книги / Технология строительства подземных сооружений. Специальные способы строительства

зультате чего его температура повышается до 100°С. Хладагент с такими параметрами проходит через маслоотделитель 2 и по­ падает в межтрубное пространство конденсатора 3, в котором непрерывно циркулирует вода. В результате охлаждения пары конденсируются и хладагент переходит в жидкое состояние. При этом давление его примерно остается тем же, а температу­ ра понижается до 15—25 °С в зависимости от расхода и темпе­ ратуры охлаждающей воды.

Жидкий хладагент из конденсатора по трубопроводу 4 про­ ходит через дроссельное устройство 5, а оттуда по трубопрово­ дам 6 поступает в испаритель 8, где резко снижается давление хладагента до 0,05 МПа. .В результате перепада давления хлад­ агент испаряется, а его температура понижается до температур минус (30—20) °С. Пары хладагента по мере испарения подни­ маются по змеевикам испарителя 7 и, пройдя грязеуловитель 9, попадают через трубопровод 10 опять в компрессор. На этом заканчивается непрерывный цикл движения хладагента.

Переход жидкого хладагента в газообразное состояние про­ исходит в испарителе 8 и трубопроводах 6 я 10 с большим по­ глощением тепла (например, 1 кг аммиака поглощает 1050—■ 1134 кДж). Это тепло отнимается у хладоносителя 12, который находится в рассольном баке 11 и непрерывно с помощью рас­ творомешалки 13 циркулирует в межтрубном пространстве испарителя 8. В результате этого хладоноситель охлаждается до отрицательной температуры (20—25) °С.

Охлажденный хладоноситель насосом 14 нагнетается по магистральному трубопроводу 15 и распределителю 16 в каж­ дую замораживающую колонку 17. Циркулируя по заморажи­ вающим колонкам, хладоноситель отдает холод окружающим горным породам и замораживает их, а сам нагревается на 1—3°С в зависимости от режима замораживания. Пройдя че­

ет место три самостоятельных замкнутых цикла движения: хла­ дагента, воды в конденсаторе и хладоносителя.

Работа замораживающей станции при одноступенчатом цикле сжатия и использования в качестве хладагента аммиака позволяет понизить температуру хладоносителя минимум до —30°С. Для получения более низких температур используют замораживающие станции, работающие по принципу двухсту­ пенчатого сжатия хладагента. Принцип работы такой станции показан на рис. 4.10,6. Компрессор низкого давления 1 сжи­ мает пары хладагента до промежуточного давления, равному 0,4—0,5 МПа. Температура хладагента при этом повышается до 90 °С. С такими параметрами пары хладагента поступают в

промежуточный сосуд 2. В компрессоре высокого давления 6 пары хладагента сжимаются до давления 1,0—1,2 МПа и че­ рез маслоотделитель 5 поступают в конденсатор 4. В конденса­ торе хладагент переходит в жидкое состояние и подается на регулирующий вентиль 3, где давление снижается до 0,5 МПа, т. е. до давления в компрессоре первой ступени. Снижение давления до таких пределов позволяет понизить температуру хладагента до минус (8—10) °С. Жидкий хладагент смешивает­ ся с парами хладагента от компрессора низкого давления. В результате смешения жидкого хладагента и газообразного температура последнего в сосуде 2 снижается до —4°С.

Из промежуточного сосуда одна часть хладагента (газооб­

виспарителе 8 благодаря его непрерывной циркуляции.

Вкачестве хладоносителей используют водные растворы солей (обычно хлоридов) хлористого кальция, хлористого маг­ ния. Хладоносители, представленные водными растворами хло­ ридов, получили название рассолов. Концентрация рассола должна быть такой, чтобы температура, замерзания его была на 8 “С ниже температуры испарения хладагента. Наибольшее распространение в практике замораживания получил водный раствор хлористого кальция плотностью 1,28 г/см3.

Широкое применение водных растворов солей (рассолов) связано с тем, что они дешевы и легко могут быть приготовле­ ны в условиях строительной площадки.

Недостатки рассолов: они весьма агрессивны по отношению

кледопородным ограждениям и в случае утечек из колонок,

что зачастую бывает в практике замораживания, приводят к разрушению ранее созданного ледопородного ограждения и, как следствие, прорыву воды через ограждение.

