А. В. Бараненко. Холодильные машины

В конденсаторах, состоящих из нескольких секций с инди­

видуальными вентиляторами, можно поддерживать температу­

ру конденсации при понижении температуры воздуха выклю­

чением отдельных вентиляторов. При этом создается позици­ онная система регулирования, в которой реле, управляющие работой вентиляторов, настраиваются со сдвигом относитель­

но друг друга.

Способы защиты парокомпрессорных ~олодильных машин

от опасных режимов. Остановка холодильной машины. В про­ цессе работы холодильной машины из-за отказов отдельных уз­ лов· или агрегатов или из-за нарушений в системах энерго- и водоснабжения могут возникать опасные режимы: повышение дав­

ления нагнетания, понижение давления всасывания; повышение

температуры нагнетания; прекращение подачи смазывающего ве­

щества к трущимся деталям; отсутствие охлаждающей воды; на­

рушение в системе заполнения испарителя и т. д. Защита холо­

дильных машин включает в себя комплекс технических меро­ приятий, обеспечивающих безопасную их эксплуатацию. Одним из способов защиты является остановка машины, которая осу­ ществляется с помощью системы автоматической защиты (СА3), состоящей из первичных устройств реле защиты и электрической схемы, которая преобразует сигналы от реле защиты в сигнал остановки, передаваемый в схему автоматического управления.

Система автоматической защиты может быть однократного дей­ ствия с повторным включением и комбинированной. Система одНО­ "ратноео действия останавливает машину при срабатывании любого реле защиты и не дает возможности автоматического пус­ ка машины без вмешательства обслуживающего персонала. Та­ кие СА3 применяют преимущественно на крупных и средних ма­ шинах. Если машина работает без постоянного обслуживания, то

СА3 дополняют сигнализацией для вызова персонала. Система

с повторным в"люченue.м. останавливает машину при срабатыва­

нии реле защиты и дает возможность ее автоматического включе­

ния при возврате реле в нормальное состояние. Такие системы

используют, как правило, в малых машинах торгового типа.

В комбинированных СА3 реле защиты, которые контролиру­ ют наиболее опасные параметры, включают в электрическую схе­ му однократного действия. Часть реле, контролирующие менее

опасные параметры, включают в схему с повторным включением.

Существует также разновидность защиты, которая называется бло"иров"оЙ. Блокировка исключает пуск машины в том случае,

если не выполняется заданнЫЙ порядок пуска агрегатов. Блоки­ ровку обычно делают по схеме с повторным включением.

Включение аварийных устройств. К аварийным устройствам относится сигнализация об аварийных режимах, которую уста­

навливают на крупных машинах, чтобы избежать остановки ма­

шины. Аварийная сигнализация информирует обслуживающий персонал о срабатывании защиты и расшифровывает конкретную

916

причину нарушения нормального режима работы. Сигнализация

может включить аварийную вентиляцию при повышении содер­

жания в воздухе взрыво- и пожароопасных, а также токсичных

рабочих веществ.

Более подробно вопросы регулирования и автоматизации хо­

лодильных машин, а также построение системы защиты и схемы

автоматизации рассматриваются в специальной литературе.

§ 12.3. ХАРАКТЕРИСТИКИ, РЕГУЛИРОВАНИЕ И

АВТОМАТИЗАЦИЯ РАБОТЫ ТЕПЛОИСПОЛЬ3УЮЩИХ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН

Характеристики теплоиспользующих холодильных машин, как

и парокомпрессорных, можно определить либо расчетным, либо

экспериментальным путем. Расчетные характеристики получают на базе математического моделирования теплоиспользующих хо­

лодильных машин.

Основным ПРИНЦИпом построения математических моделей теп­

лоиспользующих холодильных машин является разработка такого

математического аппарата, который достаточно достоверно отра­

жал бы взаимосвязи параметров внешних источников теплоты с параметрами (одноили многокомпонентных) рабочих веществ, с

помощью которых осуществляются действительные процессы в при­

нятых конструкциях аппаратов и других элементах машин, в за­ данном диапазоне изменения холодопроизводительности и парамет­

ров внешних источников теплоты. Для математического описания

указанных взаимосвязей необходимо располагать уравнениями для

расчета термодинамических и теIIJ.Jофизических свойств однокомпо­

нентных рабочих веществ и растворов и уравнениями тепломассо­

переноса в принятых типах аппара:roв в рассматриваемом диапазо­

не изменения параметров работы машины. Кроме того следует пред­

варительно получиrь уравнения тепловых и материальных балан­ сов отдельных аппаратов и рассматриваемой машины в целом, а также уравнения для расчета основных отклонений действитель­

ных процессов от теоретических в заданном диапазоне изменения

параметров внешних источников теплоты. Система уравнений, со­

ставляющих математическую модель, должна быть замкнутой.

Рабочие точки, составляющие в конечном итоге характеристику

машины, рассчитывают методом итераций. Расчет проводят для

известной конструкции машины, массогабаритные и другие показа­ тели которой были получены при проектировочном расчете приме­

нительно к параметрам штатного режима ее работы. Поэтому в

расчете задают отличающиеся от штатных значения холодопрои­

зводительности, температуры и расходы источников окружающей

среды (воды или воздуха) и греющего источника, а также расход источника низкой температуры. Цель расчета состоит в определе­

нии температуры охлажденной в испарителе воды. Расчет реали­

зуют на ЭВМ. Задаваясь предварительными значениями темпера-

917

туры охлажденной воды и осуществляя последовательно перебор

ее значений с принятым шагом, определяют площади теплооб­ менных поверхностей основных аппаратов машины [47].

Расчет считают законченным, если будет выполнено условие заданных значений невя30К известных и расчетных площадей теп­ лообменных поверхностей указанных аппаратов. Полученное при

этом значение температуры охлажденного источника на выходе

из испарителя и будет характеризоваТЬ'Р8ССМОТренный режим работы машины. Характеристика машины будет отражать в ко­

нечном счете зависимость ее холодопроизводительности от темпе­

ратуры охлажденного источника при заданных и постоянных тем­

пературах и расходах источника окружающей среды и греющего

источника.

