refrigeration plant // Food Refrigeration and Processes Engineering Research Center, Langford, University of Bristol, England, News Letters No 43, 1994.- PP.11-12.

54. Zhyvytsya V.I. Dynamics of wet compression // Proceedings of meeting of commission B2,C2,D1, D2/B3 of the International Institute of Refrigeration, Dresden, Germany.- 1990.- PP..56 - 59.

55. Zhyvytsya V.I. Khankaji C. Measuring of specific electrical power consumption per refrigeration output in refrigeration system // Proceedings of the International EEEC conference, Thessalonici, Greece. - 2002.- PP. 20-23.



Анотація

Живиця В.І. Науково-технічні основи створення контактних дисперсних високошвидкісних охолоджувачів для аміачних холодильних установок. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.05.14 - холодильна та кріогенна техніка, системи кондиціонування. - Одеська державна академія холоду, - Одеса, 2004.

Дисертація присвячена розробці науково-технічних основ підвищення ефективності холодильного устаткування шляхом застосування двофазних струминних апаратів з ефектом теплової компресії як охолоджувачів потоків перегрітої аміачної пари та її сумішей з рідким мастилом. У роботі наведено результати дослідження апаратів контактного дисперсного високошвидкісного охолодження для зняття перегріву аміачної пари при міжступеневому стискуванні, охолодження потоку суміші пари та рідкого мастила у ґвинтовому компресорі. Доведено, що використання здобутих результатів визначає нові конструктивно-схемні рішення, які підвищують безпеку експлуатації, енергетичну ефективність промислового багатоступеневого аміачного холодильного обладнання. Результати роботи використовуються в вітчизняній холодильній промисловості, країнах СНД, за кордоном, в навчальному процесі, шляхом наведення відповідної інформації у двох виданнях підручника для студентів вищих навчальних закладів - “Холодильні установки” і при використанні у лекційних курсах, курсовому та дипломному проектуванні, вони також використані у довіднику з теплообмінної апаратури холодильних установок.

Ключові слова: контактні теплообмінники, двофазні струминні апарати, ефект теплової компресії, безпека експлуатації, енергетична ефективність.



Аннотация

Живица В.И. Научно-технические основы создания контактных дисперсных высокоскоростных охладителей для аммиачных холодильных установок. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук по специальности 05.05.14 - Холодильная и криогенная техника, системы кондиционирования. - Одесская государственная академия холода. - Одесса, 2004.

Диссертация посвящена разработке научно-технических основ и созданию высокоэффективных и безопасных охладителей паровых и паромасляных потоков для промышленных аммиачных холодильных установок.

Для решения научно-прикладной проблемы в диссертации были показаны принципиальные недостатки и бесперспективность улучшения существующих традиционных охладителей барботажного типа, предложено изменить как способ охлаждения, так и устройства для охлаждения потоков перегретого пара аммиака и масляно-аммиачной смеси. Так, было предложено применить испарительное контактное дисперсное высокоскоростное охлаждение в потоке, для чего проведена теоретическая проработка, проведены экспериментальные исследования и самое главное - проверка правильности решений достаточно длительной практикой эксплуатации предложенных аппаратов в реальных условиях на холодильных предприятиях в нашей стране и за её пределами. На основании анализа следствий закона обращения воздействий для дозвукового потока показано, что при испарительном контактном охлаждении пара аммиака в диапазоне температур и давлений, характерных для установок умеренного холода, возможно получение эффекта тепловой компрессии. Соответствующий двухфазный струйный аппарат, называемый в некоторых научно-технических изданиях термопрессором, был исследован как промежуточный охладитель между ступенями сжатия, а также как охладитель потока масляно-аммиачной смеси после винтового маслозаполненного компрессора, даны методы расчета аппаратов для контактного дисперсного высокоскоростного охлаждения и типовые схемы их применения в составе различных холодильных систем, рассчитана соответствующая таблица конструктивных параметров (типоразмеров) аппаратов для наиболее часто используемых диаметров трубопроводов. Разработаны и исследованы новые схемные решения для различных видов холодильных установок, проведено сравнение технико-экономических показателей предложенных решений с традиционными. Результаты работы внедрены в промышленность в виде аппаратов примерно для 60 установок в количестве 250-300 штук, включены в справочник по теплообменным аппаратам, учебники по холодильным установкам, используются в лекциях для студентов, курсовом и дипломном проектировании.

