А. В. Бараненко. Холодильные машины

строения характеристик паровой одноступенчатой холодильной

машины с поршневым компрессором, водяным конденсатором и

рассольным испарителем. Чтобы упростить задачу, допустим, что

давление при всасывании в компрессор равно давлению кипения

Р1 =Ро; давление нагнетания компрессора равно давлению кон­

денсации Р2 =Рк; обмен теплотой между рабочим веществом и

окружающей средой в аппаратах и трубопроводах, соединяющих

элементы схемы, пренебрежимо мал, т. ~. AQo ~ О; AQK ~ О;

АQтрУб ::= О ; переохлаждение жидкости в конденсаторе равно нулю.

В принципе учет всех этих факторов особого труда не составляет

и при расчете характеристик реальных машин· должен прово­

диться, но В нашем случае, чтобы сделать пример более нагляд­

ным, мы этого не делаем.

Одноступенчатая холодильная машина представляет собой

сложную систему, в которую в качестве подсистем входят ком­

прессор, испаритель и конденсатор. Так как рассчитываемые ха­ рактеристики являются статическими, то регулирующий вентиль, также представляющий собой элемент системы, можно не рас­

сматривать, полагая, что площадь его проходного сечения уста­

навливается такой, чтобы обеспечить требуемое заполнение испа­ рителя жидким рабочим веществом.

Характеристику холодильной машины при таком подходе рас­ сматривают как результат tВЗ8ИмодеЙСТВИЯt характеристик основ­

ных элементов схемы, ее можно получить, совмещая характеристи­

ки элементов и определяя таким образом точки их совместной работы. Харахmeрucршка ucnapumeл.я представляетсобой зависимость вида

с помощью которой по любой паре известных параметров можно найти третий. Она никак не связана с характеристиками других элементов схемы машины до тех пор, пока не будет совмещена с ними, что и позволит получить информацию об условиях со­

вместной работы.

Холодопроизводительность испарителя с учетом принятых до­ пущений можно представить такими зависимостями:

Среднюю температуру теплоносителя нЮсодят из выражения

где AtB =tB1 - t B2 - уменьшение температуры теплоносителя в ис­

парителе.

Рассмотрим наиболее распространенный в условиях эксплуа­ тации случай, когда массовый расход теплоносителя через испа-

ритель постоянен и от режима работы не зависит Ов =const .

Теплоемкость теплоносителя обычно меняется незначительно, так

что с достаточной точностью можно считать постоянным произ­

ведение ОВСВ ~ const. Это означает, что при изменении Qo будет

изменяться и Atв' которое определяется известной зависимостью

Представив второе из уравнений (12.9) с учетом выражений

(12.10) и (12.11), получим уравнение

Qo = "и~и(tВ2+ 2~80CB - t oJ.

решнв которое относительно t o' найдем

Если известны параметры расчетного режима ЫВ~ч И Qo р8Сч' то

представив С помощью формулы (12.11) уменьшение температуры в

испарителе в виде AtB =Аtвр8СчQо/Qор81.:Ч' можно из выражения

(12.12) получить такую формулу:

Коэффициент теплопередачи в испарителе зависит от удельно­

го теплового потока qии и уменьшается с уменьшением разности

температур 8. Для определения qии в хладоновом испарителе не­ обходимо решить систему уравнений

(12.14)

(12.15)

3деСЬ8а =tcт - t o - разность температур стенки и кипения;

88 =t BcP - tcт - разность между средней температурой теплоно­

ческое сопротивление стенки трубы, загрязнений и отложений на

ее поверхности; В =~емереп - константа, включающая инди­

видуальный для каждого хладона коэффициент Ак, безразмерные

коэффициенты, учитывающие влияние масла ем ,оребрения ер и геометрии трубного пучка еп (см. гл. 11).

,

Рис. 12.2. YдeJlЬВыe тепловые потоки в испарителе (а) и конденсаторе (6) при

изменении разности температур е.

Разности температур: стенкн н кнпення прн номннальной е.н частнчной е., нагрузках; теплоноснтеля н стенкн при номинальной е•• е.. и частичной e~. е;., нагрузках; теплоноси­ теля и кипения при номииальной е•. еа и частичной e~, e~ нагрузках

у аммиачных испарителей первое уравнение имеет такой вид:

Коэффициент теплоотдачи со стороны теплоносителя, движу­ щегося внутри труб, определяют по формуле

где число Нуссельта находят по известной зависимости для вы­

нужденного движения жидкости в трубах

(12.18)

где Reж, Prж - числа Рейнольдса и Прандтля жидкости; l, d -

лопроводности жидкого теплоносителя.