Аналогично рассчитывают и другие характеристики теплоис­

пользующих холодильных машин.

Экспериментальные характеристики теплоиспользующих хо­

лодильных машин находят опытным путем при испытаниях каж­

дого отдельного типа машйны в широком диапазоне изменения

параметров внешних источников теплоты. Поэтому получение

таких характеристик связано со значительными затратами.

Анализ полученных характеристик позволяет установить наи­

большее влияние тех или иных параметров внешних источников и ряда других факторов (загрязнений аппаратов, неконденсирую­

щихся га..зов и т. д.) на холодопроизводительность машины. Это

дает основания, с одной стороны, для разработки системы авто­

матизации работы машины и, с другой - для выдачи рекоменда­

ций обслуживающему персоналу по правилам ее эксплуатации.

Характеристики теплоиспользующих холодильных машин

и их анализ. Характеристики ПЭХМ. К основным теплотехни­

ческим характеристикам пароводяных эжекторных холодильных машин относятся тепловая характеристика, а также предельные

и срывные характеристики.

При установившемся режиме работы между холодопроизводи­

тельностью машины Qo и тепловой нагрузкой на машину QT' вклю­ чающей нагрузку потребителя Qп и потери холода l!.QT' всегда сущесТВУe:r' баланс

(12.28)

При этом определенному значению Qo соответствует опреде­

ленная температура кипения t o' В случае изменения QT баланс

нарушается и машина перехоД~т на другой режим работы с пара-

метрами Qb и tb. при котором вновь выполняется равенство

(12.28). Этот переход с одного режима на другой, восстанавли-

вающий баланс Qo = QT' осуществляется саморегулированием за

счет изменения температуры кипения t o' Чем больше тепловая

нагрузка QT' тем выше устанавливается температура кипения и,

наоборот, чем меньше QT' тем ниже t o' Таким образом, колеба-

918

ент прироста холодопроизводительности, колеблющийся в зави­ симости от конструктивных особенностей выполнения главных

0,07-0,10 °C-I •

График функции (12.29) представляет собой прямую, проходя­

щую через точку Qои ' tои, с тангенсом угла наклона k (рис. 12.17), т. е. при повышении to на 1 ос Qo увеличивается на 7-10% от Qои, Тепловые характеристики П8JЮводяных промышленных машин

со спецификационной температурой кипения 5 - 7 ос имеют пря-

молинейный характер до to = 13 ОС. Исследования, выполненные на опытной машине с Qои =80 кВт и tOн = 5 ОС, показали, что

при температурах кипения, значительно превышающих tои, пря- ,

молинейный характер зависимости Qo = {(to) нарушается и рост

Qo с увеличением to замеДЛJ;lется (рис. 12.18.)

Это объясняется тем, что при. повышенных температурах ки­

пения и соответствующих повышенных значениях холодопро­ изводительности эжектор оказывается в перегру30ЧНОМ режиме по

холодному пару и критическое сечение перемещается в сходящуюся

часть камеры смешения,

ма пароводявой эжекторвой холоди.ль- "ограничены. Для улучшения ана­

Такую диаграмму (рис. 12.19) строят в координатах 4ХОЛОДОПРОИ­ зводительность - температура рабочей ВОДЫ., на нее наносят зави-

симость Qo = f(to) ~ т. е. тепловую ~арактеристику машины, а так­

же семейство зависимостей Qo = <P(t,l) для различных значений

расхода рабочей воды G1• С помощью универсальной диаграммы

можно графическим путем решать различные задачи систем хлад<r

снабжения с пароэжекторными холодильными машинами.

Срывной характеристикой ПЭХМ называется графическая за­

висимость, отражающая влияНие температуры охлаждающей воды

t на показатели работы машины. Применяют два типа срывных

х~рактеристик (рис. 12.20) Qo = f(tw ) при to =const и to =<p(tw )

при Qo =QT =const . На срывной характеристике перВого типа

(рис: 12.20, а) можно выделить две зоны работы машины: при увеличении температуры охлаждающей воды до некоторого,

Рис. 12.20. срыввые характеристИICИ ПЭХМ: а - зависимость Qo =f(tw) при to = const; (J - зависимость to =cp(tw) при ~ =Qr = const

920

предельного для данной машины, значения twпр ' холодопроизводи­

тельность машины не изменяется. Эта зона соответствует области

предельных режимов работы главных эжекторов. При дальнейшем

повышении t w холодопроизводительность начинает уменьшаться и

при достижении некоего срывного значения t wcp падает до нуля.

ПО срывной характеристике второго типа (рис. 12.20, б) вид­

но, что при повышении температуры охлаждающей воды в пре-

дельной зоне (tw < tw пр) температура кипения не изменяется. Если

же t w превысит t w пр' то t o повышается, причем каждому значе­

нию t w соответствует определенное значение t o' При достижении температурой охлаждающей воды срывноro значения t wcp насту­

пает полный срыв работы машины (резкое возрастание t o)' Характеристики АХМ. Характеристикой АХМ называется

зависимость ее холодопроизводительности от температур охлаж­

дающей и греющей воды (или давления греющего пара) и темпе­

ратуры охлажденного источника на выходе из испарителя. Наря­

ду с зависимостью холодопроизводительности от указанных пара­

метров внешних источников могут быть представлены также до­

полнительные характеристики машины, отражающие зависимость

ПРОИЗВОДительности от расходов внешних источников и других

показателей (плотностей орошения трубок абсорбера, испарите­

ля, генератора, кратности циркуляции раствора и других внут­

ренних параметров циклов). Характеристики машины необходи­ мы для анализа эффективности ее работы в режимах, отличаю­

щихся от номинального, оценки влияния отдельных параметров на производителЬН9Сть с целью усовершенствовать процессы и

отдельные элементы аппаратов, а также для правильного выбора

машины при проектировании хояодильных станций для конкрет­ ных объектов, так как при выполнении технико-экономического

сопоставления различных типов холодильных машин одним из

основных условий является наличие их характеристик.

