ХКМ Мальгина 1. I холодильные машины глава принципы искусственного охлаждения

• Название: I холодильные машины глава принципы искусственного охлаждения
• Анкор: ХКМ Мальгина 1.doc
• Дата: 15.05.2018
• Размер: 24.08 Mb.
• Имя файла: ХКМ Мальгина 1.doc
• Тип: Документы; #19288
• страница: 16 из 16

Глава 10. РЕГУЛИРОВАНИЕ

ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ

При работе холодильной машины основные процес­сы, выполняемые обслуживающим персоналом (маши­нистом), можно автоматизировать.

В зависимости от выполняемых функций различа­ют приборы автоматического контроля, сигнализации, защиты, управления и регулирования.

Приборы автоматического контроля измеряют тем­пературу, давление, расход холодильного агента и хладоносителя, а иногда и записывают их числовые зна­чения.

Приборы автоматической сигнализации включением или выключением световых или звуковых сигналов из­вещают о достижении заданного значения контроли­руемой величины, а также о включении или выключе­нии отдельных элементов оборудования.

Приборы автоматической защиты прекращают ра­боту всей установки или отдельных ее элементов при опасных значениях контролируемой величины (давле­ния, температуры, уровня жидкости, расхода, режима смазки механизмов, режима работы электродвигателей).

Приборы автоматического управления включают и выключают установку или отдельные ее элементы (на­сосы, вентиляторы, автоматические вентили или зад­вижки), а также осуществляют вспомогательные опера­ции (оттаивание инея с поверхности охлаждающих ба­тарей, выпуск масла, воздуха и др.).

Приборы автоматического регулирования поддер­живают заданное значение контролируемой величины или ее изменяет по определенной программе. Эти приборы могут выполнять и функции автоматического уп­равления. Приборы автоматического регулирования дол­жны поддерживать заданное значение (или изменять по определенной программе) следующих величин: темпера­туру и влажность воздуха в холодильных камерах, тем­пературу хладоносителя, производительность компрессо­ра, количества жидкого холодильного агента, подаваемо­го в испаритель, температуру перегрева всасываемого па­ра, уровень заполнения картера компрессора маслом, а также давления конденсации. Автоматические устрой­ства предназначены также для своевременного уда­ления инея с охлаждающих батарей и воздуха (и некон­денсирующихся газов) из холодильной установки.

Холодильную машину можно автоматизировать частично или полностью. При частичной автоматиза­ции используют средства контроля, сигнализации и за­щиты, а регулирование и управление машиной осуще­ствляют вручную при непрерывном наблюдении обслу­живающего персонала. При полной автоматизации все процессы регулируются автоматически, а наблюдение за работой машины ведется периодически.

Автоматизация все шире внедряется в холодильную технику. Все малые и средние холодильные машины выпускаются полностью автоматизированными. Пол­ностью или частично автоматизируются и крупные хо­лодильные установки.
ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ

АВТОМАТИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ

Схема автоматического прибора (автоматическо­го регулятора) и объекта регулирования с внешней тепловой нагрузкой показана на рис. .

Под действием внешнего теплопритока регулируе­мый параметр (температура, давление, уровень жид­кости и т. п.) отклоняется от заданной величины. Вели­чину отклонения параметра называют рассогласо­ванием. Значение регулируемого параметра можно поддерживать в заданных пределах, т. е. уменьшить величину рассогласования путем воздействия на объект регулирования, согласуя воздействие с нагрузкой (например, отводить от объекта столько теплоты, сколько ее поступает извне).

Изменение воздействия па объекты во времени, вы­зываемое изменением внешней нагрузки (теплопритока), называют процессом регулирования. Для уменьшения величины отклонения регулируемого параметра (рассогласования) регулирующее воздейст­вие на объект осуществляется автоматическим прибо­ром.


Рис. . Схема автоматичес­кого прибора (автоматическо­го регулятора) и объекта ре­гулирования.
Чтобы измерить величину отклонения регулируемо­го параметра и соответствующим образом изменить регулирующее воздействие, автоматический прибор (см. рис. ) должен иметь чув­ствительный элемент, зада­ющее устройство, элемент сравнения и регулирующим орган.