Решение системы уравнений (12.14) и (12.15) определяется

равенством удельных тепловых потоков qвн = qa_BH = q8BH И при

построении характеристики испарителя его удобнее искать гра­

фически (см. рис. 12.2, а). Изменениехолодопроизводительности,

а значит и удельного теплового потока, необходимое, чтобы найти kBH во всем интересующем нас интервале изменения Qo' достига-

898

ется поступательным

перемещением любой k", из линий qa вн или k8JlH

на новое значение \:1.

После:пoroстроятвспо­ могательный график

сителя t 82 И несколько значений холодопроизводительности Qo;

для них по формулам (12.12) или (12.13.) находят температуры кипения t o' которые необходимо поддерживать, чтобы обеспе­ чить принятые холодопроизводительности. По этим данным строят

характеристику Qo = f(to} для принятого значения t82 • Заметим,

что при Qo =о должно быть t o =t 82 , так как сколь бы ни был мал коэффициент теплопередачи kBH , его значение всегда больше

нуля. Для остальных значений t 82 зависимости холодопроизводи­

тельности от температуры кипения строят поступательным пере­

носом полученной кривой вдоль оси температур (см. рис. 12.4,6).

Хара1(mерucmи1(а 1(онденсаmора представляет собой зависи­

мость вида

(12.19)

Ее строят в принципе так же, как и характеристику испари­

теля.

Теплопроизводительность конденсатора с учетом принятых до­ пущений можно представить так:

Среднюю температуру воды находят так же, как и для испа­

рителя,

При постоянном расходе воды через конденсатор ОШ = const будет и ОшСш =const, а подогрев воды будет зависеть от тепло­

производительности

(12.22)

Подставив во второе из уравнений (12.20) зависимости (12.21) и (12.22) и решив егоотносительно температуры конденсации,.найдем

При известных Atw расч и tк.расч на расчетном режиме найдем

Коэффициент теплопередачи в конденсаторе, хотя и в мень­

шей степени, но тоже зависит от теплового потока qни, который

определяют решением системы уравнений

Величины, входящие в эту формулу, описаны в гл.Н.

Коэффициент теплоотдачи со стороны воды находят по тем же

зависимостям (12.17), (12.18) для вынужденного движения жид­

кости в трубах.

Решение системы уравнений (12.25) и (12.26) ищут графичес-

ки, а изменение теплопроизводительности конденсатора QK дости­

гается так же, как и для испарителя поступательным перемещени­

ем кривой зависимости qа.ни или qw вн вдоль оси 8 (см. рис 12.2, 6).

Коэффициент теплопередачи определяют по той же формуле

и наносят на графИк kвн ={(8) (см. рис. 12.3).

После этого для любого выбранного значения tw1 для несколь­

ких Q находят по формулам (12.23) или (12.24) температуры

конде;сации, которые наносят на график (см. рис. 12.4, в) в виде

строят так; как было описано ранее в § 8.1. Предварительно в диаграмму состояния вписывают циклы холодильной машины при

900

tK = const и нескольких температурах кипения to' Такое постро­

ение проводят несколько раз для всех возможных температур

кондеНсацИи tK ; после чего определяют параметры узловых точек

циклов и заносят их в таблицу.

Холодопроизводительность компрессора, изоэнтропную, инди­

каторную и электрическую мощности находят по формулам:

Qо=лv"qо: Nв=лv"lв;

Теоретическую объемную производительность

тr.D2

v" =-4- Szn

определяют ПQ известным геометрическим и режимным парамет­

рам компрессора. Коэффициенты полезного действия' принимают

по опытным данным для компрессоров подобного типа. Коэффи­

циент подачи можно либо рассчитать, либо тоже принять по

опытным данным.

Для каждого режима работы компрессора находят теплопрои­

зводительность конденсатора

Qк=лv"qк,

V1

где qK =~ -iз - удельная теплопроизводительность конденсато­

ра; 12' iз - энтальпии рабочего вещества при выходе из kОМПрес­

сора и конденсатора соответственно.

Для неохлаждаемых комп~соров с достатМ:ной точностью

можно считать; что

QK = Qo +N1 •

Полученные таким образом характеристики компрессора

Qo = f(to, tK ) наносят непосредственно на характеристику испари­

теля (рис. 12.4, 6), а зависимости теплопроизводительности кон-

денсатора в виде QK = f(to, tK ) - на отдельный график (рис. 12.4,

г). Для электрической мощности также строят отдельный график

вида Nэ = f(to, tK ) (рис. 12.4, а).