Кроме того, температура замерзания хлористых рассолов выше температуры испарения хладагента при двухступенчатом сжатии, что вызывает опасность их замерзания в испарителях. В связи с этим в настоящее время, ведутся поиски хладоносите­ лей, которые были бы дешевле, обладали более низкой темпера­ турой замерзания, чем хлористые рассолы, и были инертны к ледопородным ограждениям.

Представляет интерес применение в качестве хладоносителей дихлорметана (фреон — 30) и керосина. Характеристики этих хладоносителей, по данным ВНИИОМШСа, приведены в табл. 4.7.

4.2.2. Оборудование замораживающей станции

Как указывалось выше, замораживающая станция состоит из компрессора, конденсатора, испарителя, вспомогательных сосудов и Запорной аппаратуры.

Основным оборудованием замораживающей станции явля­ ется компрессор. В качестве паровых холодильных машин при­ меняют преимущественно поршневые компрессоры. Однако могут применяться ротационные и турбинные компрессоры. По ступеням сжатия различают компрессоры одно-, двух- и трехступенчатые. По направлению движения хладагента в ци­ линдре компрессоры бывают прямоточные, в которых хладагент движется в одном направлении по отношению к цилиндру от момента всасывания до момента выталкивания, и компрессоры непрямоточные, в которых хладагент меняет свое направление движения, следуя за поршнем. По рабочим полостям их подраз­ деляют на компрессоры простого действия, в которых хлад­ агент сжимается только одной стороной поршня, и компрессоры двойного действия, в которых сжатие хладагента осуществляет­ ся поочередно обеими сторонами поршня. По числу цилиндров компрессоры делят на одно- и многоцилиндровые, по располо­ жению осей цилиндров — на горизонтальные, вертикальные и с угловым расположением цилиндров (V-образные)'. По скорости вращения вала компрессоры делят на тихоходные и быстро­ ходные.

Тип компрессора выбирают в зависимости от требуемой хладопроизводительности и основных параметров работы замо­ раживающей станции: температуры и давления испарения, температуры и давления конденсации, температуры перед регу­ лирующим вентилем, степени сжатия хладагента в цилиндрах компрессора.

Учитывая, что хладопроизводительность компрессора — ве­ личина переменная, зависящая от температур и давлений ис­ парения и конденсации, в холодильной технике различают хладопроизводительность компрессора при нормальных и стан­ дартных условиях работы компрессора. В первом случае хла­ допроизводительность компрессора определяют в нормальных условиях при следующих температурных условиях: температура конденсации fK= + 25°C; температура перед регулирующим вентилем /в= +15°С; температура испарения ta= —10°С. Хла­ допроизводительность в стандартных условиях определяют при условиях: tK= +3Ô°C, /„= + 2 5 °С; tu— — 15°С.

В практике компрессоры используют при весьма разнооб­ разных температурных условиях в зависимости от имеющейся в наличии охлаждающей воды и заданной температуры испа­ рения хладагента, которые обычно значительно отличаются от нормальных. Хладопроизводительность компрессора, развивае-

мую при действительных температурных условиях, т. е. отлич­ ных от нормальных или стандартных, называют рабочей. Для пересчета хладопроизводительности компрессора от нормаль­ ной к рабочей применяют формулу

условиях, Вт; Q,t0p — хладопроизводительность компрессора при нормальных условиях, Вт; qv— объемная хладопроизводитель­ ность 1 м3 холодильного агента (при рабочих условиях прини­ мают по справочным таблицам), кДж/м3; qv.нор — объемная хладопроизводительность 1 м3 холодильного агента при нор­

мых по заводским графикам.

Рабочая хладопроизводительность компрессора при цикле одноступенчатого сжатия хладагента

Qp -ItfvVn,

при двухступенчатом сжатии хладагента

дагента (принимают по заводским графикам); 1/п — часовой объем, описываемый поршнем компрессора, м3; Vz — то же, вто­ рой ступени, м3.