Чувствительный элемент ЧЭ (датчик). Этот элемент воспринимает изменение ре­гулируемого параметра X и преобразует его в параметр Х₁более удобный для дей­ствия прибора. Например, температура преобразуется в давление, давление в пе­ремещение механизма, уро­вень жидкости в перемеще­ние поплавка и т. д. Чувст­вительный элемент выпол­няют в виде сильфона, мем­браны, биметаллической пластины, термочувстви­тельного элемента и др. Термочувствительный элемент состоит из чувствительного патрона и упругого элемента, которые соединены в герме­тичную систему, заполненную жидкостью или газом.

Задающее устройство ЗУ. Задающее устройство предназначено для настройки прибора на заданное значение регулируемого параметра (в некоторых пре­делах). Это устройство задает параметр Х₃.

Элемент сравнения ЭС. Он представляет собой ме­ханизм, воспринимающий параметр Х₃, заданный на­стройкой, и параметр Х₁, выдаваемый чувствительным элементом. Он сравнивает эти параметры и вырабаты­вает сигнал ∆Х₃=Х₁-Х₃(соответствующий рассогла­сованию), который передает регулирующему органу.

Регулирующий (рабочий) орган РО. Регулирующий орган (клапан, электрические контакты и др.) преобра­зует полученный сигнал рассогласования ∆Х_з в пара­метр Х₂, непосредственно вызывающий регулирующее воздействие. Например, изменяя площадь проходного сечения в клапане, регулирующий орган регулирует подачу вещества (холодильного агента, рассола, воды н т. п.) в объект регулирования либо, замыкая и раз­мыкая электрические контакты, регулирует поступление электрического тока в электродвигатель компрессора, электромагнитную катушку запорного соленоидного вентиля.

В некоторых приборах автоматики отдельные дета­ли выполняют одновременно функции двух и более эле­ментов.

В приборах двухпозиционного действия рабочий (регулирующий) орган может занимать только два по­ложения. Например, электрические контакты в реле давления, выполняющие роль рабочего органа, могут быть замкнуты или разомкнуты.

В приборах плавного (пропорционального) дейст­вия непрерывному изменению регулируемой величины соответствует непрерывное перемещение регулирующе­го (рабочего) органа.

В автоматические приборы кроме основных элемен­та могут входить также усилители мощности, преоб­разователи одного сигнала в другой (например, при передаче сигнала на расстояние) и т. п.
АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ

В ОХЛАЖДАЕМОМ ОБЪЕКТЕ

И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ КОМПРЕССОРА

Для поддержания определенной постоянно низкой температуры охлаждаемой среды необходимо, чтобы вся теплота, проникающая извне, отводилась при работе холодильной машины. Но холодильная машина ра­ботает при переменных внешних условиях (изменяются температура наружного воздуха, количество поступаемых в камеру грузов и т. д.). Поэтому для поддержа­ния постоянной температуры в охлаждаемом помеще­нии с переменными теплопритоками нужно изменять холодопроизводительность испарителя и компрессора.

Практически холодопроизводительность машины всегда несколько превышает тсплопритоки в охлаждае­мый объект. Поэтому поддержание заданной темпера­туры в холодильной камере сводится к автоматическо­му снижению производительности компрессора и испа­рителя при понижении тепловой нагрузки.

Для изменения производительности машины приме­няют плавное, ступенчатое и позиционное (релейное) регулирование.

Плавное регулирование достигается плавным из­менением частоты вращения электродвигателя, измене­нием объемной холодопроизводительности холодильного агента и ухудшением коэффициента подачи компрессора. Для этого используют дросселирование всасывае­мого пара, открытие перепускных байпасов и др. Одна­ко плавное регулирование требует применение слож­ных устройств, что является энергетически невыгод­ным. Поэтому оно имеет ограниченное применение.

Ступенчатое регулирование осуществляется путем отжима всасывающих клапанов в отдельных цилинд­рах компрессора, а при наличии нескольких компрес­соров — последовательным включением и выключением отдельных компрессоров.