Характеристику холодильной машины, в виде Qo = f(tB2' tw1 )

строят в такой последовательности.

На характеристике конденсатора (рис. 12.4, в) для принятой

температуры воды при входе в конденсатор tW1 и для тех же

значений t , при которых рассчитывали характеристику ком­

K

прессора, находят значения теплопроизводительности QK'ИХ пере-

носят на зависимость Qo = f(to, tK ) (рис. 12.4, г), причем каждую

901

Так, при известных tw1 и ts2 можно определить холодопроизво­

дительность Qo и температуры tK и to' которые установятся в

аппаратах на этом режиме. Если, напротив, известны t и to' то

можно найти Qo' t w1 и ts2 (см.рис. 12.4, б, в, г). Изменен~е элект­

рической мощности Nэ можно проследить на рис.12.4, а.

При увеличении Qo, вызванного повышением температуры ts2 , и

одной И той же tw1 будет возрастать температура конденсации из-за увеличения разности температур в конденсцторе Ок, вызванного

повышением теплопроизводительности QK'Понижение tw1 позволит

при ts2 = const несколько увеличить холодопроизводительность Q .

Разностьтемператур виспарителе ОКбудетпри этом возрастать. о

Характеристики холодильной машины с компрессорами объ­ емного принципа действия любого типа в принципе строят так же. Отличие может состоять лишь в определении коэффициента подачи, рассчитать который весьма трудно, поэтоМу лучше ис­

пользовать опытные данные, пол~енные при исследованиях ана­

логичных машин.

При построении характеристик холодильных машин с компрес­ сорами динамического принципа действия необходимо учитывать,

что при постоянной частоте вращения ротора с уменьшением тем­

пературы кипения, а значит, и температуры пара при входе в ком­

прессор, число Ми' определяющее уровень чисел Маха в компрессо­ ре И отношение давлений в нем, будет расти. Следовательно, рабо­

чие точки компрессора будут по мере снижения toперемещаться на ветви универсальной характеристики, соответствующие более высо­

ким Ми' Кроме того, в отличие от объемных динамические компрес­

соры имеют предел по минимальной производительности, Qпреде­ ляемый границей помпажа. это ограничивает достижимую разность температур конденсации и кипения. В остальном порядок постро­

ения характеристик сохраняется.

Способы регулирования холодопроизводительности. Задача

регулирования холодильной машины состоит в том, чтобы до­ биться поддержания определенной температуры охлаждаемого объ­ екта, которая имеет тенденцию изменяться под воздействием внут­

ренних и внешних теплопритоков.

Системы автоматизации решают комплекс задач по управле­ нию работой холодильной машины. Автоматическое регулирова­ ние холодильной машины позволяет обеспечить точность поддер­

жания заданных параметров, что сокращает потери продуктов в

холодильной камере, способствует сохранению их качества, сни­ жает эксплуатационные затраты, увеличивает срок службы холо­ дильного оборудования в результате поддержания оптимального режима его эксплуатации. Применение приборов автоматической защиты позволяет предупредить аварийные режимы.

)7становление температуры в охлаждаемом помещении. Тем­

пература охлаждаемого объекта зависит от температуры кипения

рабочего вещества, которая самоустанавливается в зависимости

щую (б8Йпасы). Регулирование холодопроизводительности пере­

пуском пара из линии нагнетания в линию всасывания (б8Йпаси­

рование) практически можно использовать на всех компрессор­ ных холодильных машинах. Однако этот способ регулирования невыгоден из-за потерь потенциальной энергии сжатого пара. Кроме

того, повышается температура всасывания, что увеличивает ра­

боту сжатия и ведет к повышению температуры нагнетания. Ре­

гулирование в этом случае осуществляется росредством установ­

ки регулирующих вентилей между линиями' нагнетания и всасы­

вания, которые открываются и закрываются по сигналу от дат­

чика давления или температуры.

К внешним также относят устройство, в котором происходит

дросселирование пара на всасывании. При этом компрессор с по­

мощью автоматического регулятора давления переводится на ра­

боту с более низким давлением всасывания, в результате чего его

холодопроизводительность уменьшается. Эта система имеет огра­

ниченное применение, так как при понижении давления всасыва­

ния увеличивается степень повышения давления и температур­

ная напряженность компрессора. Это ведет к снижению холо­ дильного коэффициента. Дросселирование на всасывании приме­ няют при необходимости регулирования холодопроизводительности на компрессорах, не оборудованных специальными устройствами.