На рис. 12.21 приведены относительные характеристики аб­

сорбционной бромистолитиевой холодильной машины. С их 'по­

мощью можно определить, на сколько увеличится или уменьшит­

ся (в процентах) производительность машины Qo относительно

номинального значения, принятого за 100%. Из приведенных

характеристик следует, что ХОЛОДОПРОИЗВОДительность машин в

значительной степени зависит от изменения температуры охлаж­ денной воды t s2 на выходе из испарителя и от изменения темпера­ туры охлаждающей воды t W1 на входе в абсорбер. Изменение тем­

пературы греющей воды (или пара) t hl на входе в генератор мень­

ше влияет на изменение холодопроизводительности, чем указан­

ные выше температуры t S2 и t w1 '

Характеристики абсорбционного бромистолитиевого холодиль­ ного агрегата АБХА-2500, полученные на основании обработки

опытных данных и предстаВляющие собой зависимости холодо-

921

производительности

сорбционных бромистолитиевых холодильных машин с двухсту­

пенчатой генерацией пара.

Характер влияния параметров внешних источников теплоты

на холодопроизводительность различных типов абсорбционных

во;nоаммиачных холодильных машин такой же, как и в абсорб­

ционных бромистолитиевых холодильных машинах.

Способы регулирования холодопроизводительности ПЭХМ.

Под регулированием холодопроизводительности ПЭХМ понима­

ют изменение холодопроизводительности машины соответственно

изменению тепловой нагрузки у потребителей холода при сохра­ нении температуры рабочей воды, выходящей из испарителя ма­

шины, в заданных пределах.

Регулировать холодопроИЗВ'одительность можно различными

способами: уменьшением расхода подводимого рабочего пара, из­

менением расхода отсасываемого холодного пара, отключением

части главных эжекторов. Однако не все эти способы можно ис­ пользовать, исходя из соображений экономичности работы ма­

шины и необходимости обеспечения устойчивой ее работы. От­

клонение давления и расхода рабочего пара от расчетных значе-

ний может привести к неустойчивой работе главного эжектора,

поэтому регулирование холодопроизводительности машин изме­

нением расхода (давления) рабочего пара не применяют. Регулирование расхода отсасываемого из испарителя холодно­

го пара вследствие значительной сложности конструкции сопел и диффузоров с регулируемыми сечениями проточной части, прак­ тически не осуществляют. Не используют также регулирование

производительности эжектора дросселированием холодного пара

на всасывании его в эжектор. Такой способ регулирования вызы­ вает неоправданные потери, так как количество рабочего цара,

поступающего в главный эжектор, остается таким же, как и при

полной производительности.

В эжекторных холодильных машинах применяют, как прави­

ло, шаговое регулирование холодопроизводительности, которое

осуществляют последовательным выключением главных эжекто­

ров. При нескольких параллельно работающих эжекторах, непо­ средственно соединяющих испаритель и главный конденсатор, ре­

гулировать производительность отключением эжекторов можно только при условии герметичного разделения находящихся в ра­

боте полостей испарителя и конденсатора, связанных выключен­

ным эжектором. Иначе в испарителе и конденсаторе давления

выравняютСя, и работа машины станет невозможной. Указанную

герметизацию можно выполнять с помощью запорной арматуры,

раздельных конденсаторов или герметичным разделением испа­

рителя на полости регулирования.

В схеме, показанной на рис. 12.22. а, паровые полости испа­ рителя и конденсатора разделяются задвижками 2 на линии хо­ лодного пара между испарителем и камерой смешения главного

эжектора или задвижками 3 между выходной частью эжектора и

конденсатором. Для уменьшения ~олодопроизводителЬНОСТIf в пер­ вом случае необходимо вначале закрыть вентиль 2, а затем паро­ вой вентиль 1, во втором случае сначала закрывают вентиль 1,

а затем вентиль 3.

Второй вариант этой схемы менее удобен, так как в процессе закрытия вентилей неизбежно кратковременное повышение дав­ ления в испарителе. Недостатком этой схемы являются значи­

тельная масса и размеры арматуры, что исключает применение

такой схемы для машин большой холодопроизводительности при

необходимых диаметрах арматуры 350-400 мм.

В схеме, изображенной на рис. 12.22, б, каждый главный эжек­

тор (или группа эжекторов, составляющих ступень регулирова­

ния) имеет отдельный главный конденсатор. При закрытии вен­ тиля 4 доступ рабочего· пара в один из главных эжекторов или группу эжекторов прекращается. Одновременно закрывается вен­ тиль 5 на линии отбора паровоздушной смеси из главного кон­

денсатора. Недостаток этой схемы регулирования состоит в срав­

нительно высокой стоимости машин в связи с тем, что масса и размеры машин, выполненных по этой схеме, больше, чем в дру­

гих случаях.

923

Рис. 12.22. Варианты схем ре­

гулирования холодопроизводи­

теJIЫlОСТИ ПЭХМ: а - с помо­

щыо запорной арматуры; 15 -

с раздельными главными кон­ денсаторами; 6 - С разделени­ ем испарителя иа полости ре­

гулировавия

в схеме, представленной на рис. 12.22, в, каждый главный

эжектор (или группа эжекторов) имеет свою секцию испарите­

ля. Секции отделены друг от-друга: внутри испарителя - гер­

метичными перегородками, на входе и выходе из испарителя

рабочей воды - гидравлическими затворами. Чтобы умень­ шить холодопроизводительность, прекращают доступ рабочего пара в отключаемый эжектор закрытием вентиля 6. В отклю­

ченной секции испарителя устанавливается давление, равное

давлению в главном конденсаторе, а гидравлические затворы пре­

пятствуют перетеканию рабочей воды через неработающую сек­

цию испарителя и перетеканию пара из главного конденсатора

вработающие секции. Отсутствие дополнительной арматуры и аппаратов в этой схеме реrулирования обеспечивает уменьше­ ние размеров и массы машин. Такая схема регулирования может быть выполнена как при параллельной; так и при последова­ тельной подаче рабочей воды через секции испарителя. Во вто­ ром случае предусматривают дополнительные вводы рабочей воды

всекции испарителя, следующие за первой секцией, и установку

запорной арматуры на всех вводах.