Позиционное (релейное) регулирование достигает­ся путем периодических пусков и остановок компрес­сора, т. е. цикличной работой.

За время одного цикла τ_ц принимают сумму време­ни работы τ_р и стоянки компрессора τ_с. Суммарная хо­лодопроизводительность компрессора (за цикл, час, сутки) соответствует теплопритокам в камеру.

Отношение времени работы τ_р ко времени всего цик­ла τ_ц называют коэффициентом рабочего времени b.



или



где Στ_р—суммарное время работы компрессора за сутки, ч;

24 — продолжительность суток, ч.

Коэффициент рабочего времени можно также пред­ставить как отношение величины теплопритоков в каме­ру Q_T к холодопроизводительности компрессора Q_0km или испарителя.



Коэффициент рабочего времени всегда меньше еди­ницы. Для малых и средних холодильных установок коэффициент рабочего времени составляет 0,5—0,7, для крупных установок —≈0,8—0,9.

Если охлаждается один объект (камера, шкаф, при­лавок и т. п.), температуру обычно регулируют по спо­собу двухпозиционного регулирования — путем перио­дических пусков и остановок компрессора. Для этого используют двухпозиционные автоматические прибо­ры — реле температуры ТР, реагирующие на темпера­туру в камере (рис. , а), реле ТРИ, реагирующие



Рис. . Схема автоматического регулирования температуры охлаждаемых объектов:

а, 6, в — двухпозиционное регулирование путем цикличной работы компрессо­ра; г — двухпозиционное регулирование с помощью реле температуры ТР и соленоидного вентиля СВ; д — двухпозиционное регулирование путем циклич­ной работы воздухоохладителя; е— пропорциональное регулирование пропор­циональным регулятором температуры ПРТ\ ж — регулирование двухпозиционным регулятором давления прямого действия ДРД.
на температуру поверхности испарителя (рис. , б), и реле давления РДН, реагирующие на давление в ис­парителе (давление всасывания) (рис. ,в).

Когда температура воздуха в камере достигнет верхнего заданного предела, реле температуры ТР (см. рис. , а) замкнет контакты, и магнитный пускатель включит электродвигатель компрессора. Поскольку холодопроизводительность компрессора больше теплопритоков, то при работе компрессора температура в ка­мере будет понижаться. Когда она достигнет нижнего заданного предела, реле температуры ТР разомкнет контакты и остановит компрессор, а температура в ка­мере снова будет повышаться (до верхнего предела).

Температуру воздуха в камере можно регулировать также по температуре кипения холодильного агента в испарителе (см. рис. , б) и по давлению в испари­теле (см. рис. , в). В первом случае чувствительный элемент реле температуры ТРИ крепится в поверхнос­ти испарителя, а во втором используют реле давления РДИ, которое воспринимает изменение давления в ис­парителе, для чего его подключают ко всасывающей стороне компрессора.

Температура кипения t_oи давление р_оизменяются так же, как и температура воздуха в камере, т. е. при стоянке компрессора давление р₀и температура кипе­ния t_o повышаются. Когда р_ои t_o достигнут заданного верхнего предела, реле температуры испарителя ТРИ (см. рис. ,б) или реле давления РДИ (см. рис. , в) включают компрессор. При работе компрессора давле­ние р_о, температуры кипения в испарителе t_о и камеры t_кам понижаются, а при достижении их нижнего преде­ла реле ТРИ или РДИ останавливают компрессор.

Если охлаждаются одновременно несколько объек­тов, часто применяют реле температуры ТР в комплек­те с автоматическими запорными вентилями (солено­идные вентили) СВ (рис. , г). При повышении тем­пературы в одной из камер соленоидный вентиль СВ открывается (по команде реле ТР) и охлаждающая среда (холодильный агент или рассол) поступает в ка­мерную батарею. При достижении заданного нижнего предела температуры в камере соленоидный вентиль СВ закрывается и прекращаются доступ охлаждающей

среды в батарею, а также охлаждение камеры. Сигнал ОТ реле температуры передается соленоидному венти­лю через промежуточное реле РП. В камере с воздушным охлаждением реле температуры ТР можно использо­вать для включения или выключения вентилятора воз­духоохладителя В (рис. ,д).

