ПАРОВОДЯНАЯ ЭЖЕКТОРНАЯ ХОЛОДИЛЬНАЯ МАШИНА
STEAM-WATER EJECTING REFRIGERATING MACHINE

Изобретение относится к холодильной технике, а конкретно к пароводяным эжекторным холодильным машинам (ПЭХМ), применяемым в энергетике, металлургической, химической и других отраслях промышленности для обеспечения холодной водой установок кондиционирования воздуха и различных технологических систем.
ПЭХМ преимущественно находят применение на объектах, располагающих (особенно в летнее время) избытком водяного пара, например пара промежуточных отборов на электростанциях, пара испарительного охлаждения на металлургических предприятиях и т.п., а также развитыми системами оборотного водоснабжения или другими, в том числе естественными, источниками охлаждающей воды.
К достоинствам ПЭХМ относятся: простота конструкции и обслуживания, сравнительно низкие капитальные затраты, высокая надежность и ресурс работы, возможность эксплуатации длительными периодами без непосредственного обслуживания, малый расход запасных частей.
Основными элементами ПЭХМ являются: испаритель, конденсатор, эжекторы и воздухоотсасывающее устройство.
Нашли применение ПЭХМ с поверхностными кожухотрубчатыми конденсаторами и с конденсаторами смешения.
Преимуществами ПЭХМ с поверхностными конденсаторами являются сохранение конденсата рабочего пара с последующим его возвратом в конденсатно-питательную систему парогенератора и меньшие габаритные размеры, а ПЭХМ с конденсаторами смешения - более низкие температура и давление конденсации при той же температуре охлаждающей воды (благодаря отсутствию промежуточной теплообменной поверхности в конденсаторе) и, как следствие, меньшая степень сжатия в эжекторе и меньшие расходы рабочего пара и охлаждающей воды при равной холодопроизводительности машин. Однако в таких машинах конденсат смешивается с охлаждающей водой и не может быть возращен в парогенератор, что приводит к дополнительным расходам на водоподготовку.
Данное изобретение касается ПЭХМ с поверхностными кожухотрубчатыми конденсаторами.
Известны три конструктивно-компоновочные схемы ПЭХМ с поверхностными кожухотрубчатыми конденсаторами (см. Холодильные машины. Справочник. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982, с.177-179), характерные особенности которых следующие:
Схема 1. Горизонтальный испаритель и горизонтальный конденсатор установлены параллельно на отдельных опорах, а горизонтальные эжекторы расположены над этими аппаратами перпендикулярно их продольным осям и присоединены своими всасывающей и напорной частями к патрубкам, установленным на корпусах соответственно испарителя и конденсатора. Основные недостатки этой схемы:
а) эжекторы размещены вне объема аппаратов и являются источником интенсивного шумовыделения;
б) поскольку испаритель и конденсатор устанавливаются раздельно и механическая связь между ними обеспечивается только диффузорами эжекторов, конструкция в целом оказывается недостаточно жесткой, а вследствие того, что частота собственных колебаний у испарителя и конденсатора различная, места присоединения диффузоров эжекторов к патрубкам испарителя и конденсатора подвергаются постоянным переменным нагрузкам; что свою очередь приводит к частым потерям герметичности соединений и нарушениям нормальной работы машин.
Схема 2. Горизонтальный испаритель размещен над горизонтальным конденсатором и закреплен на нем, образуя аппаратный блок, а по обеим сторонам этого блока вертикально установлены эжекторы, подсоединенные всасывающей и напорной частями к патрубкам, установленным соответственно на испарителе и конденсаторе. Основные недостатки этой схемы:
а) эжекторы размещены вне объема аппаратов и являются источником интенсивного шумовыделения;
б) наличие патрубков, соединяющих эжектор с испарителем и конденсатором, создает дополнительное гидравлическое сопротивление до и после эжектора, что приводит к потерям энергии и требует увеличенного расхода рабочего пара на единицу холода.
в) большая высота машины, из-за чего, с учетом допускаемых транспортных габаритов, невозможна поставка машины в собранном виде, а поэтому необходимо большое количество разъемных соединений, из-за чего затрудняется сохранение герметичности машины при длительной эксплуатации, а также увеличиваются металлоемкость, трудоемкость и стоимость изделия.