На практике в современных ПЭХМ холодопроизводительность

регулируют только по схеме с разделением испарителя на полос­

ти регулирования. Секций испарителя бывает оБЫЧ1l0 две или

три, т. е. шаг регулирования 50 или 33% от номинала (при равном распределении эжекторов по секциям), а число эжекто­

ров в каждой секции от одного до десяти. ПО консТруктивным соображениям нельзя получить шаг регулирования менее 25%

номинальной производительности машины. Поэтому при систе­ мах охлаждения с рециркуляцией рабочей воды стабильность

поддержания температуры воды на выходе из испарителя зави­

сит от аккумулирующей способности системы. В стационарных установках жеJIательно иметь аккумулирующие емкости рабочей воды, что дает возможность сглаживать неравномерность потреб­ ления холода и более стабильно поддерживать необходимую для потребителя температуру рабочей воды. В разомкнутых систе­

мах, где тепловая нагрузка на машину опре~еляется расходом и

температурой охлаждаемой воды, не может O'\>Iть резких колеба­

ний температуры t s1 , так как во.да для охлаждения поступает,

как правило, из водоемов.

При очень малых тепловых нагрузках оказывается необходи­

мым периодически выключать все главные эжекторы, полностью

прекращая выработку холода. При этом систему воздухоудале­ ния не отключают чтобы после повышения температуры рабочей

воды в системе вследствие наличия тепловой нагрузки можно было

бы возобновить генерацию холода без предварительного вакууми­

рования. Такой режим работы машины, когда системы отбора паровоздушной смеси, циркуляции охлаждающей и рабочей воды, откачки конденсата работают при выключенных главных эжек­

торах, называется режимом горячего резерва и предусматривает­ ся как один из характерных режимов в системах автоматизиро­

ванного управления.

Способы регулирования холодопроизводительвости АХМ. Хо­

лодопроизводительность абсорбционных бромистолитиевых агре­

гатов и машин в целом регулируют изменением концентрации

раствора, направляемого из генератора в абсорбер, которое до­ стигается плавным изменением расхода греющей среды.

Для всех типов АБХА и АБХМ основным показателем измене­

ния тепловой нагрузки является температура охлажденной воды на выходе из испарителя. Количество циркулирующего в системе раствора бромистого лития в зависимости от холодопроизводи­

тельности может изменяться пропорционально расходу греющей

среды или ступенчато при снижении производительности маши­

ны. например, на 50% .

В абсорбционных бромистолитиевых машинах с одно- и двух­ ступенчатой генерацией пара производитещ.ность генератора ре­

коМендуется регулировать затоплением конденсатом части тру­

бок его теплообменной поверхности. Производительность АБХА

и АБХМ с одноступенчатой генерацией пара можно регулировать изменением уровня раствора в генераторе и абсорбере. ПОНИже­

ние установленного уровня изменяет тепловую производительность

генератора. Одновременно повышение уровня в абсорбере исклю­

чает часть поверхности из массообмена, что также уменьшает его

тепловую нагрузку.

В ряде случаев при пуске АБХМ необходимо форсировать про­ цесс выпаривания раствора. В этом случае предлагается осущ~т­

влять в системе циркуляции раствора подачу мимо оросительно­

го устройства абсорбера концентрированного раствора в нижнюю

часть аппарата.

Энергетическая эффективность абсорбционных ВОДОаммиачных

холодильных машин зависит от температурного режима, кото­

рый в процессе эксплуатации может изменяться. Поэтому необ­ ходимо регулировать работу АВХМ, чтобы установить такой ре­

жим, при котором определенным параметрам внешних источни­ ков отвечают строго определенные параметры аммиака и водоам­

миачного раствора, соответствующие максимальному значению

теплового коэффициента. Например, при определенных темпера­

турах кипения и конденсации аммиака и, следовательно, извест­

ном значении его удельной массовой холодопроизводительности

тепловой коэффициент АВХМ будет максимальным при минималь­ ной тепловой нагрузке на генератор. Удельная теплота последне­

го складывается из энтальпии пара, выходящего из дефлегмато­

ра, теплоты. ректификации и теплоты, необходимой для подо­ гревания раствора в процессе его кипения. При неизменной тем­ пературе охлаждающей воды или воздуха (окружающей среды) можно считать постоянными температуру пара на выходе из деф­ легматора и температуру крепкого раствора на выходе из абсор­

бера. Значит, постоянными будут также концентрации крепкого

раствора и пара (на выходе из дефлегматора) и их энтальпии.

Отсюда следует, что температуРа и энтальпия крепкого раствора

в начале кипения в генераторе также будут постоянными. Таким образом, тепловая нагрузка на генератор зависит от концентра­

ции слабого раствора на выходе из аппарата.

С понижением концентрации слабого раствора уменьшается количество теплоты, необходимой для подогревания раствора

в процессе его кипения, так как расширяется зона дегазации.

Вто же время возрастают тепловые нагрузки на ректификатор

идефлегматор по той причине, что с понижением концентрации

увеличивается количество водяного пара, образующегося при ки­

пении раствора, уменьшается кратность циркуляции раствора и,

значит, ухудшается процесс ректификации пара в ректификаци­

онной колонне генератора.