Плавное регулирование температуры в холодиль­ных камерах можно осуществить с помощью пропор­ционального регулятора температуры ПРТ (рис. , е). Такой регулятор устанавливают на всасывающей ли­нии. При понижении температуры камеры клапан ре­гулятора прикрывается, отсос паров уменьшается, давление и температура кипения в испарителе повышаются, а охлаждение камеры становится менее интенсивным.

Если машина с одним компрессором охлаждает не­сколько объектов, в которых поддерживают разную температуру, и охлаждение в объектах непосредственное, то применяют пропорциональный регулятор давле­ния «до себя» ПРД или двухпозиционный регулятор давления ДРД. Эти приборы устанавливают на всасы­вающей линии от более теплой камеры, чтобы поддер­живать в испарителе этой камеры более высокое дав­ление, чем на всасывании в компрессор. При повыше­нии давления в испарителе клапан регулятора ДРД (рис. , ж) поднимается, вследствие чего испаритель соединяется со всасывающей линией. При этом давле­ние и температура в испарителе понижаются, что об­условливает интенсивное охлаждение камеры. Когда давление в испарителе понизится, клапан регулятора прикрывается (или закрывается полностью), отсос па­ра из испарителя уменьшается (или прекращается) и охлаждение камеры становится менее интенсивным. В таких схемах на линии, идущей от более холодной ка­меры, обычно устанавливают обратный клапан, кото­рый не допускает попадания пара более высокого дав­ления в испаритель. Этот способ регулирования прост, но энергетически невыгоден, так как на всасывающей линии поддерживается постоянно пониженное давле­ние, соответствующее давлению в испарителе самой холодной камеры, что влечет за собой уменьшение объемной холодопроизводительности холодильного агента и коэффициента подачи компрессора.

Температуру охлаждаемых жидкостей (рассола, во­ды, напитков) регулируют как с помощью двухпозиционного реле температуры ТР, воздействующего на компрессор (пуск и остановка), так и с помощью про­порциональных регуляторов, прикрывающих всасываю­щую линию при понижении температуры охлаждаемой жидкости.
АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ

КОЛИЧЕСТВА ЖИДКОГО ХОЛОДИЛЬНОГО АГЕНТА.

ПОДАВАЕМОГО В ИСПАРИТЕЛЬ

При нормальной работе жидкость в испаритель по­ступает в таком количестве, сколько ее выкипает. Если жидкости будет поступать больше, то испаритель пе­реполняется и жидкости попадает во всасывающую ли­нию и компрессор, что снижает его производительность и может вызвать гидравлический удар. Если же жид­кость будет поступать в испаритель в недостаточном количестве, то производительность испарителя умень­шится (уменьшится его активно действующая поверх­ность), и работа машины будет менее экономичной либо температура в охлаждаемом объекте не будет достигнута.

Заполнение испарителя холодильным агентом регу­лируют с помощью терморегулирующих вентилей ТРВ, реагирующих на изменение перегрева пара, выходяще­го из испарителя, и поплавковых регуляторов и реле ЛР, реагирующих на изменение уровня жидкости в ис­парителе, отделителе жидкости или конденсаторе.

Терморегулирующие вентили. Их применяют для ре­гулирования заполнения главным образом змеевиковых испарителей (рис. ), Чувствительным элемен­том прибора является термочувствительный баллон 1, соединенный капиллярной трубкой 2 с полостью над упругой мембраной 3, которая зажата между корпусом и крышкой. Эта герметичная система заполнена насы­щенными парами обычно того же рабочего тела, на ко­тором работает данная установка (или другого тела, близкого по термодинамическим свойствам). Термо­чувствительный баллон крепят на паровом трубопро­воде в месте выхода его из испарителя. Мембрана свя­зана с клапаном 5 стержнем 4. Клапан 5 перекрывает проходное сечение вентиля. Жидкий холодильный агент, проходящий через кольцевое отверстие между седлом и клапаном вентиля, дросселируется и поступает в испарительную систему.