Схема 3. Горизонтальный испаритель установлен над горизонтальным конденсатором параллельно ему, вертикальные эжекторы встроены в объем испарителя, а их выходные части, выступающие за пределы корпуса испарителя, выполняют роль опор, крепящих испаритель к патрубкам конденсатора. Такое исполнение ПЭХМ имеет определенные преимущества, в том числе компактность и более низкий уровень шума. Однако этим машинам свойственны и существенные недостатки, основными из которых являются следующие:
а) направление движения холодного пара, образующегося в испарителе (снизу вверх), и рабочего пара, поступающего в камеру смешения из сопел (сверху вниз), противоположное, что приводит к увеличению потерь энергии при ударе в процессе смешения этих сред и, как следствие, к увеличению потребного расхода рабочего пара на единицу холода;
б) поток смеси паров, выходящий из диффузора эжектора, направлен непосредственно на конденсаторные трубки, и для их защиты от эрозионного износа и разрушения перед трубками устанавливаются пароотбойники, которые создают дополнительное гидравлическое сопротивление потоку паров с соответствующими потерями энергии;
в) из-за размещения эжекторов в испарителе уменьшаются свободный объем парового пространства и площадь зеркала испарения, что ухудшает условия кипения рабочей воды и аэродинамические характеристики потока холодного пара, что приводит к увеличению уноса капельной влаги с холодным паром;
г) при размещении вертикальных эжекторов в объеме испарителя рабочая вода контактирует с диффузорами эжекторов, имеющими существенно более высокую температуру, чем температура кипения в испарителе, и вскипает, нагружая эжекторы паром, не участвующим в генерации холода, что является причиной снижения полезной холодопроизводительности машины и ухудшения ее энергетических показателей;
д) для обеспечения доступа к пароотбойникам при их ремонте или замене соединение испарителя с конденсатором должно быть разъемным, что существенно увеличивает суммарный периметр прокладочных уплотнений, а соответственно, и количество воздуха, подсасываемого в вакуумные полости машины;
е) при проведении ремонта или замены пароотбойников необходимо снимать испаритель с конденсатора, т.е. производить практически полный демонтаж машины с продолжительным выводом ее из действия, а также увеличением эксплуатационных затрат.
Технической задачей настоящего изобретения является повышение экономичности, надежности и других технических характеристик пароводяной эжекторной холодильной машины, а также сокращение сроков и стоимости монтажа, обслуживания при эксплуатации и ремонте.
Поставленная задача решаются путем создания следующей конструкции пароводяной эжекторной холодильной машины, содержащей испаритель, конденсатор и горизонтальные эжекторы, расположенные перпендикулярно продольным осям этих аппаратов.
Испаритель и конденсатор выполнены горизонтальными и установлены рядом параллельно друг другу на общей раме, а горизонтальные эжекторы расположены над этими аппаратами.
На верхней части корпуса испарителя укреплена камера всасывания с плоскими вертикальными передней и задней стенками, сообщающаяся с внутренним объемом испарителя через окна в его корпусе.
На верхней части корпуса конденсатора установлена приемная камера с плоской вертикальной передней стенкой и пароотбойником, выполненным в виде выгнутой наружу преимущественно по радиусу задней стенки, сообщающаяся с межтрубным пространством конденсатора через окно в его корпусе. Сопла эжекторов установлены на передней стенке камеры всасывания, а диффузоры закреплены в задней стенке камеры всасывания и передней стенке приемной камеры
Пространство между корпусами испарителя и конденсатора, включая диффузоры эжекторов, заключено в герметичную промежуточную камеру, образованную верхней стенкой, присоединенной к верхней части задней стенки камеры всасывания и к верхней части передней стенки приемной камеры, боковыми стенками и нижней стенкой, закрепленными на корпусах испарителя и конденсатора, соединяя между собой испаритель, конденсатор, камеру всасывания и приемную камеру в единый блок.
В зоне воздухоохладителя конденсатора вдоль его корпуса предусмотрены отверстия, сообщающие межтрубное пространство воздухоохладителя с полостью промежуточной камеры, которая снабжена патрубком для подсоединения к воздухоотсасывающему устройству.
Кроме того, для отвода влаги, которая может образовываться при конденсации паров, патрубок, предназначенный для подсоединения промежуточной камеры к воздухоотсасывающему устройству, целесообразно размещать на нижней стенке промежуточной камеры.