Следовательно, при регулировании работы АВХМ необходимо

поддерживать температуру греющего источника такой, чтобы выс­

шая температура кипения раствора в генераторе соответствовала

оптимальной кратности циркуляции, которая, в свою очередь,

соответствует максимальному значению теплового коэффициента.

Оптимальную кратность циркуляции раствора при работе АВХМ

поддерживают регулированием производительности насоса креп­

кого раствора.

При остановке АВХМ отключается подача жидкого аммиака

в испаритель, греющей среды в кипятильник генератора, пре­

кращается циркуляция слабого и крепкого растворов и подача

охлаждающей среды (воды, воздуха) на абсорбер и конденсатор.

Автоматизация ПЭХМ. В процессе Эkсплуатации машин не­

обходимо контролировать следующие параметры: давление рабо­

чего пара перед машиной и перед паровыми коробками главных

эжекторов каждой секции испарителя; остаточное давление в глав­

ном конденсаторе; температуру рабочей воды'на входе и ВЫХОДе

из испарителя; температуру охлаждающей воды перед конденса­

торами; расход рабочей и охлаждающей воды через аппараты

машины; даВление нагнетания конденсатного насоса и насОСа ра­

бочей воды. Наблюдение за перечисленными параметрами позволя­

ет оценивать работу машины в целом и отдельных ее элементов

ипринимать меры для повышения .эффективности ее эксплуатации.

При автоматизации машин помимо названных параметров кон­

тролируют и регулируют уровни воды в аппаратах, расход рабо­

чего пара и холодопроизводительность. Схема автоматизирован­

ной ПЭХМ с поверхностными конденсаторами и двухсекционным

испарителем представлена на рис. 12.23.

При пуске машины на главный и вспомогательные конденса­

торы оТкрытием вентилей 1 и 4 и Включением насоса 3 подают

охлаждающую воду. Одновременно начинается циркуляция рабо­

чей воды открытием вентилей 7, 9 и пуском насоса рабочей воды

5. При наличии сигнала перепадомера 2 ,фиксирующего цирку­

ляцию охлаждающей воды через главный и вспомогательные кон­

денсаторы, открывается клапан 11 подачи пара на вспомогатель­

ные эжекторы ВЭ, включается в ДеЙствие регулятор давления

пара 10 и начинается вакуумирование машины. Открыть пар на

главные эжекторы ГЭ можно только по Достижении остаточного

давления в главном конденсаторе ГК не выше 6,5 кПа. Давление

контролирует преобразователь давления 22, дающий разрешение на открытне клапана 12 подачи рабочего пара только при сниже­

нии давления до указанного значения. Запорные клапаны рабочего

10 11

Р(lQОVЩ;

ла/!

Рис. 12.23. Схема автоматизироваввой ПЭХМ:

BK1, ВК2 - вспомогательные конденсаторы первой и второй ступеней; ВЭ1, ВЭ2 - вспомогатеJIЬВЫе эжекторы первой и второй ступеней; гэ - главные

эжекторы; И1, И2 - первая и вторая секции испарителя

пара главных эжекторов 12 и 8 находятся также в функциональ­ ной связи с преобразователями температуры рабочей воды 16 и 6 системы регулирования холодопроизводительности. Термопреоб­ разователи (ТП) 16 и 6 настроены на разные температуры. Термо­ преобразователь 6 подает сигнал на открытие клапана 8 при тем­ пературе рабочей. воды примерно на 2 ос выше номинальной,

принятой в заданном режиме работы машины, и на закрытие

клапана 8 при температуре рабочей воды примерно на 1 ос ниже номинальной. Термопреобразователь 16 подает сигнал на откры­ тие клапана 12 при той же температуре, что и ТП 6, а на закры­ тие - при температуре рабочей воды 1,5-2 0 С, т. е. при отсутст­ вии тепловой нагрузки у потребителя холода, что необходимо для предотвращения замерзания рабочей воды в испарителе. При

выключении всех главных эжекторов вспомогательные эжекторы

могут продолЖать работать, поддерживая машину в режиме (при большом числе теплообменных аппаратов в системе потребителя и возможных больших колебаниях в нагрузке) или же может быть предусмотрено выключение всей машины (при полном снятии всей нагрузки на длительное время). Регулятор давления 13 автомати­

чески поддерживает давление пара перед главными эжекторами.

Уровень конденсата в главном конденсаторе поддерживается

при помощи регулятора уровня непрямого действия с жесткой

обратной связью 21. Когда необходимо гаран:rировать длитель-

928

ную непрерывную работу машины без какого бы то ни было мест­

ного обслуживания, дублируют регулятор уровня конденсата ус­

тановкой системы регулирования уровня с двумя датчиками верх­

него 20 и нижнего 19 уровней. Испарившаяся в испарителе часть

рабочей воды компенсируется конденсатом из главного конденса­

тора с помощью поплавкового регулятора уровня 14, поддержи­

вающего постоянный уровень рабочей воды в испарителе. По­

плавковый регулятор уровня установлен в секции испарителя

И1, выключаемой из работы последней. В испарителе может быть создана дублирующая система поддержания уровня рабочей воды установкой датчиков верхнего 15 и нижнего 17 уровней, связан­

ных с клапаном 18.'

Автоматизация АХМ. Система автоматического регулирова­

ния производительности АХМ предназначена для приведения в соответствие холодопроизводительности машины с требуемой теп­ ловой нагрузкой потребителя. В качестве основного способа регу­ лирования холодопроизводительности отечественных АХМ всех тип.ов принят способ, основанный на изменении количества грею­ щей среды, подаваемой в генератор машины.