Мембрана 3 оказывается под воздействием двух давлений: сверху на мембрану действует давление па­ра в чувствительном элементе р₀',которое определяет­ся температурой на выходе из испарителя (где прижат термобаллон); снизу — давление кипения р_о.



Рис. . Схема регулирования заполнения испарителя жидким холодильным агентом по перегреву пара:

а — терморегулирующнй вентиль с внутренним уравниванием давления; б — терморегулирующий вентиль с внешним уравниванием давления.
По способу подвода в полость под мембрану давле­ния р_о различают терморегулирующие вентили с внут­ренним и внешним уравниванием. В вентилях с внутрен­ним уравниванием (рис. , а) полость под мембра­ной непосредственно сообщается с полостью после дросселирования. В вентилях с внешним уравниванием (рис. , б) полость под мембраной отделена от по­лости, в которой находится холодильный агент после дросселирования, крышкой 8 и соединена трубкой 9 с испарителем в том месте, где прижат термочувстви­тельный баллон (на выходе из испарителя).

Если из испарителя выходит влажный или сухой насыщенный пар, температура которого равна темпе­ратуре кипения, то давление в чувствительном элемен­те р₀^' равно давлению в испарителе p₀. Таким образом,

мембрана находится под действием одинаковых давле­ний, и чувствительный элемент прибора никакого сиг­нала не выдает. При этом клапан 5 вентиля (регули­рующий элемент) закрыт, так как он прижимается к седлу пружиной 6, натяжение которой регулируется винтом 7 (задающий элемент). При уменьшении жид­кости в испарителе из него выходит перегретый пар, в связи с чем давление пара в чувствительном элементе над мембраной р'₀станет больше, чем под мембраной

р₀. Когда разность усилий сверху и снизу окажется достаточной для преодоления упругости пружины 6, клапан начнет открываться. При повышении темпера­туры перегрева пара клапан вентиля открывается боль­ше. Перегрев пара на выходе из испарителя, при ко­тором начнет открываться клапан, устанавливают ре­гулировочным винтом 7, изменяющим натяжение пру­жины 6.

Таким образом, в терморегулирующем вентиле уси­лия от прогиба мембраны (сигнал чувствительного эле­мента) и натяжения пружины 6 (сигнал задающего элемента) воспринимаются стержнем 4 (элемент срав­нения) и разность этих усилий передается клапану 5 (регулирующий элемент).

Терморегулирующий вентиль с внешним уравнива­нием давления применяют в испарителях со значитель­ным гидравлическим сопротивлением, чтобы исключить влияние падения давления на выходе из испарителя.

Поплавковые регуляторы и реле. Их применяют для автоматического заполнения холодильным агентом за­топленных аппаратов холодильной установки. В зави­симости от давления в поплавковой камере поплавковые регуляторы бывают низкого и высокого давлений.

Поплавковые регуляторы низкого давления ПРH (рис. , а) реагируют на изменение уровня жидкости в затопленных аппаратах испарительной системы (кожухотрубные испарители, отделители жидкости, цир­куляционные ресиверы и т.п.). Поплавковая камера 1 сообщается с контролиру­емым аппаратом жидкост­ной и паровой уравнитель­ными трубками. При пони­жении уровня жидкости в аппарате уровень в поплав­ковой камере падает. При этом чувствительный эле­мент (поплавок 2) опуска­ется и с помощью механиз­ма открывает основной кла­пан 3 на линии подачи жид­кости в аппарат. За основ­ным клапаном поплавково­го регулятора устанавли­вают ручной регулирующий вентиль PB, в котором хо­лодильный агент дроссели­руется. При повышении уровня жидкости поплавко­вый механизм закроет кла­пан 3, в результате чего по­ступление жидкости в аппа­рат прекратится.


Рис. . Схема регулирования заполнения испарителя жидким холодильным агентом по уровню жидкости:

а—поплавковый регулятор уровня низкого давления; б — поплавковые регулятор высокого давления;

в-поплавковос реле уровня в комп­лексе с соленоидным вентилем.
Поплавковые регулято­ры высокого давления ПРВ (рис. ,б) реагируют на уровень жидкости в конден­саторе. При повышении уровня жидкости поплавко­вое устройство открывает основной клапан 3, установленный на сливной линии перед ручным регулирую­щим вентилем РВ. При по­нижении уровня клапан 3 закрывается. Их можно применить в системах с одним испарителем.