Кроме того, нижняя кромка пароотбойника может быть закреплена на корпусе конденсатора на 25-50 мм ниже окна, соединяющего приемную камеру с межтрубным пространством конденсатора, с образованием желоба для улавливания капельной влаги, содержащейся в потоке пара, поступающего в приемную камеру.
Предлагаемое изобретение поясняется примером его использования и прилагаемыми чертежами:
на фиг.1 схематично показан общий вид пароводяной эжекторной холодильной машины, продольный разрез;
на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1;
на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1.
Горизонтальный испаритель 1 и горизонтальный кожухотрубчатый конденсатор 2 установлены рядом параллельно друг другу на общей раме 3, а горизонтальные эжекторы 4 расположены над этими аппаратами перпендикулярно их продольным осям.
На верхней части испарителя укреплена камера всасывания 5, образованная плоскими вертикальными передней стенкой 6 и задней стенкой 7, боковыми стенками 8 и крышкой 9, причем камера всасывания 5 сообщается с внутренним объемом испарителя 1 через окна 10 в его корпусе.
На верхней части конденсатора 2 установлена приемная камера 11, образованная плоской вертикальной передней стенкой 12, боковыми стенками и пароотбойником 13, выполненным в виде выгнутой наружу преимущественно по радиусу задней стенки, причем приемная камера 11 сообщается с межтрубным пространством конденсатора 2 через окно 14 в его корпусе. Сопла 15 эжекторов 4 установлены на передней стенке 6 камеры всасывания 5, а диффузоры 16 закреплены в задней стенке 7 камеры всасывания 5 и передней стенке 12 приемной камеры 11.
Испаритель 1 снабжен устройством 17 для ввода отепленной рабочей воды и патрубком 18 для отвода охлажденной рабочей воды, а конденсатор -патрубком 19 для отвода конденсата.
Пространство между корпусами испарителя 1 и конденсатора 2, включая диффузоры 16 эжекторов 4, заключено в промежуточную герметичную камеру 20, образованную верхней стенкой 21, присоединенной к верхней части задней стенки 7 камеры всасывания 5 и к верхней части передней стенки 12 приемной камеры 11, боковыми стенками 22 и нижней стенкой 23, закрепленными на корпусах испарителя 1 и конденсатора 2. Таким образом, промежуточная камера 20 объединяет между собой испаритель 1, конденсатор 2, эжекторы 4, камеру всасывания 5 и приемную камеру 11 в единый блок, а ее стенки выполняют функцию ребер жесткости.
В зоне воздухоохладителя 24 конденсатора 2 вдоль его корпуса предусмотрены отверстия 25, сообщающие межтрубное пространство воздухоохладителя 24 с полостью промежуточной камеры 20, которая снабжена патрубком 26 для подсоединения к воздухоотсасывающему устройству, причем патрубок 26 размещен на нижней стенке 23 промежуточной камеры 20, чем обеспечивается удаление влаги, которая может образовываться при конденсации пара.
Нижняя кромка пароотбойника 13 закреплена на корпусе конденсатора 2 на 25-50 мм ниже окна 14, соединяющего приемную камеру 11 с межтрубным пространством конденсатора 2, благодаря чему образован желоб 27 для улавливания капельной влаги, содержащейся в потоке пара, поступающего в приемную камеру 11 из диффузоров 16.
Соединение всех составных частей машины выполнено на сварке.
Описанная машина работает следующим образом.