Для ориентировочных расчетов можно пользоваться следу­

ется на 3,5—4%. Наоборот, на каждый градус повышения тем­ пературы испарения сверх — 10°С хладопроизводительность компрессора увеличивается на 3,5—4%. Изменение хладопроиз­ водительности на 4% относится к горизонтальным машинам, а на 3,5% — к вертикальным. Хладопроизводительность компрес­ соров при температуре испарения —25 °С примерно в 2,5 раза меньше хладопроизводительности компрессоров при температу­ ре испарения — 10°С.

Температуру испарения принимают на 5°С ниже темпера­ туры хладоносителя, подаваемого в колонки при одноступенча­

том режиме работы станции, и на 7—8°С при двухступенчатом режиме, но не ниже на 5—7°С температуры замерзания хл адо­ носителя. Давление испарения хладагента принимают по спра­ вочным таблицам в зависимости от требуемой температуры испарения. Температуру конденсации хладагента принимают на 10°С выше температуры, подаваемой в конденсатор.

Температура хладагента перед регулирующим вентилем для одноступенчатого компрессора

*рв= *к+ ( 2 -г 3);

для двухступенчатого компрессора

*рв=*пс+(2 -т- 3),

где fnc — температура' хладагента в промежуточномсосуде, °С. Марку компрессора выбирают по справочным данным или заводским нормалям на основании подсчитанной рабочей хла-

допроизводительности.

Для получения температур испарения ниже —55°С работу аммиачных компрессоров строят по трехступенчатому циклу сжатия. ВНИИхолодмаш для этой цели рекомендует, применять два аммиачных бустеркомпрессорных агрегата АК-РАБ-600 в сочетании с одним двухступенчатым компрессором ДАОН-350. Агрегат АК-РАБ-600 имеет следующую характеристику.

Конденсатор служит для охлаждения и сжатия газообраз­ ного хладагента, поступающего из компрессора. Переход хлад­ агента в жидкое состояние происходит при постоянном давле­ нии, благодаря отдаче им тепла охлаждающей воде.

Конденсаторы в конструктивном отношении бывают ороси­ тельные, элементные и кожухотрубные.

Оросительный конденсатор .(рис. 4.11, а) состоит из отдель­ ных змеевиков и секций. Змеевики выполнены из труб диамет­ ром 51/57 мм. Каждая секция состоит из 14 труб и имеет 4 про­ межуточных отвода. Длина секции 6 м, высота 1,2 м. Поверх­ ность охлаждения одной секции составляет 15 м2. В зависи­ мости от требуемой поверхности охлаждения конденсатор соби­ рают из двух — шести секций, которые устанавливают друг от друга на расстоянии 0,5—0,6 м и соединяют между собой кол­ лекторами.

Газообразный хладагент через распределитель поступает в секции снизу и направляется вверх. Снаружи змеевики ороша­ ются охлажденной водой, стекающей из желобов, размещенных

Рис. 4.11. 'Оросительный конденсатор МКО с промежуточным отводом жид­

над змеевиками. По мере сжижения жидкий хладагент по пат­ рубкам поступает в коллектор, а оттуда в сборник жидкого хладагента. Секции конденсатора устанавливают на железном или деревянном поддоне для сбора воды. Часть воды через сливные воронки удаляется, а другая часть ее всасывается цир­ куляционным насосом и направляется снова в конденсатор, где она смешивается со свежей водой, сокращая, таким образом, расход последней. Оросительные конденсаторы устанавливают на открытом воздухе с тем, чтобы потоки воздуха способство-

вали испарению охлаждающей воды, вызывая дополнительное охлаждение хладагента. Конденсаторы с промежуточным отво­ дом жидкого аммиака обычно устанавливают с двумя градир­

на каждую секцию, включая до 50% свежей воды. Удельная

оросительного типа применяют, когда в охлаждающей воде име­ ется недостаток, при загрязненной воде или когда вода облада­ ет высокой жесткостью.

Элементный конденсатор (рис. 4.11,6) состоит из ряда эле­ ментов 1. Каждый элемент такого конденсатора состоит из трубы достаточно большого диаметра (250—300 мм), в- кото­ рой располагается не одна, а несколько труб 2 меньшего диа­ метра. Внутренние трубы' развальцовывают в специальных трубных решетках, приваренных к концам наружных труб. Па­ ры хладагента поступают сверху в межтрубное пространство и, пройдя последовательно все элементы секции, конденсиру­ ются. Жидкий хладагент стекает в ресивер 4. Межтрубное про­ странство каждого элемента соединяется специальными пат­ рубками 3.