Ключевые слова: аммиачная холодильная установка, контактный теплообменник, термопрессор, промежуточное охлаждения, маслоохладители, безопасность, энергетическая эффективность.



Abstract

Zhyvytsya V.I. The scientific and technological fundamentals for design of contact dispersed high speed coolers for ammonia refrigeration plants. - Manuscript.

Dissertation for the Doctor of Technical Science Degree by specialty 05.05.14 - Refrigeration and cryogenics engineering, conditioning systems. - Odessa State Academy of Refrigeration, - Odessa, 2004.

The dissertation is devoted to the development of scientific and technological fundamentals aimed for design of the contact dispersed high velocity coolers for ammonia refrigeration plants. The analysis of traditional bubbling intercoolers has shown the dead end in the way to improve their exploitation properties because of unavoidable pressure losses within apparatus through ammonia vapor superheat removing .

From statistics is known that the main reason of breakdowns with ammonia compressors is slugging. When interstage cooling (or desuperheating) of discharged highly superheated ammonia vapor within closed or open type of intercooler, wet compression or even slugging phenomena occurs frequently in the high-stage compressor e.g. after intercooler. The pressure losses due to vapor bubbling through the liquid layer of ammonia in intercooler are about 14-20 kPa (6-12 % of the total pressure). These losses decrease the volumetric efficiency in both low- and high-stage compressors. The above intercoolers have relatively large volume and mass.

The gas-dynamic device performing the function of a compressor, called the thermopressor, exploits the possibility of raising the total pressure (phenomenon of heat compression) of a high-speed vapor stream through cooling of the vapor. Nothing stands in the way of installing the thermopressor in refrigeration plant for desuperheating purposes in multi-stage compression. the vapor or vapor-liquid flow with various energy transformations is a part of processes in refrigeration equipment. Thermodynamics of flow plays an important role not only for studying, but also for organizing these processes in a more effective way. This paper describes an attempt to apply the methods of thermodynamics of flow, which is shown as the consequences of the conversion influences law applied for superheated flow in ammonia refrigeration plants.

Refrigerant in ducts and apparatus flows under various influences such as change of the phase state; energy exchange with an ambient media; change of cross-sectional area and so on. It is interesting to know how flow parameters (velocity, temperature, and pressure) are affected by some external influences. The peculiarity of the system of flow equations called the conversion influences law is that under determined change of stream parameters (velocity, temperature, pressure etc.) the final results will depend on the ratio between velocity of stream and local sonic velocity. The equations were obtained only by the thermodynamics laws for stream hence there are some limitations to their use. The approximate results can be put into practice and will reflect as a rule the principal properties of real stream in a right way. The most essential result taken from analysis is the fact that cooling of stream tends to increase stagnation pressure.

The dissertation illustrates the value of the criterion as a function of operational conditions for two-stage ammonia refrigeration plant. The working equation of relative pressure change of stream in cooling process by using injection of liquid refrigerant could be obtained through integration the corresponding differential equation. When applying to the perfect gas and taking into account the following assumptions: neglecting of friction; the cross-section area is constant; all injected liquid is completely vaporized, the final equation has been shown. There is a range of Mach number where vapor pressure after cooling is higher than vapor pressure before the cooler. It has been shown the curves of relative pressure change as a function of Mach numbers for vapor cooling between compression stages for different operational conditions in two-stage ammonia refrigeration plant. The velocity of flow in the duck of intermediate cooler in this case should be within the region of 0.3 - 0.6 of Mach numbers. The governing equations for injection contact coolers for ammonia refrigeration plants are shown. The heat compression effect could be achived only through injection of cooling liquid. The necessary and sufficient conditions to apply discrete pulse input and power transformation have been analyzed. By using the thermopressor as an intercooler in two-stage ammonia refrigeration plant the following results were obtained:

The superheat in high-stage suction line was not more than 10-15 oC;

The discharge temperature had been decreased up to 10-15 oC;

The specific power consumption had been reduced at 2-3%;

The simplified start and stop operation were obtained;

The volume and mass of the intercooler have been reduced approximately by two orders.

The same approach has been applied to oil cooling in oil flooded screw low stage compressors. It was shown that because mass flow rate of oil is considerably higher, the properties of the flow are completely determined by oil flow. In this case paying by refrigeration capacity decrease (6…8%) the water cooling system could be avoid completely. The experience of exploitation more than 60 of the above intercoolers has shown that they are quite effective and reliable devices. The main advantage of their use is the higher safety of refrigeration plant exploitation.

Key words: ammonia refrigeration plant, intercooling, thermopressor, contact dispersed high velocity cooling, safety, reliability, energy efficiency.



Скорочення й умовні позначки

ДІВТЕ - дискретно-імпульсне введення і трансформація енергії;

ҐМК - ґвинтовий мастилозаповнений компресор;

В - випарник;

КДВО - контактне дисперсне високошвидкісне охолодження;

КД - конденсатор;

КМ - компресор;

СА - струминний апарат;

СВТ - ступінь високого тиску;

СНТ - ступінь низького тиску;

ПП - проміжна посудина;

РВ - реґулювальний вентиль;

ТГДЕ - термогазодинамічний ефект;

ТП - термопресор.

A - поперечний перетин каналу, [м2];

а - коефіцієнт температуропроводності [м2/с];

B = 1 2 ;

C - коефіцієнт, константа;

cp12 - середнє значення між станами 1 і 2, [Дж/(кг K)];

cp - питома теплоємність рідини в краплинах, [Дж/(кг K)];

dz - об'ємно-поверхневий середній діаметр краплини (діаметр по Заутору), [м];

dLin - значення d безпосередньо після розпилення, [м];

F - поверхня, [м2]; сила, [Н]; m - масова витрата, [кг/с];

h - питома ентальпія, [Дж/кг];

k - показник адіабати, коефіцієнт теплопередачі, [Вт/(м2 К)];

L - довжина, [м];

N - потужність, [Вт];

P, p - тиск, [Па];

r - радіальна координата [м], питома теплота фазового переходу, [Дж/кг];

Q - тепловий потік, холодопродуктивність, [Вт];

q - питома холодопродуктивність, питомий тепловий потік, [Дж/кг];

T - абсолютна температура, [К]; V - об'єм, [м3];

v - питомий об'єм, [м3/кг];

W - місцева молекулярна маса газової фази;

w - швидкість, [м/с]; x - випаровувана частка, паромісткість;

y - відносна швидкість впорскуваної рідини і газу;

z - повздовжня координата, [м];

б - коефіцієнт тепловіддачі, [Вт/(м2 К)];

е - холодильний коефіцієнт;

у - критеріальний коефіцієнт; коефіцієнт поверхневого натягу, [Н/м];

ф - час, [c]; - к.к.д.;

о - коефіцієнт поверхневого тертя в трубопроводі;

с - густина, [кг/м3];

M - число Маха;

Nu - число Нуссельта.

ПІДРЯДКОВІ ІНДЕКСИ: 0 - параметр гальмування; 1 - на вході в секцію випаровування; 2 - на виході із секції випаровування; 3 - на виході з дифузора; ef - ефективний; L - рідина; v - пара; M - мастило; mix - суміш.

Размещено на Allbest.ru

...