Датчиком регулятора производительности служит датчик темпе­ ратуры охлажденной технологической воды, выходящей из испари­

теля. В качестве регулирующего прибора в АБХА-I000 применен электронный регулирующий прибор РП2-СЗ, поставляемый с.овмест­ но с задатчиком 3Д-50. Термометр сопротивления ТСП-5071 кон­

тролирует температуру технологической воды на выходе из испа­ рителя. 3адатчик устанавливают в положение, соответствующее заданному значению температуры технологической воды. Регули­ рующий прибор сравнивает сигналы термометра сопротивления

и задатчика. При отклонении действительной температуры от

заданной регулирующий прибор-подает сигнал на исполнитель­ ный механизм регулирующего клапана, установленного на линии подачи греющей среды в генератор.

В том случае, когда АБХА работает с одновременной выработ­ кой охлажденной и горячей воды или используется как термо­

трансформатор для ПО?Iучения только горячей воды, в систему регулирования включают датчик температуры горячей воды на

выходе из агрегата.

Холодильную и тепловую нагрузки в системах АБХА со ступен­ чатой генерацией пара рабочего вещества регулируют, как правило,

выборочно по датчикутемпературы охлажденной или горячей воды. При регулировании производительности АБХА изменением

уровней раствора в генераторе и абсорбере устанавливают уро­ вень раствора в генераторе с помощью переливного устройства на

отметке верхнего ряда труб теплообменной поверхности. Пони.же­

ние установленного уровня изменяет тепловую производительность

генератора, а одновременное повышение уровня раствора в аб­ сорбере исключает часть поверхности из массообмена и уменьшает тем самым его тепловую нагрузку. Для форсированного пуска АБХА

устанавливают байпасную линию подачи концентрированного рас-

929

59 П/р л. с. ТиМофеевскоro

твора помимо оросительного устройства абсорбера в его нижнюю ресиверную часть. В процессе пуска АБХА байпасная линия от-· крывается с помощью установленного на ней клапана, что усили­

вает выпаривание раствора и доведение его концентрации до ра­

бочей. После этого байпас перекрывается и АБХМ включается в нормальный режим работы.

В абсорбционных водоаммиачных холодильных машинах, рабо­ тающих с постоянной тепловой нагрузкой, автоматизируют глав­ ным образом процессы, нарушение 1<oТQPЫx t,lожет вызвать серьез­

ное отклонение от нормального режима работы или ухудшить тех­ нико-экономические ПО1<азатели АВХМ. К этим процессам относят­ ся регулирование подачи слабого раствора из ресивера генератора в абсорбер и жидкого рабочего вещества - из ресивера конденсатора

в испаритель. Регулировать подачу греющего парав генератор, ох­

лаждающей воды в абсорбер, конденсатор и дефл~гматор, а также

рассола в испаритель в этих АВХМ не требуется.

;в безнасосных АВХМ непрерывного действия с электрообогре­

вом генератора применяют автоматическое переключение мощ­ ности электронагревателя в зависимости от температуры в испа­

рителе. При изменении температуры чувствительного патрона,

прикрепленного к стенке испарителя, с помощью сИЛЬфонного

переключателя увеличивается или уменьшается мощность элек­

тронагревателя. В безнасосных АВХМ с газовым обогревом гене­

ратора используют регулятор, изменяющий давление газа макси­

мально до 0,3 кПа. При этом расход газа через горелку регули­ руется автоматически в широких пределах. Горелка снабжена

предохранителем с биметаллической пластинкой, который авто­

матически закрывает клапан, прекращая доступ газа к выходно­

му отверстию. Чтобы зажечь горелку требуется принудительно

открыть клапан.

. Защита ПЭХМ от опасных режимов работы. При эксплуата­

цИИ ПЭХМ могут возникнуть следующие опасные условия работы:

чрезмерное повышение давления рабочего пара за редукцион­ ным клапаном перед машиной, которое может оказаться недопус­ тимым для внутримашинных коммуникаций, а также вызвать

перегрузку конденсатора, ухудшение конденсации, заполнение

паром аппаратов машины и, как следствие, недопустимое повыше­

ние давления в них;

повышение остаточного давления в главном конденсаторе по

разным причинам (отказ воздухоотсасывающих устройств, нару­ шение герметичности машины, заполнение конденсатом паровой полости конденсатора и др.), что может повлечь за собой резкое

ухудшение конденсации и недопустимое повышение давления

в аппаратах;

прекращение циркуляции охлаждающей воды, приводящее

к прекращению конденсации пара в конденсаторах и повышению

давления в аппаратах;

превыmение допускаемого давления воздуха в аппаратах ма­

шины при испытаниях на плотность;

930

недопустимое понижение температуры рабочей воды, которое

может привести к обмерзанию испарителя, нарушению циркуля­ ции рабочей воды и срывам в работе главных эжекторов.

Помимо названных опасных режимов предусматривается пре­

дупредительная защита при.повышении температуры рабочей воды за испарителем, что может быть обусловлено уменьшением холо­

допроизводительности машины или полным прекращением про­

изводства холода.

Если давление водяного пара в главной подводящей магистра­

ли соответствует давлению рабочего пара, на которое рассчитаны

главные и вспомогательные эжекторы машины, устанавливать

редукционный клапан перед машиной нет необходимости. При этом предохранительный клапан на в'нутримашинном паропро­

воде не предусматривается,так как источника возможного по­

вышения допускаемого давления нет.

Если давление рабочего пара в главной подводящей магистра­

ли больше расчетного для эжекторов машины, на riаропроводе

перед машиной устанавливают редукционный клапан, обеспечи­

вающий непрерывное поддержание требуемого давления перед эжек­

торами. При выполнении внутримашинного паропровода на участ­

ке между редукционным клапаном и паровыми коробками эжек­

торов на такое же давление, как в магистральном паропроводе,

предохранительный клапан не уст~навливают. При расчете внут­ римашинного паропровода на давление рабочего пара на нем ус­

танавливают предохранительный клапан на случай неисправнос­

ти редукционного клапана.