Заполнение затопленных аппаратов испарительной системы регулируют также дистанционным поплавко­вым реле уровня ПР в комплекте с автоматическим запорным соленоидным вентилем СВ (рис. , в). При понижении уровня жидкости в аппарате электрические контакты поплавкового реле ПР замыкают цепь маг­нитной катушки соленоидного вентиля СВ, он откры­вается и пропускает жидкость в испаритель И. При повышении уровня жидкости контакты реле ПР раз­мыкаются, соленоидный вентиль СВ закрывается и поступление жидкости в испаритель прекраща­ется.

Поплавковые регуляторы и реле — приборы двух-позициоппого действия. Их применяют главным обра­зом на аммиачных холодильных установках.
Глава 11. ХОЛОДИЛЬНЫЕ АГРЕГАТЫ

Агрегатом называют конструктивное объединение не­скольких или всех элементов холодильной машины. В за­висимости от того, какие элементы холодильной машины конструктивно объединены в агрегате, их разделяют на компрессорные (компрессор агрегатируется с электро­двигателем, электропусковой аппаратурой и приборами автоматики), компрессорно-конденсаторныс (компрессор, конденсатор, электродвигатель, электропусковую аппа­ратуру и приборы автоматики монтируют на одной ста­нине), аппаратные — испарительно-регулирующие (испа­ритель, ресивер, регулирующая станция и приборы авто­матики) и испарительно-конденсаторные (испаритель, конденсатор, регулирующая станция с приборами авто­матики), а также комплексные (объединяются все эле­менты машины).

В зависимости от типа компрессора холодильные аг­регаты разделяют на герметичные и бессальниковые, в которых компрессор и электродвигатель заключены в общий закрытый кожух, и открытые, в состав которых входит компрессор с внешним приводом и сальниковым уплотнением вала.

Агрегаты изготовляют с конденсаторами воздушного и водяного охлаждения.

Агрегатирование обеспечивает компактное объедине­ние элементов холодильной машины, уменьшение длины соединительных трубопроводов при качественном (завод­ском) соединении, удобство обслуживания (односторон­нее расположение основной арматуры, приборов, смотро­вых стекол и т. п.) и значительное упрощение монтажа на месте установки агрегата, так как наиболее ответст­венные и сложные работы выполняют на заводах.




КОМПРЕССОРНЫЕ АГРЕГАТЫ

Эти агрегаты предназначены для работы в системах одно- и двухступенчатых холодильных установок.


Рис. . Компрессорный агрегат А110.
Аммиачный компрессорный агрегат А110, изготовлен­ный на базе четырехцилиндрового непрямоточного ком­прессора П110, показан на рис. 109. Холодопроизводи-тельность агрегата при стандартном режиме и частоте вращения 16,3—24,5 с^-1 90—140 кВт 80—120 ккал/ч). В состав агрегата входят компрессор 1, соединенный эластичной муфтой с электродвигателем 4, маслоотде­литель 3 с устройством для автоматического возврата масла в картер компрессора и блок приборов 2. В блоке приборов установлены мановакуумметры и манометры дли визуального наблюдения за работой агрегата, а так­же приборы автоматической защиты (реле давления, реле контроля смазки, реле температуры нагнетания). Все элементы агрегата смонтированы на железобетонной раме 5. Автоматическое двухпозиционное регулирование холодопроизводительности агрегата осуществляется реле давления или реле температуры, которые создают цик­личную работу машины. Реле температуры и давления, предназначенные для регулирования производительно­сти, поставляются в комплекте к агрегату.

Некоторые агрегаты (с индексом Р) имеют систему автоматического ступенчатого регулирования холодо­производительности (в пределах 100—75—50—25%), основанную на электромагнитном отжиме всасывающих клапанов компрессора. Блок регулирования холодопро­изводительности монтируют отдельно от агрегата.

Аналогично рассмотренному устроены и другие одно­ступенчатые компрессорные агрегаты.