ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ОТДЕЛИТЕЛЬ ЖИДКОСТИ

Полезная модель относится к холодильной технике, в частности, к сосудам и аппаратам, выполняющим функции отделителя жидкого хладагента для защиты компрессора от гидравлического удара.
Известно, что для защиты компрессора от гидравлического удара в составе действующих холодильных установок применяют:
- отделитель жидкости, как технологическая единица, соединенная сливной трубой с защитным ресивером (ОЖ+ЗР);
- отделитель жидкости в комплекте с циркуляционным ресивером (ОЖ+ЦР);
- вертикальный циркуляционный ресивер с функцией отделителя (ВЦР).
Парожидкостная смесь, поступающая из охлаждаемого объекта, разделяется на жидкую и паровую фазы вследствие резкого уменьшения скорости и изменения направления движения хладагента при нахождении в отделителе (См. книгу «Холодильные машины» под ред. д.т.н. Тимофеевского П.С. С-Петербург. Политехника, 1997 г, с.882).
Несмотря на применение отделителя жидкости (ОЖ+ЗР; ОЖ+ЦР, ВЦР), гидравлические удары остаются основной и тяжелой аварией (См. статью Соломахи Ю.К. «Анализ причин прорывов и утечек аммиака из холодильных установок». Холодильная техника. 1984, №4, с.48-50). Это вызвано тем, что эффективность разделения парожидкостной смеси в отделителе жидкости значительно падает при возрастании тепловой нагрузки на охлаждаемый объект. Под действием теплоты происходит бурное вскипание хладагента, что увеличивает объем и массу поступающей парожидкостной смеси. Это в свою очередь приводит к возрастанию скорости ввода парожидкостной смеси в отделитель жидкости, что способствует поступлению части жидкостной фазы в компрессор и, следовательно, гидравлическому удару.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является отделитель жидкости завода «Компрессор» (См. справочник «Холодильная техника» Под редакцией Кобулашвили Ш.Н., М., Госторгиздат. 1960 г. Том 1. С.297). Этот отделитель жидкости для разделения парожидкостной смеси содержит:
- вертикальный цилиндрический корпус;
- патрубок ввода парожидкостной смеси;
- патрубок отвода паровой фазы в компрессор,
- патрубок слива жидкого хладагента в ресивер (в ЗР или в ЦР).
Он имеет следующий недостаток: при увеличении тепловой нагрузки на охлаждаемый объект, эффективность разделения парожидкостной смеси падает и часть жидкости проходит через отделитель в компрессор.
Техническая задача - создание дополнительного отделителя жидкости, способного отделять паровую фазу от жидкой при возросшей скорости поступления парожидкостной смеси из охлаждаемого объекта.
Технический результат заявляемой полезной модели - повышение эффективности разделения парожидкостной смеси хладагента и обеспечение надежной защиты компрессора от гидравлического удара.
Он достигается тем, что заявляемый отделитель установлен на трубопроводе отвода паровой фазы из основного отделителя и выполнен двухкорпусным типа "труба в трубе", причем разделяющая стенка содержит горизонтальные щелевидные отверстия. Патрубок ввода парожидкостной смеси введен во внутреннюю трубу касательно и снизу, а патрубок слива жидкости установлен в нижней части внешней трубы. Патрубок отвода паровой фазы из заявляемого отделителя установлен во внутренней трубе соосно снизу и до верхней зоны с образованием кольцевой камеры.
Заявляемый отделитель представлен на рисунке. Он содержит:
- внешний корпус (внешнюю трубу) 1,
- разделяющую стенку 2,
- горизонтальные щелевидные отверстия 3,
- сливной патрубок 4,
- патрубок ввода парожидкостной смеси 5,
- патрубок отвода паровой фазы 6,
- внутренний корпус (внутреннюю трубу) 7.
Отделитель выполнен в виде единичного модуля из труб диаметром не более 150 мм. Это позволяет упростить конструкцию и технологичность изготовления, а также отказаться от применения предохранительных клапанов (см. п.9.1. правил ПБ 09-595-03 ). Для действующей холодильной установки дополнительный отделитель жидкости изготовлен из нескольких модулей, количество которых определяют по условию неразрывности потока (см. рис.).
Заявляемый отделитель работает следующим образом. Парожидкостная смесь, прорвавшаяся через основной отделитель, поступает в патрубок ввода 5. В результате его касательного расположения парожидкостная смесь закручивается и разделяется на тяжелую фазу (жидкость) и на легкую (пар). Жидкость центробежной силой прижимается к разделяющей стенке 2 и через отверстия 3 выдавливается внутрь внешней трубы, откуда по сливному патрубку 4 сливается в ресивер. Пар, как легкая фаза, поднимается вверх внутренней трубы 7 и из этой зоны отсасывается через патрубок отвода 6. Расположение патрубка ввода 5 внизу и патрубка слива жидкости 4 снизу позволяет избежать явления захлебывания. Кроме того, отвод пара из верхней зоны внутренней трубы 7, также позволяет избежать влияния захлебывания и создает кольцевую камеру для лучшего закручивания парожидкостного потока.
Во фреоновых холодильных установках отмечены гидравлические удары в компрессоре, когда вместе с паром в компрессор попадает смазочное масло. Применение дополнительного отделителя, который надо установить между теплообменником и компрессором, позволяет осуществить защиту от гидравлического удара.
т
В основном отделителе завода "Компрессор" (прототип) отделение жидкости происходит под действием силы тяжести G=m·g, а в заявляемом отделителе - под действием центробежной силы  (см. книгу Плановского Л.Н., Николаева П.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. Москва. Химия. 1987. С.48-51) Сравнительный фактор разделения равен:
где m - масса частиц жидкости в парожидкостной смеси, кг,
2
g - ускорение силы тяжести, м/с;
W - окружная скорость жидкости частицы, м/с;
r - радиус вращения жидкости частицы, м.
Скорость ввода парожидкостной смеси в заявляемый отделитель определена 6-8 м/с из условия надежной и экономичной работы холодильной установки ( см. справочник "Проектирование холодильных сооружений". Под редакцией к.т.н. Быкова А.В. Москва. Пищевая промышленность. 1978. С.80-86 ). Если принять окружную скорость W=7 м/c и максимальный радиус закручивания потока r=0.065 (исходя из диаметра внешней трубы 0.15 м) то коэффициент сравнительного разделения будет равен:
Таким образом, применение дополнительного отделителя жидкости в холодильной установке (как в аммиачной, так и во фреоновой) обеспечит надежную защиту компрессора от гидравлического удара.
Источники информации, принятые во внимание:
1. Холодильные машины. /Под редакцией д.т.н. Тимофеевского П.С., С.-Петербург. Политехника. 1997., с.882.
2. Соломаха Ю.К. Анализ причин прорывов и утечек аммиака из холодильных установок. /Холодильная техника. 1984. №4., с.48-50.
3. ПБ 09-595-03. Правила безопасности на аммиачных холодильных установках.
4. Плановский Л.Н., Николаев П.И. /Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии. Москва. Химия. 1987., с.48-51.
5. Справочник. Проектирование холодильных сооружений. /Под редакцией к.т.н. Быкова А.В. Москва. Пищевая промышленность. 1978., с.80-86.
6. Справочник. Холодильная техника/ Под редакцией Кобулашвили Ш.Н. Москва. Госторгиздат. 1960. Том 1., с.297 (прототип).