Для защиты от повышения давления в главном конденсаторе

машины свыше 20-50 кПа в неавтоматизированных ПЭХМ, как

правило, устанавливают отсечные клапаны на паропроводе, пре­

кращающие доступ рабочего пара в машину. В автоматизирован­

ных машинах в паРовой полости главного конденсатора устанав­

ливают реле давления, которое обеспечивает закрытие автомати­ ческой аппаратуры на трубопроводе рабочего пара при повыше­

нии остаточного давления сверх допустимого.

Для контроля за циркуляцией охлаждающей воды в машинах предусмотрен сигнализатор перепада давлений. При снижении перепада давления охлаждающей воды на входе и выходе из глав­

ного конденсатора до значения, соответствующего недопустимому

уменьшению расхода воды, машина автоматически выключается

и может быть введена в действие только при восстановлении нор-

Для защиты от чрезмерного повышения давления в аппаратах

машины существует автономное предохранительвое устройство

с разрывной мембраной, рассчитанное на срабатывание при из­

БЫТОЧНQМ давлении 0,15-0,2 МПа. Разрывное предохранитель­

ное устройство защищает от превышения допустимого давления

воздуха в аппаратах при проверке машины на плотность, а так­

же дублирует описанные выше устройства защиты от повышения давления в аппаратах в процессе работы машины.

931

Защита АХМ от опасных режимов работы. Защита от крис­

таллизации раствора - одна из задач системы регулирования

режимов работы всех типов АБХА. Причинами кристаллизации

раствора на холодной стороне теплообменника растворов могут быть накапливание в системе неабсорбируемых и неконденсирую­ щихся газов, низкая температура охлаждающей воды, прекра­

щение r;аботы насосов. Появление кристаллизации может быть зарегистрировано датЧиком температуры на выходе крепкого рас­

твора из теплообменника; дифференциальнщм датчиком темпера­ туры на входе охлаждаемой воды в испаритель и на выходе из него охлажденной воды, регистрирующим превышение тепловой нагрузки выше проектцрй, а также повышением уровня жидкого

рабочего вещества (воды) в поддоне испарителя. Но этим сигна­

лам предложено перепускать по байпасу с клапаном жидкое ра­

бочее вещество из конденсатора в абсорбер, которое разбавляет

раствор и устраняет опасность кристаллизации. Защиту от крис­ таллизации осуществляют также и подачей горячего крепкого раствора из генератора в абсорбер в начале кристаллизации.

В АБХА предусмотрены также следующие виды защиты: от

падения остаточного давления в абсорбере; от уменьшения рас-

-ходов в системах охлажденной и ОХЛц'ждающеЙ.воды; от пониже­

ния давления на стороне нагнетания растворных насосов. Пред­ усмотрены контроль давления и температуры охлаждающей воды конденсатора и абсорбера, рециркулирующего через испаритель рабочего вещества (воды), охлаждаемой технологической воды,

греющей воды или пара. Манометры устанавливают на маномет­ ровом щите, приборы контроля температуры, управления и сиг­

нализации - на щите управления.

Неконденсирующиеся и неабсорбируемые газы - натекающий извне в АБХА воздух и образующиеся в системе газообразные продукты коррозии наружных поверхностей теплообменных тру­ бок и внутренних поверхностей трубных решеток и кожухов ап­ паратов - снижают производительность АБХА и приводят к ин­ тенсивной коррозии теплообменных поверхностей, контактирую­ щих с раствором. Для удаления неконденсирующихся и неабсор­ бируемых газов применяют различные способы, в основе кото­ рых лежит принцип абсорбции паров воды из паров воздушной

смеси переохлажденным раствором. Все используемые в отечест­

венных и зарубежных АБХА способы удаления газов автоматизи­

рованы.

Чтобы защитить АБХА от коррозии, применяют ингибиторы -

хромат и гидрооксид лития, которые в определенном количестве

добавляют в водный раствор CDЛИ бромистого лития (см. § 5.2).

ГЛАВА 13

АГРЕГАТИРОВАНИЕ ХОЛОДИЛЬНЫХ МАШИН.

Агрегатирование - компоновка различных видов оборудова­

ния из унифицированных элементов является одним из эффек­

тивных методов совершенствования холодильных машин.

Холодильным агрегатом называют конструктивно~ объеди­ нение нескольких основных элементов холодильной машины и вспомогательных устройств в единый блок.

Конструктивное объединение всех элементов холодильной

машины в один или несколько блоков называют агрегатирован­

ной "омnле"сной холодильной машиной.

§ 13.1. ПАРОКОМПРЕССОРНЫЕ ХОЛОДИЛЬНЫЕ АГРЕГАТЫ

Основные принципы агрегатирования парокомпрессорных холодильных машин. Современные предприятия холодильного машиностроения большую часть своей продукции выпускают в

виде агрегатов, поскольку агрегатированные поставки холодиль­

ного оборудования существе~тно сокращаю,!, и упрощают раБОту при монтаже холодильной машины. Исключаются или значите.ль){о облегчаются такие работы, как-изготовление элементов и сборка трубопроводов рабочего вещества, испытание оборудования на герметичность, монтаж приборов автоматики, осушка системы,

центровка компрессора с электродвигателем. При этом осущест­

вление всех перечисленных операций в заводских условиях зна­

чительно дешевле и на более высоком качественном уровне.

Выпуск холодильного оборудования в виде агрегатов выдвига­ ет требование высокой степени унификации элементов агрегата,

что приводит к дополнительному сокращению затрат на их про­

изводство И упрощаlQТ эксплуатацию агрегатов, так как снижает­

ся номенклатура запасных частей.

Важная задача заводского агрегатирования - создание ком­ пактных конструкций, площади для размещения и обслужива­ ния которых минимальны. Только при заводском агрегатирова­

нии достигаются минимальные габаритные размеры агрегата пу­

тем использования ·вспомогательных элементов, выполненных

специально для типовой компоновки агрегатов заданного ряда. Агрегатирование в заводских условиях способствует типизации не только холодильного оборудования, но и проектов холодиль­

ных установок в целом.

