РАЗДЕЛ 2
МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОБОСНОВАНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПОВЫШЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ
ЭФФЕКТИВНОСТИ ВОЗДУХООХЛАДИТЕЛЕЙ СУДОВЫХ СИСТЕМ РЕФРИЖЕРАЦИИ
2.1. Обоснование направления и методов исследования тепловой эффективности
воздухоохладителей
Системы охлаждения грузовых трюмов рефрижераторных судов потребляют до 20–40 %
энергии, вырабатываемой судовой электростанцией. Расходы топлива на их работу
сопоставимы с его затратами на обеспечение хода судна. Анализ практики
проектирования и эксплуатации судовых систем рефрижерации свидетельствует о
том, что их развитие идет в направлении сокращения энергетических потерь в
холодильных циклах из-за внешней необратимости, обусловленных недостаточно
высокой интенсивностью теплообмена в охлаждающих приборах – хладоновых ВО,
приводящей, в свою очередь, к дополнительным затратам мощности компрессоров на
поддержание повышенных разностей температур между охлаждаемым воздухом и
кипящим хладагентом, а также уменьшения затрат мощности электровентиляторов на
преодоление аэродинамического сопротивления ВО. Как первая, так и вторая статья
энергетических затрат связаны с эффективностью работы ВО.
Системы рефрижерации современных судов оборудуют оребренными ВО с
принудительной циркуляцией воздуха [9, 17,18]. Интенсификация теплопередачи в
ВО и, как следствие, уменьшение разности температур, с одной стороны,
обеспечивают повышение температуры кипения и, соответственно, сокращение
потребляемой компрессорами электроэнергии (при заданной температуре воздуха), а
с другой, – понижение температуры воздуха (при неизменной температуре кипения),
что позволяет сократить затраты на его циркуляцию и, соответственно, расход
электроэнергии на привод воздушных вентиляторов. В обоих случаях снижение
расхода электроэнергии способствует рациональному потреблению
топливно-энергетических ресурсов судном в целом и СЭУ в частности.
Анализируя ВО для трюмов и провизионных кладовых судов следует отметить
следующее. Технический уровень ВО определяется такими характеристиками, как тип
оребрения, и, прежде всего, его шаг, как основной параметр, определяющий
эффективность работы (энергетические показатели, надежность эксплуатации) всей
системы рефрижерации, компоновочное решение, обеспечивающее наиболее
рациональное расположение ВО в трюмах (кладовых); установленная мощность
электродвигателей вентиляторов ВО.
В последнее десятилетие для хладоснабжения, в частности, провизионных кладовых
судов широко используют децентрализованные системы на базе блочных фреоновых
автоматизированных холодильных машин полной заводской готовности [22]. Блочная
холодильная машина включает компрессорно-конденсаторный агрегат и ребристый ВО
с осевым или центробежным вентилятором. Так, ВО судовых блочных холодильных
машин, разработанных Харьковским ОКБ холодильных машин [23], представляет собой
трехсекционный испаритель, собранный из пучков медных трубок диаметром 12 мм,
расположенных в шахматном порядке, с насаженными на них алюминиевыми ребрами.
Шаг ребер в двух секциях (по ходу воздуха) 8 мм и в одной – 4,5 мм.
Анализ практики проектирования и эксплуатации судовых ВО, результатов их
теоретических и экспериментальных исследований показывает, что основной
тенденцией в совершенствовании конструкции ВО является применение ребристых
поверхностей с разным шагом ребер.
Выбор шага ребер зависит от условий эксплуатации ВО: для морозильных камер
(температура порядка –25 єС) или для фруктовых холодильников. При работе ВО в
этих условиях (температура кипения хладагента ниже 0 єС) на их поверхности
образуется иней, что приводит к снижению холодопроизводительности. Считается,
что во время эксплуатации холодопоизводительность в результате образования инея
не должна снижаться более чем на 20 % [31].
ВО оттаивают довольно часто: минимум два раза в сутки при разности температур в
них = 5 єС и четыре раза при = 10 єС. В этом случае могут применяться ВО с
шагом ребер 5…8 мм. Чтобы уменьшить опасность забивания инеем межреберного
пространства первых рядов труб ВО в камерах хранения фруктов (температура около
0 єС) и морозильных камерах (температура порядка –25 єС) и увеличить
продолжительность периодов между оттаиванием, шаг ребер увеличивают до 15 мм и
более.
Если в ВО судовых систем микроклимата, работающих при плюсовых температурах
кипения, имеет место тенденция к увеличению коэффициента оребрения (снижению
шага ребер) [8, 36], то совершенствование ВО судовых систем рефрижерации
связано с применением оребрения с разным шагом ребер: большим - в первых по
ходу воздуха рядах труб, что исключает их закупорку инеем, и меньшим - в
последующих. В трюмных ВО шаг ребер находится в интервале 7,5…15 мм,
провизионных кладовых – 3,5…8 мм.
В качестве объекта экспериментального исследования использовали судовые
воздухоохладители с унифицированной трубно–пластинчатой поверхностью [8, 101].
ВО по высоте и глубине имели восемь рядов трубок. Опытный участок
воздухоохладителя включал четыре ряда труб. Два ряда труб до опытного участка и
два после служили для формирования структуры воздушного потока. Было
изготовлено восемь ВО с различными шагами ребер: 1,4; 1,8; 2,2; 2,8; 3,0; 4,3;
5,3; 6,2 мм. Температуру поверхности ВО измеряли в 9 точках с помощью
термопар.
Испытания проводились методом разделения нагрузок, позволяющим определять
основные тепловые характеристики ВО (коэффициенты теплоотдачи и теплопередачи,
влаговыпадения и др.) и производить доводку теплообменной поверхности с целью
определения оптимальных геометрических и режимных параметров ее работы
(см.разд.3). Методика испытаний и обрабо
- Київ+380960830922