Перспективно регулирование холодопроизводительности путем

изменения частоты вращения привода компрессора.

Всmроенны.м.u являются устройства, изменяющие внутренние параметры компрессоров. В поршневых компрессорах можно при­ менять золотники, связывающие полость цилиндра с всасывающей полостью, а также устройства, плавно изменяющие мертвый объем цилиндров. В винтовых компрессорах золотник изменяет эффектив­

ную длину винтов, в результате чего регулируется холодопроизво­

дительность. В центробежных компрессорах применяют входной ре­

гулирующий iuIпамт и диффузор с поворотными лопатками.

Плавное регулирование холодопроизводйтельности использу­

ют, как правило, в системах с малой тепловой инерцией и с бы­

стро изменяющейся нагрузкой.

Позициовиое(ступевчатое) регулировавие холодопроизводи­ тельности. Эта система меняет холодопроизводительность скачка­ ми (стуценями). В зависимости от числа ступеней могут быть двух-, 'Трех- И многопозиционные системы. Позиционное регулирОвание по своим свойствам может приближаться к плавному в том случае, когда размах колебаний мал, а частота относительно велика.

Позиционное изменение холодопроизводительности использу­

ют в основном в холодильных машинах с поршневыми компрес­

сорами. Наиболее распространен способ .пуск - остановка. ком­ прессора. Если в холодильной машине один компрессор, то осу­

ществляется двухпозиционное регулирование, если несколько -

многопозиционное.

. Рассмотрим двухпозиционное регулирование. для упрощения Т(j)

примем постоянной. При периодической работе холодильной ма-

шины (рис. 12.7) темпера­

тура кипения to понижает- t

ся от t01 до to2 ' Компрессор tf#......-----------

останавливается, когда тем-

пература кипения достигает

значения t02 ' но теплопри­

ток к испарителю продолжа­

ется. После того как темпе­ ратура рабочего вещества в

испарителе сноJЩ достигает

значения to1 , компрессор

включается и период повто­

В которой компрессор включеН(9, и второй части, в продолжение которой компрессор не

работает (rщJ.

После пуска холодильная машина проходит две стадии: не­ упорядоченный процесс и упорядоченный процесс неустановив­ ЦIегося теПЛОВQГО состояния. К первой стадии следует отнести период разгона компрессора, переход дроссельного устройства в рабочее положение, время заполнения испарителя до нормы жид­ ким рабочим веществом или удаление избыточного количества жидкого рабочего вещества. После завершения первой стадии на­

ступает вторая, которая длится до выключения компрессора и

характеризуется постоянным понижением температуры кипения.

Периодическая работа холоди_льной машины рассматривается

вспециальной литературе [7].

Внастоящее время достаточно широко распространен способ

изменения холодопроизводительности отключением части цилинд­

ров в многоцилиндровых компрессорах. Цилиндры отключают

отжимом всасывающих клапанов с помощью механических тол­

кателей, которые приводятся в движение гидравлическим, пнев­

матическим или электромагнитным приводами.

В отечественном холодильном машиностроении для холодиль­ ных машин с поршневыми компрессора~и применяют разрабо­

танную ВНИИхолодмашем систему электронного регулирования производительности компрессоров. В основу этого регулирования положен принцип воздействия на всасывающие клапаны электро-

Основы автоматизации работы холодильных машин. Авто­

матизация испарителей. Показатели заполнения испарителей.

Такими показателями, которые отражают степень заполнения жид­ ким рабочим веществом, являются сухость и перегрев пара на выходе из испарителя. При недостаточной подаче жидкого рабо­ чего вещества уровень жидкости в нем понижается. Это ведет

к увеличению сухости пара и перегреву его на выходе из испари-

теля. Подача рабочего вещества в испаритель в количестве боль­ шем, чем может в нем испариться под действием теплового пото­

ка, приводит к переполнению испарителя и к уменьшению сухос­

ти и перегрева пара на выходе из испарителя. СУхость пара - наиболее объективный параметр показателя заполнения, однако

отсутствие простых методов ее измерения не позволяет его ис­

пользовать. Поэтому наиболее распространенным парамеТРI;)М,

применяемым для контроля заполнения исI1арителя рабочим ве­

ществом, является перегрев пара на выходе из испарителя. Су­ ществуют достаточно простые методы измерения перегрева. Для

этого достаточно измерить температуру пара, выходящего из ис­

парителя, и температуру кипения, а затем найти их разность.

