сосуд для отделения жидкого хладагента

Формула изобретения

1. Сосуд для отделения жидкого хладагента, содержащий горизонтальный корпус для сбора жидкого хладагента, патрубок ввода парожидкостной смеси и патрубок отвода пара, отличающийся тем, что в патрубок отвода пара введен конус, который расположен неподвижно и соосно с патрубком и малым основанием на выходе патрубка, причем конус образует две внутренние камеры, имеющие соединительные горизонтальные отверстия на стенке конуса.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутренняя камера для сбора жидкого хладагента закрыта снизу кольцевым основанием со сливными отверстиями.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутренняя камера для пропуска пара закрыта снизу крышкой, которая имеет входной канал, расположенный касательно к крышке и навстречу потоку парожидкостной смеси.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к сосудам и аппаратам, выполняющим функции отделителя жидкости для защиты компрессора от гидравлического удара.

Известно, что для защиты компрессора от гидравлического удара в составе холодильных установок применяют отделители жидкости (ОЖ) и вертикально-циркуляционные ресиверы (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 сосуде (в аппарате) (см. книгу "Холодильные машины". Под редакцией д.т.н. П.С.Тимофеевского. С.Петербург. Политехника, 1997, с.882). Таким образом, разделение смеси в ОЖ и ВЦР происходит под действием силы тяжести.

Несмотря на применение ОЖ и ВЦР, гидравлические удары остаются основной и тяжелой аварией (см. статью Ю.К.Соломахи "Анализ причин прорывов и утечек аммиака из холодильных установок". Холодильная техника. 1984. №4. С.48-60; см. статью О.А.Бахвалова "Основные причины аварий при эксплуатации аммиачных холодильных систем". Холодильная техника. 2001. №7. С.11-12).

Это вызвано тем, что эффективность разделения парожидкостной смеси в ОЖ и ВЦР 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 ОЖ и ВЦР, что способствует поступлению части жидкой фазы в компрессор.

Наиболее близким аналогом (прототипом) заявляемому изобретению является ресивер циркуляционно-защитный (РЦЗ), выполняющий функции отделителя жидкости (см. статью Н.В.Товараса "Освоено серийное производство нового поколения аммиачных ресиверов". Холодильная техника. 1997. №5. С.12-13).

Для разделения парожидкостной смеси РЦЗ содержит:

- горизонтальный корпус, который является сборником жидкого хладагента;

- патрубок ввода парожидкостной смеси. Он расположен вертикально сверху корпуса и ближе к его концу;

- патрубок отвода паровой фазы в компрессор. Он расположен вертикально сверху корпуса и в противоположной стороне от патрубка ввода смеси;

- стояк с патрубком для слива жидкого хладагента (например, в насос), который расположен вертикально снизу корпуса напротив патрубка отвода паровой фазы;

- стояк с патрубком для ввода жидкого хладагента от регулирующего вентиля. Стояк расположен вертикально снизу корпуса на его середине.

Этот ресивер при выполнении функции ОЖ имеет следующие недостатки:

- при увеличении тепловой нагрузки на охлаждаемый объект эффективность разделения парожидкостной смеси в сосуде падает;

- при горизонтальном расположении корпуса сосуда высота ввода парожидкостной смеси мала (по отношению к уровню жидкости в сосуде), что снижает эффективность разделения смеси.

Техническая задача - создание сосуда холодильной установки с высокоэффективной функцией отделения жидкого хладагента и с сохранением технологии изготовления.

Технический результат заявляемого изобретения - повышение эффективности разделения парожидкостной смеси хладагента и обеспечение надежной защиты компрессора от гидравлического удара.

Этот результат достигается тем, что в заявляемый сосуд введен конус, который расположен неподвижно и соосно с патрубком отвода пара и малым основанием на выходе этого патрубка. Такое расположение конуса образует две внутренние камеры, которые имеют соединительные горизонтальные отверстия на стенке конуса. Одна внутренняя камера, предназначенная для сбора жидкого хладагента, закрыта снизу кольцевым основанием со сливными отверстиями. Вторая внутренняя камера, предназначенная для пропуска пара, закрыта снизу крышкой, которая имеет входной канал, расположенный касательно к крышке и навстречу потоку смеси.

Заявляемый сосуд представлен на чертеже. Он содержит:

- патрубок 1 отвода пара;

- конус 2;

- внутреннюю камеру 3 для сбора жидкого хладагента;

- внутреннюю камеру 4 для пропуска пара;

- горизонтальные щелевидные отверстия 5;

- крышку 6;

- корпус сосуда 7;

- входной канал 8 с увеличенной площадью входа;

- кольцевое основание со сливными отверстиями 9;

- патрубок 10 ввода парожидкостной смеси.

Сосуд работает следующим образом. Парожидкостная смесь из охлаждаемого объекта через патрубок 10 поступает в сосуд 7, где разделяется на пар и жидкость. При этом жидкость оседает в сосуде 7 под действием силы тяжести и уменьшения скорости, пар отсасывается компрессором через патрубок 1. При возрастании тепловой нагрузки на охлаждаемый объект увеличивается объем и масса парожидкостной смеси, которая через патрубок 10 поступает в сосуд 7, при этом возрастает скорость поступления смеси. В связи с этим определенная часть жидкой фазы остается во взвешенном состоянии и за счет касательного расположения входного канала 8 поступает в конус 2, где закручивается. Под действием центробежной силы капельки жидкости прижимаются к стенке конуса 2 и через отверстия 5 поступают в камеру 3, откуда по сливным отверстиям 9 стекают в сосуд 7. Пар, как легкая фаза смеси, проходит по камере 4 и выходит через патрубок 1 на компрессор.

В ресивере РЦЗ (прототип) отделение жидкой фазы из смеси происходит под действием силы тяжести Gt=mg, а в заявляемом сосуде - 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).

Фактор разделения Кр определяют следующим образом:

где m - масса частицы жидкого хладагента в парожидкостной смеси, кг;

g - ускорение силы тяжести, м/с ²;

w - окружная скорость частицы массой m, м/с;

r - радиус вращения частицы массой m, м.

Скорость ввода парожидкостной смеси в заявляемый сосуд определена 6-8 м/с из условия надежной и экономичной работы холодильной установки (см. справочник "Проектирование холодильных сооружений". Холодильная техника. Под редакцией к.т.н. А.В.Быкова. Москва. Пищевая промышленность. 1978. С.80-86). Если принять окружную скорость w=7 м/с и максимальный радиус закручивания потока исходя из диаметра патрубка 1 (для ресивера РЦЗ-1.25, см. статью Товараса), то фактор разделения составит:

то есть в заявляемом сосуде эффективность разделения парожидкостной смеси в 80 раз выше прототипа.

Скорость отвода паровой фазы через соответствующий патрубок 1 определена 12-20 м/с (см. справочник. Под редакцией к.т.н. А.В.Быкова). Если принять окружную скорость в заявляемом сосуде w=14 м/с и уменьшение радиуса конуса, то согласно выражению (01) эффективность разделения парожидкостной смеси составит:

С увеличением емкости сосуда повышается диаметр патрубка отвода пара, поэтому возрастают размеры конуса. Это приводит к снижению фактора разделения. Он составит 282 для РЦЗ-4 (патрубок диаметром 0,2 м) и 226 для РЦЗ-8 (диаметр патрубка 0,25 м). Несмотря на некоторое уменьшение фактора разделения, его конечная величина остается достаточно высокой.

Таким образом, применение заявляемого сосуда в холодильной установке обеспечит надежную защиту компрессора от гидравлического удара, при этом не надо изменять технологию изготовления сосуда.