Отепленная у потребителя рабочая вода через устройство 17 вводится в испаритель и разбрызгивается в его паровом пространстве. К соплам 15 подводится рабочий пар, который расширяется в них и с большой скоростью (1000-1200 м/сек) поступает в диффузоры 16, вакуумируя объем испарителя 1 до остаточного давления преимущественно в пределах 0,8-1,2 кПа. Попадая в вакуумированный объем, часть рабочей воды (примерно 1% от общего количества) испаряется, отнимая теплоту, необходимую для вскипания, от основной части рабочей воды, и охлаждая ее до требуемой температуры преимущественно в пределах 5-10°С, соответствующей остаточному давлению в испарителе. Охлажденная рабочая вода сливается в нижнюю часть испарителя, откуда выводится через патрубок 18 и направляется к потребителю. Образовавшийся холодный пар через окна 10 отсасывается потоком рабочего пара в диффузоры 16, где пар сжимается до давления в переделах 5-8 кПа и по выходе из диффузоров поступает в приемную камеру 11, откуда, благодаря изогнутой форме пароотбойника, направляется через окно 14 в межтрубное пространство конденсатора 2, а содержащаяся в паровом потоке капельная влага ударяется в пароотбойник и по его стенке сливается в желоб 27. Пар, поступающий в межтрубное пространство, конденсируется, отдавая теплоту конденсации охлаждающей воде, циркулирующей по трубкам конденсатора 2. Образовавшийся конденсат отводится через патрубок 19, а воздух поступает в межтрубное пространство воздухоохладителя, охлаждается в нем и через отверстия 25 попадает по промежуточную камеру 20, откуда через патрубок 26 откачивается воздухоотсасывающим устройством, например, пароструйным или водоструйным эжектором. При этом в результате непрерывной откачки воздуха в промежуточной камере 20 поддерживается давление 5-8 кПа (равное давлению конденсации). Благодаря тому, что диффузоры 16 эжекторов 4 размещены внутри вакуумированной промежуточной камеры 20, обеспечивается эффективное глушение шума, создаваемого потоком пара в диффузорах. Кроме того, разрежение в промежуточной камере позволяет уменьшить величину теплопритоков от конденсатора к испарителю, а следовательно, увеличить полезную холодопроизводительность машины при равных расходах рабочих сред (рабочего пара, охлаждающей воды, электроэнергии на привод насосов и т.п.).
Предлагаемая конструкция холодильной машины имеет следующие преимущества:
а) благодаря тому, что испаритель и конденсатор установлены на общей раме и связаны между собой стенками промежуточной камеры, достигается исполнение машины в виде цельносварного моноблока жесткой конструкции;
б) моноблочное исполнение машины позволяет свести к минимуму количество разъемов и соответственно периметр прокладочных соединений, что в свою очередь снижает трудоемкость изготовления, дает возможность производить поставку изделия в полной заводской готовности, существенно упрощает и удешевляет монтаж, сокращает объем пуско-наладки машины, резко уменьшает вероятность разгерметизации машины в процессе эксплуатации и тем самым повышает надежность работы машины длительными циклами без обслуживания;
в) обеспечен равномерный отсос холодного пара из испарителя в камеру всасывания с поворотом его потока на 90°, благодаря чему существенно уменьшаются ударные потери при встрече и смешении потоков холодного и рабочего пара и тем самым уменьшается потребный расход рабочего пара на единицу производимого холода;
г) главные эжекторы размещены вне объема испарителя, благодаря чему улучшены условия для кипения охлаждаемой рабочей воды, организации потока холодного пара и сепарации из него капельной влаги, а также исключен подвод тепла к охлажденной рабочей воде от диффузоров эжекторов;
д) обеспечено равномерное распределение потока пара, истекающего из диффузоров, в межтрубное пространство конденсатора;
е) благодаря тому, что объем между испарителем и конденсатором, а также диффузоры эжекторов заключены в промежуточную камеру, находящуюся под вакуумом, существенно снижена интенсивность шумовыделения от потока пара в диффузорах в окружающую среду, а также уменьшены теплопритоки от конденсатора к испарителю;
ж) отверстия, расположенные в зоне воздухоохладителя по длине корпуса конденсатора и соединяющие его межтрубное пространство с полостью промежуточной камеры, обеспечивают равномерный отсос воздуха из конденсатора, благодаря чему повышается эффективность теплообмена в конденсаторе;
з) размещение патрубка отсоса воздуха на нижней стенке промежуточной камеры исключает возможность скопления влаги в ней и сопутствующие коррозионные процессы на ее внутренних поверхностях;
и) благодаря желобу, сформированному на стыке пароотбойника и корпуса конденсатора для сепарации капельной влаги из потока пара, предотвращается эрозия конденсаторных трубок без использования дополнительных защитных устройств, требующих периодической замены с сопутствующей разборкой машины;
к) жесткое моноблочное исполнение машины с горизонтальными аппаратами позволяет, при соответствующем дизайнерском оформлении, устанавливать машины на крышах производственных зданий и других объектов.