При проектировании систем питания испарителей необходимо учитывать то обстоятельство, что давление кипения может. ме­

няться по мере движения кипящего рабочего вещества от выхода к входу в испарителях с внутритрубным кипением из-за гидрав­ лических сопротивлений. В испарителях с кипением в межтруб­

ном пространстве давление и температура кипения меняются вслед­

ствие гидростатического давления жидкости в испарителе. Кроме

того, практически всегда на выходе из испарителя в потоке пара

присутствует жидкая фаза (особенно это проявляется при работе на хладонах с растворенным маслом). Таким образом, поток на

выходе неоднородный, и значение температуры пара, выходяще­

го из испарителя, зависит от способа ее измерения. Несмотря на

эти явления, перегрев пара на выходе из испарителя представля­

ет собой достаточно удобный показатель заполнения и может при­ меняться для любого рабочего вещества. Следует отметить; что

перегрев можно использовать как показатель только в том слу­

чае, когда часть испарителя предназначена для создания пере­

грева. В аппаратах, где такая поверхность отсутствует, перегрев

как показатель заполнения неприемлем.

Для испарителей затопленного типа, а также для аппаратов,

где нельзя использовать в качестве показателя заполнения пере­

грев, используется уровень рабочего вещества в испарителе.

Наиболее просто и надежно можно использовать уровень как

показатель заполнения для рабочих веществ, которые взаимно

не растворяются с маслом, например аммиак и углеводороды.

Это связано с тем, что кипение не сопровождается бурным пено­ образованием и пар легко.удаляется из жидкости. Для измерения

и регулирования уровня чаще всего применяют принцип сообща­

ющихся сосудов. Уровень жидкости в сосуде 11, который соеди­ нен с испарителем 1 жидкостной If паровой уравнительными ли­ ниями, зависит ОТ уровня жидкости в испарителе (рис. 12.8). Уровень жидкого рабочего вещества в испарителе несколько выше, чем в измерительном сосуде. Это объясняется тем, что степень насыщения жидкости паром зависит от удельного тепловоrо пото­

ка, который В испарителе значительно больше, чем в измеритель­ ном сосуде. Поэтому плотность кипящего рабочего вещества в испарителе меньше, чем в измерительном сосуде. Это обстоя-

908

тельство следует учитывать при про­

ектировании систем заполнения.

Значительная сложность при ис­

пользовании уровня жидкости в каче­

стве показателя заполнения возника­

ет при работе на хладонах. Наличие в

хладоне растворенного масла приводит

к бурному пенообразованию при кипе­

нии, в результате чего плотность ки­

пящей смеси значительно уменьшает­

ся, а в ряде случаев использование

этом чувствительный элемент вводят непосредственно в полость испарителя. Некоторые из таких методов можно использовать даже в тех случаях, когда во время работы исчезает граница

Если при постоянной температуре источника низкой темпера­

туры уменьшить количество подаваемого жидкого рабочего веще­

ства в испаритель, то уменьшается и площадь активной теплопе­

редающей поверхности. При этом'изменится характеристика ис­ парителя и понизятся температура и давление кипения. Следова­

тельно, температура (или давление кипения могут служить пока­

зателями заполнения испарителя. Однако на температуру кипе­

ния влияют температура-конденсации, тепловой поток, измене­ ние.качества·теплопередающеЙ.поверхности и другие факторы. Таким образом, надежная связь между температурой кипени~

и уровнем заполнения испарителя может сохраняться только при

исключении указанных факторов, что выполнить достаточно слож­

но. Поэтому этот показатель заполнения испарителя применяют крайне редко.

Способы автоматического заполнения рабочим веществом испарителей. Одним из способов заполнения испарителя рабо­ чим веществом является способ, использующий в качестве пока· зателя заполнения перегрев рабочего вещества на выходе из ис­

парителя. Этот способ может быть плавным и позиционным.

В качестве плавного автоматического регулятора подачи рабоче­ го вещества широко применяют терморегулирующие вентили (ТРВ).