Охлаждающая вода движется по внутренним трубам. Вода может переходить последовательно во все элементы секции, по­ ступая в нижний и выходя из верхнего, или параллельно по всем элементам. Элементные конденсаторы применяют в холо­ дильных установках средней и большой производительности при достаточном количестве воды для охлаждения.

Кожухотрубные конденсаторы бывают горизонтального и вертикального типа. Кожухотрубный горизонтальный конден­ сатор (рис.. 4.11, в) состоит из цилиндрического кожуха диа­ метром 600—1200 мм, внутри которого располагаются трубки диаметром 51/57 мм. Кожух закрыт с двух сторон трубными решетками, в- которых развальцованы трубки. Пары хладагента из компрессора поступают в верхнюю часть межтрубного про­ странства, конденсируются на внешней поверхности труб, со­ бираются на дне конденсатора и затем направляются в сбор­ ник жидкого хладагента. Охлаждающая вода подается' в кон­ денсатор снизу, циркулирует по внутренним трубам, совершай несколько ходов по конденсатору, и подогретой выходит в верх­ ней части конденсатора. Фреоновые горизонтальные кожухо­ трубные конденсаторы отличаются от аммиачных тем, что в них применяют медные теплообменные трубы, оребренные со стороны фреона.

Вертикальные кожухотрубные конденсаторы отличаются от

горизонтальных расположением кожуха и распределением во­ ды. Вода в таких конденсаторах не заполняет все сечение тру­ бы, а только покрывает тонким слоем ее внутреннюю поверх­ ность.

Удельная нагрузка кожухотрубных конденсаторов изменя­ ется от 14000 до 24000 кДж/(м2-ч). Кожухотрубные конденса­ торы рекомендуется применять в случае, когда у охлаждающей воды малая жесткость и нет механических примесей. Горизон­ тальные конденсаторы рекомендуются для компрессоров хладопроизводительностыо 348000—464000 Вт, вертикальные — при большей хладопроизводительности.

Испаритель — это теплообменный аппарат, в котором теп­ ло от хладоиосителя (рассола) передается хладагенту (аммиа­ ку или фреону).

В испаритель поступает жидкий хладагент, который в ре­ зультате подвода тепла кипит, превращаясь в пар. Для замо­ раживания горных пород применяют вертикально-трубные и кожухотрубные испарители (рис. 4.12).

Вертикально-трубный испаритель типа ИА состоит из ме­ таллического бака прямоугольного сечения, в котором установ­ лены батареи. Каждая из батарей состоит из двух горизонталь­

в испарительных трубках, поднимаются вверх и увлекают за собой жидкий хладагент, который затем из верхнего коллекто­ ра по стоякам вновь опускается вниз. Пары хладагента прохо­ дят через отделитель жидкого хладагента и поступают в сбор­ ник, откуда всасываются компрессором. В баке испарителя устанавливают от 4 до 10 испарительных батарей в зависимо­ сти от требуемой поверхности охлаждения. Поверхность охлаж­ дения батарей изменяется от 10 до 40 м2. Бак испарителя раз­ деляют одной или двумя вертикальными перегородками. Для подачи хладоиосителя в рассольную систему в баке испарителя имеется отверстие.

Хладоиоситель, заключенный в испарителе, приводится в не­ прерывное движение мешалкой с частотой вращения 3,7—4 с-1. Скорость движения рассола в баке испарителя 0,5—0,75 м/с. Испарители с поверхностью охлаждения свыше 240 м2 изготов­

Рис. 4.12. Типы испарителей: вертикально-трубный (а) .и ксжухотрубный (б) испарители:

линдрического кожуха большего диаметра, внутри которого размещается много тонких труб, развальцованных или вварен­ ных в трубные решетки, расположенные по концам кожуха. В межтрубном пространстве кипит холодильный агент, а по трубам циркулирует хладоноситель. Скорость движения хладоиосителя в трубах изменяется от 0,75 до 2 м/с. Удельная теп­ ловая нагрузка на 1 м2 поверхности испарителя при разности температур жидкого хладагента и хладоносителя в 5°С и ско­