В зависимости от объема и вида оборудования, включенного в

состав холодильных агрегатов, их разделяют на следующие ос­ новные виды: компрессорные агрегаты, компрессорно-конденса­ торные агрегаты, компрессорно-испарительные агрегаты, аппа-

ратные агрегаты, агре~атированные комплексные холодильные

машины.

Компрессорные агрегаты. Компрессорные агрегаты состоят

из компрессора с электроприводом и необходимых приборов

автоматической защиты и визуального контроля. В состав ком­

прессорных агрегатов могут входить вспомогательные аппараты

и арматура, обеспечивающие отделение и возврат масла, его

охлаждение, а также разгрузку компрессора при пуске и др.

Компрессорные агрегаты используют, как правило, в составе

крупных холодильных установок, чаще всего с непосредствен­

ной системой охлаждения. Их применяют также и в установках

с рассольной системой охлаждения, когда к одному крупному

аппарату подключают несколько компрессоров, и в многоступен­ чатых низкотемпературных машинах, где большой объем обору­

дования затрудняет его компоновку в более сложные агрегаты.

Агрегаты с поршневыми компрессорами наиболее широко ис­

пользуют в диапазоне холодопроизводительнос'feЙ от 40 до 200 кВт.

Аммиачные агрегаты выпускают как в комплекте с масцоотде­

лителем и маслоперепускным устройством, обеспечивающим

автоматический возврат масла в картер компрессора, так и без указанных аппаратов. Исполнение агрегатов с маслоотделителя­

ми характерно для отечественных современных конструкций.

Исключение из состава агрегата устройств, обеспечивающих от­

деление и возврат масла, приводит к структурной однотипности аммиачных агрегатов с хладоновыми, .которые выпускают, за

редким исключением, без маслоотделителя.

Холодильные винтовые компрессоры, выпускаемые у нас в стра­

не, применяют, как правило, в составе компрессорных агрегатов, в которые включены привод, маслоотделитель, система смазки,

Подавляющее большинство современных компрессорных аг­

регатов выполняют с приводом от электродвигателя через элас­

тичную муфту, и только некоторые фирмы в отдельных случаях

(тяжелые условия эксплуатации, требующие снижения частоты

вращения, применение привода от двигателя внутреннего сгора­

ния и др.) используют клиноременную передачу.

Сторона обслуживания компрессорного агрегата определяет­

ся конструктивными особенностями компрессора.

Приборы защиты и визуального контроля в компрессорных

агрегатах монтируют как объединяя их в едином щите прибо­

ров, так и децентрализованно с использованием свободных, до­

ступных для обслуживания мест на раме агрегата и непосредст­ венно на компрессоре. В последнем случае приборы защиты раз­

мещают на раме, а манометры - на общем щите или раме либо

на соответствующих штуцерах компрессора.

В крупных компрессорных агрегатах размещать приборы на

едином щите предпочтительнее, так как это не усложняет их

конструкцию и не затрудняет обслуживание компрессора, позво­

ляет существенно упростить разводку кабеля, повышает общую

степень заводской готовности агрегата. Наибольший практичес­ кий эффект достигается при включении в состав щита приборов

блока управления агрегатом.

Применение крупных компрессорных агрегатов в схемах

многокомпрессорных установок, предусматривающих автомати­

ческую остановку части компрессоров в зависимости от измене­

ния потребной холодопроизводительности, вызывает необходи­

мость в установке обратного клапана на нагнетательном трубо­

проводе за компрессором. Это обеспечивает отсоединение агре­

гата от коммуникаций и аппаратуры, находящихся под давле­

нием конденсацl,lИ. Таким образом, в течение всего периода сто­

янки агрегат находится под давлением кипения, что упрощает

автоматический пуск компрессора. Для аммиачных компрессо­

ров такое решение обязательно еще и по требованиям техники

безопасности. При наличии маслоотделителя с автоматическим возвратом масла в компрессор обратный клапан устанавливают

за маслоотделителем.

Рамы компрессорных агрегатов выполняют стальными свар­

ными или литыми чугунными. В крупных агрегатах в последнее время широко применяют железобетонные конструкции рам, дешевые в изготовлении, требующие минимального количества

армирующего металлопроката и хорошо сочетающиеся с цоколь­

ной 'Частью фундамента агрегата. Некоторое увеличение общей

массы агрегата компенсируется снижением массы фундамента,

аснижение металлоемкости таких рам весьма существенно.

Муфты привода компрессора выполняют с упругим элементом,

в качестве которого чаще всего используют резиновые оболочки. Основное требование, которое предъявляется'к муфтам, - это воз­ можность разбора саЛьника компрессора без смещения электро­ двигателя. Для передачи большой мощности целесообразно ис­ пользовать неразрезные резинокордные оболочки или пальцевые. Применение муфт с резиновыми и резинокордными оболочками в агрегатах с поршневыми и ротационными компрессорами требует

центровки валов компрессора и электродвигателя с выдержкой

радиального смещения не более чем на 0,3 мм и перекосом (бие­

нием торцевых плоскостей) на радиусе 120-130 мм не более

0,3 мм. Общие виды и технические характеристики компрессор­

ных агрегатов достаточно подробно приведены в справочнике [86].

Компрессорво-кондевсаторвые и компрессорво-испаритель­ вые агрегаты. Компрессорно-конденсаторные агрегаты применя­

ют в составе холодильных машин, как правило, в тех случаях,

когда испарительная :часть машины не может быть объединена в одном агрегате с остальным оборудованием и должна быть рас­

положена на достаточном удалении от него [86].

В двухступенчатых и каскадных холодильных м~шинах ком­

прессорно-конденсаторные агрегаты являются основной разновид­

ностью серийного оборудования, что позволяет построить унифи­ цированный ряд при большом разнообразии испарительных сис-