Принципиальная схема системы с ТРВ показана на рис. 12.9. Терморегулирующий вентиль (1) устанавливают на линии жидко­

го рабочего вещества между конденсатором и испарителем (11), в нем происходит дросселирование рабочего вещества от давле­

ния конденсации Рк до давления кипения РО'

При изменении перегрева пара на выходе из испарителя меня­

ется давление вещества, которое заполняет термосистему, состоя-

909

6

л

Рис. 12.9. Автоматическая подача рабочего вещества в ис-

щую из термобаллона 1, капиллярной трубки 3 и мембраны 4. Чаще всего жидкая фаза вещества, заполняющего термосистему-, находится в термобаллоне, а пар заполняет капилляр и полость над мембраной. Иногда в термобаллон вводят твердый поглоти­

тель и весь контур заполняют газом. В общих случаях давление над мембраной зависит от температуры термобаллона, которая

соответствует температуре пара, выходящего из испарителя. Чем

выше температура, тем выше давление. Полость под мембраной соединена со всасывающим трубопроводом, причем трубку 2 под­ соединяют ко всасывающему трубопроводу в том месте, где уста­

новлен термобаллон. Таким образом, к мембране приложены два

давления: сверху - давление, соответствующее температуре пере­

грева, снизу - соответствующее температуре кипения. Развивае­

мая мембраной сила пропорциональна разности температур выхода

пара из испарителя и кипения, т. е. пропорциональна перегреву.

Сила от мембраны 4 передается штоку 6, на конце которого закреплен запорный клапан, являющийся регулирующим орга­

ном. При движении последнего вниз увеличивается проходное

сечение дроссельного отверстия и, следовательно, расход рабоче­

го вещества. Таким образом, при увеличении перегрева повыша­

ется количество рабочего вещества, поступающего в испаритель.

Снизу к клапану приложена сила пружины 5. С помощью регули­ ровочного винта 7 можно установить необходимый перегрев.

При создании системы заполнения испарителя необходимоучи­

тывать, что ТРВ должен обеспечить нормальное заполнение ис­ парителя как при наибольшей холодопроизводительности маши-

ны, так и при самой ма,лоЙ. . -

Для систем заполнения испарителя можно использовать два или

БОлее ТРВ в тех случаях, когда имеющиеся в распоряжении регуля­

торы по своим характеристикам не подходят для обеспечения мак­ симальной холодопроизводительности машины или когда холодо­ производительность понижается ДОуровня ниже 0,1 номинальной.

Существует ряд факторов, отрицательно влияющих на устой­

чивость системы заПОЛlJения испарителя. Большинство из них

обусловлено стремлением работать с возможно меньшими пере­

гревами в испарителе, так. как чрезмерное заполнение испарите­

лей, особенно работающих на хладонах, вызывает нестабильность

температуры пара на выходе из испарителя. Эти изменения тем­

пературы носят случайный характер и зависят от типа испарите­ ля, рабочего вещества и качества растворенного в нем масла,

температуры кипения и др. Однако основное влияние на эти из­

менения оказывает степень заполнения испарителя. Чем она боль­ ше, тем колебания перегрева значительнее. Колебания восприни­

мает термосистема ТРВ, и при неблагоприятных условиях это может привести к большим колебаниям в системе заполнения и

выходу машины из строя.

Устойчивости системы можно добиться увеличением регулиру­

емого перегрева, что приводит к некоторым потерям поверхности

испарителя, но в то же время обеспечивает надежную работу системы заполнения испарителя. Практически усто~чивая рабо­ та системы начинается при перегреве от 3 до 6 ОС в зависимости

от конкретных условий.

Для испарителей, имеющих значительный объем по рабочему

веществу, применяют позиционную систему заполнения, которая

также в качестве показателя заполнения использует перегрев пара

на выходе из испарителя.

На рис. 12.10 показана двухпозиционная. система заполнения

кожухотрубного испарителя 1 по перегреву пара. Термометры со­ противления 11 установленные на входе рабочего вещества в ис­

паритель и на выходе пара из испарителя, воспринимают темпе­

ратуру кипения и температуру перегретого пара. Сигналы от тер­

мометров сопротивленияпоступают в реле разности температур

111, которое управляет электромагнитным вентилем 1V. После

электромагнитного вентиля уСТliн'авливают ручной дроссельный

вентиль V (или диафрагму постоянного сечения), в котором про­ исходит дросселирование рабочего вещества от давления конден­

сации до давления кипения.

