Довгялло Александр Иванович Некрасова Светлана Олеговна

5.2 Расчёт теплообменника дроссельной системы охлаждения для 
заправки баллонов сжатыми газами 
Ниже представлены конструкторский, тепловой и гидравлический расчёты 
теплообменника дроссельной системы охлаждения. Расчёты позволяют 
определить величину рабочей поверхности теплообменника, которая является 
исходным пунктом эскизного проектирования при выбранной заранее схеме 
установки, заданных температурных уровнях, начальном давлении и 
гидравлических потерях, массовых расходах теплоносителей, длительности ее 
работы и др.
В качестве исходных предложены две схемы дроссельных холодильных 
установок (рисунки 5.1 и 5.2), используемых для предварительного охлаждения 
рабочего тела (воздуха, азота), заправляемого в ёмкости высокого давления или 
для термостатирования какого-либо объекта.
1.2 Схема дроссельных охлаждающих устано ок. 
На рисунок 5.1 представлена простейшая схема (тип I), в которой поток газа 
делится на две части: меньшая его доля (20...30%) проходит по участку 6 
теплообменника и направляется в ёмкость 5 или на охлаждение объекта, другая 
часть (60...70%) проходит через дроссель 3, после которого температура и 
давление газа снижается до значений р
3
, t
3
. Величина понижения температуры

---

116 
 
 
Рисунок 5.1 - Схема теплообменника с делящимися потоками и распределение 
температур по его элементам 
 
Рисунок 5.2 - Схема теплообменника с автономным контуром захолаживания и 
распределение температуры по его элементам 

---

117 
Δt≈40...60
0
С зависит от перепада давления и начальной температуры газа перед 
дросселем. Далее поток газа, пройдя по участку 7, приобретает температуру t
4 и 
выбрасывается в окружающую среду (в нашем примере). Участки 6 и 7 
образуют 
противоточный 
теплообменник, 
являющийся 
объектом 
проектирования. 
На рисунке 5.2 изображена другая схема холодильного аппарата (тип II). В 
отличие от предыдущей схемы для захолаживания используется широко 
доступный газ (воздух, азот), а охлаждению подвергается дефицитный 
заряжаемый (водород, гелий и др.) 
Для нормирования расхода газа по отдельным участкам проточной части 
используются дроссельные шайбы. Не зависимо от схемы установки на 
практике 
всегда 
предусматривается 
начальный 
период 
"выхода" 
теплообменника на расчётный режим, когда при закрытом вентиле 2 
производится продувка теплообменникав процессе продувки происходит 
захолаживание конструкции с постепенным понижением t
2
до расчётной 
величины ( в начальный момент пуска при открытии вентиля 1 t
2
=t
1
и t
3
=t
2
-
ΔT≈-20
0
C). 
При снижении t
2
до расчётной величины производится открытие вентиля 2. 
Длительность процесса захолаживания зависит от массы участков 6 и 7, 
поэтому для сокращения времени захолаживания масса механической 
конструкции всей проточной части должна быть по возможности минимальной.
В качестве заранее известных параметров при выполнении расчетов 
принимаем: температуру охлаждённого газа, направляемого к потребителю, 
равной t
3
'
=50...200 К; давление охлаждаемого газа р=15...40 МПа; массовый 
расход в пределах G=0,0002...0,02 кг/с; длительность работы установки один 
два часа.
1.3 Конструкция теплообменнико
Наиболее 
рациональной 
конструкцией 
являются 
трубчатые 
теплообменники, как наиболее удобные и простые в технологическом 

---

118 
отношении, безопасные в эксплуатации и обеспечивающие создание 
конструкции с минимальной металлической массой рабочих участков.