Когда эЛектромагнитный вентиль закрыт и рабочее вещество

не поступает в испаритель, перегрев пара на выходе из испарите­

ля растет. При достижении максимального заданного значения перегрева срабатывает реле разности температур и открывается

электромагнитный вентиль. Рабочее вещество начинает посту­ пать в испаритель. Расход рабочего вещества выбирают так, что­

бы он был больше, чеМ испаряется в испарителе. В результате

этого уровень рабочего вещества в испарителе повышается и пере­

грев уменьшается. При достижении минимального заданного зна­

чения перегрева происходит обратное срабатывание реле разнос­ ти температур и электромагнитный вентиль закрывается. Во из­

бежание больших колебаний перегрева, которые могут нарушить

работу компрессора, применяют реле разности температур с вы-'

сокой чувствительностью (0,1-0,3 ОС). В некоторых случаях тер­

мометры сопротивления устанавливают непосредственно в обечайке испарителя. ДвухП03иционная сиcreма заполнения по перегреву пред-

назначена главным образом для кожухотрубных хладоновых ис­ парителей. Другим способом заполнения рабочим веществом испа­ рителя является способ, использующий в качестве показателя за­

полнения уровень рабочего вещества в испарителе. Этот способ мо­

жет быть так же, как и предыдущий, плавным и позиционным.

Наиболее распространены регуляторы, в которых изменение

уровня вызывает механическое перемещение·с помощью поплав­

ковых преобразователеЙ. При этом поплавок обычно расположен в ,выносной камере, которая связана с испарителем как сообщающий­

ся сосуд. Принцип действия такой системы показан на рис. 12.11. Система состоит из испарителя 1 и регулятора уровня 11.

Всостав регулятора уровня входят преобразователь уровня 1

ирегулирующий орган 2. В схеме преобразователь уровня и ис­

паритель представляет собой сообщающиеся сосуды. Уровень ра­

бочего вещества в испарителе воспроизводится в преобразовате,ле

при помощи уравнительных трубок. Дросселирование осущест­

вляется в регулирующем органе. При повышении уровня в испа­ рителе регулирующий орган уменьшает подачу рабочего вещест­

ва, при понижении - повышает.

В позиционной системе (рис. 12.12) в качестве регулирующего

органа чаще всего применяют электромагнитный вентиль 2, ко­ торый по сигналу преобразователя уровня 1 открывается или закрывается. Дросселирование происходит в ручном регулирую­

щем вентиле 3 (или шайбе), который предварительно настраивают. Перечисленные выше системы заполнения испарителя, в ко­

торых показателем заполнения служит уровень рабочего веще­ ства в испарителе, часто называют регуляторами уровня низ­

кого давления.

Менее распространены регуляторы уровня высокого давления. Система заполнения испарителя с использованием регуляторов уровня высокого давления показана на рис. 12.13. Такую систе­

му называют системой с полным отводом жидкости из конденса­ тора. На сливной линии из конденсатора 1 устанавливают регу-

912

высокого давления

лятор уровня 2~ клапан которого открывается по мере накопле­

ния в регуляторе жидкого рабочего вещества и перепускает его

в испаритель 3. Дросселирование происходит в дроссельной шай­

бе, установленной на выходе из регулятора. Особенность холо­ дильной машины с данной системой заполнения испарителя за­

ключается в том, что в машину заправляют строго определенное

количество рабочего вещества. Нормальное заполнение испари­

теля в системе с регулятором уровня высокого давления обеспе­ чивается в сравнительно узком диапаз().не ре?Кимов работы, поэ­

тому такую систему можно применять в основном в машинах

с постоянными условиями работы.

Эту систему широко используют в холодильных машинах

с центробежными компрессорами.

Автоматизация конденсаторов. Необходимость регулирова­

ния температуры конденсации. При проектировании холодиль­

ных машин поверхность конденсатора выбирают из условия пре­

дельно допустимого давления конденсации и максимальной тем­

пературы окружающей среды (воды или воздуха). При более низ­

кой температуре окружающей среды давление конденсации сни­

жается, степень повышения давления уменьшается, поэтому энер­

гетические затраты на производство холода сокращаются. Таким

образом, если исходить только из этих затрат, то регулировать

давление конденсации не следует. Однако в большинстве случаев надо учитывать и другие факторы: расход охлаждающей воды и изменение пропускной способности регуляторов заполнения ра­

бочим веществом испарителей.

Расход охлаждающей воды очень важен для холодильных ма­

шин, конденсаторы которых охлаждаются водопроводной водой (например, машин торгового типа, не оснащенных устройствами для рециркуляции воды). Такие машины работают, как правило,

в режиме 4ПУСК - остановка., поэтому экономию воды получают

как в рабочем режиме, так и прекращая ее подачу во время

стоянки.

Пропускная способность регуляторов уменьшается из-за по­

нижения давления конденсации, холодопроизводителыrость ком-

прессоров при этом растет, что требует увеличения подачи жид­

кости в испаритель. Сочетание характеристик регулятора (на­

пример, ТРВ) и компрессора может не обеспечивать нормальную

работу машины. В зависимости от типа конденсатора и окружаю­

щей среды применяют различные способы поддержания давления

конденсации в заданных пределах.

Конденсаторы с водяным охлаждением. К автоматизации кон­

денсаторов с водяным охлаждением прибегают при необходимос­

ти экономить воду и в том случае, когда тем'пература охлаждаю­

щей воды может изменяться в широких пределах. Регулирование

производят в основном.р:зменением расхода воды. На рис. 12.14.

показана схема включения водорегулятора1, чувствительный эле­

мент которого 2 подсоединен к нагнетательному труБОПроводу

(или верхней части конденсатора 3). Регулирующий орган 4 ус­

тановлен на водяном трубопроводе. Клапан регулирующего орга­

на закрыт, если давление конденсации ниже заданного. При по­

вышении давления конденсации клапан плавно открывается и

устанавливается в опре,ll;еленном положении. При понижеlJИИ дав­

ления конденсации проходное сечение клапана уменьшается.

Многие холодильные машины, потребляющие водопроводную

воду, работают в режиме «пуск - остановка. с практически по­

стоянной холодопроизводительностью во время рабочего перио­

да. В машинах с водорегуляторами подача воды после остановки

компрессора прекращается только после охлаждения конденса­

тора, что связано с дополнительными расходами воды. Поэтому в

таких машинах вместо водорегулятора можно применять электро­

магнитный и ручной регулирующий вентиль (рис. 12.15).

Ручной регулирующий, вентиль 1 настраивают для сезонных значений температуры воды. В автоматическом режиме электро­ магнитный вентиль 2 по сигналу из схемы автоматического уп­ равления открывается при пуске и закрывается при остановке

компрессора. Тем самым вода автоматически подается в кон­

денсатор 3, а при остановке подача воды прекращается. Есть и

другие способы регулирования температуры конденсации в кон­

денсаторах с водяным охлаждением.

Конденсаторы с воздушным охлаждением. Такие конденса­ торы в большей степени, чем конденсаторы с водяным охлажде­ нием подвержены изменениям охлаждающей среды. Иногда кон­

денсаторы машин с круглогодичным функционированием охлаж- .

даются воздухом с отрицательной температурой, что практичес­ ки исключает их работу без поддержания давления конденсации

в допустимых пределах.

Одним из способов регулирования давления конденсации яв­ ляется изменение скорости или расхода воздуха. Этот СПОСО.б осу­

ществляется с помощью жалюзи или заслонок, изменением угла

поворота лопастей вентилятора. При понижении давления кон­

денса1J;ии ниже заданного значения жалюзи прикрываются, ско­

рость воздуха при обтекании теплообменных трубок конденсато­ ра уменьшается, что влечет за собой уменьшение коэффициента

теплопередачи и роста температуры конденсации.

Повышения температуры конденсации можно добиться также уменьшением эффективной теплопередающей поверхности конден­

сатора, что можно осуществить частичным заполнением конден­

сатора жидким рабочим веществом. Одна из схем автоматическо­ го регулирования температуры конденсации указанным способом

показана на рис. 12.16. Между конденсатором 1 и ресивером 3 установлен клапан регулятора давления 2, чувствительный эле­ мент которого воспринимает давление конденсации. На линии,

соединяющей ресивер с паровой частью конденсатора, установ­ лен клапан второго регулятора давления 4. Первый регулятор давления 2 поддерживает постоянное давление в конденсаторе (регулятор давления «до себя.), второй регулятор 4 поддержива­ ет постоянное давление в ресивере (регулятор давления «после себя.). При понижении температуры воздуха, вызывающей по­ нижение,давления конденсации, клапан регулятора 2 прикрыва­

ется, в результате чего увеличивается со"

противление линии, соединяющей конден­

сатор с ресивером. Это вызывает повыше­

ние уровня рабочего' вещества в конден­ саторе и уменьшение активно работаю­

щей поверхности конденсатора. В связи

с тем, что на линии, соединяющей кон­

денсатор и ресивер, 'появляется дополни­

тельное сопротивление (прикрытый кла­ пан регулятора 2), давление в ресивере на­

чнет понижаться, это повлечет за собой

открытие клапана регулятора 4, и давле­ ние в ресивере снова будет соответствовать

давлению конденсации.

Такая система обеспечивает нормальное