В.А. Старовойтов Парокомпрессионая холодильная установка

10

Ротационные компрессоры, как качающиеся, так и вращающиеся, имеют по сравнению с поршневыми ряд преимуществ: небольшая масса, отсутствие кривошипно-шатунного механизма и большая уравновешенность, отсутствие клапанов, равномерность подачи газа. Благодаря отсутствию всасывающих клапанов, в них достигаются более низкие давления всасывания и, следовательно, более низкие температуры. Однако неплотности, вызывающие перетечки газа между полостями, не позволяют достичь высоких степеней сжатия и, соответственно, высоких давлений нагнетания. Сжатие начнется только после повышения частоты вращения до заданного предела.

Расчет ротационных компрессоров производится аналогично поршневому и отличается лишь незначительно [4, c. 46].

Вконденсаторе перегретые пары хладагента, поступающие из компрессора охлаждаются до температуры насыщения и конденсируются (иногда и переохлаждаются ниже температуры конденсации). Различают конденсаторы водяного и воздушного охлаждения.

Вмалых ТХМ обычно используют конденсаторы воздушного охлаждения как более экономичные и удобные в монтаже [2, c. 95]. При этом предпочтение отдается конденсаторам с принудительным движением воздуха.

Конструкции конденсаторов воздушного охлаждения однотипны и представляют собой одну (или более) секцию, состоящую из прямых трубок, соединенных последовательно калачами. Трубки проходят через набор ребер, равноотстоящих друг от друга. Для защиты от коррозии и улучшения теплового контакта поверхности оцинковываются или меднятся. По внешнему виду напоминают испаритель, представленный на рис. 3.

Принудительное движение воздуха создается с помощью вентилятора, устанавливаемого на вал электродвигателя. У герметичных ПКХМ это отдельный электродвигатель.

Вентиляторы маломощные, широколопастные типа К-95 (рис. 5). Для более равномерного распределения воздуха по сечению конденсатор устанавливают на всасывающей стороне вентилятора. Для лучшей организации воздушного потока вентилятор устанавливается

вдиффузор.

11

Рис. 5. Вентиляторный узел: 1 - диффузор; 2 - прокладка резиновая; 3 - электродвигатель; 4 - кронштейн; 5 - крыльчатка

Пары хладагента из компрессора поступают в верхнюю трубку конденсатора, а из нижней трубки выходит жидкий хладагент и попадает в ресивер.

В качестве дросселирующего органа в ПКХМ используются капиллярные трубки или терморегулирующие вентили (ТРВ). Первые используются в случае стабильной температуры окружающей среды и малоизменяющейся тепловой нагрузки на испаритель. Выбор диаметра (от 0,8 до 1,9 мм) и длины (от 1000 до 3000 мм) капилляра определяется в зависимости от производительности компрессора и типа хладагента [4, c. 466]. При этом следует помнить, что при автоматической остановке компрессора давления нагнетания и всасывания почти выравниваются, и компрессор запускается практически в разгруженном состоянии. Если температура окружающей среды существенно повысится, то это вызовет повышение давления конденсации, поступление избыточного количества хладагента в испаритель и попадание жидкости в компрессор. При понижении же температуры заполнение испарителя будет недостаточным.

12

Для больших ПКХМ дросселирующим органом может служить обычный регулирующий клапан с ручным управлением, однако в связи с автоматизацией технологического оборудования чаще всего вместо него используются ТРВ различных конструкций и габаритов, определяемых условиями эксплуатации и холодопроизводительности ПКХМ. В терморегулирующих вентилях хладагент дросселируется до давления кипения.

Терморегулирующие вентили могут быть с внутренним и внешним уравниванием. ТРВ с внутренним уравниванием применяют в змеевиковых испарителях, в которых падение давления хладагента невелико.

Термочувствительная система ТРВ с внутренним уравниванием (рис. 6) состоит из термобаллона, капиллярной трубки и полости над мембраной. При увеличении температуры перегрева выходящих из испарителя паров хладагента повышается температура термобаллона, прикрепленного к всасывающему трубопроводу у испарителя, и давление в термочувствительной системе терморегулирующего вентиля повышается. Мембрана, прогибаясь вниз, нажимает на толкатели, которые воздействуют на иглодержатель, сжимают пружины и опускают иглу. Проходное сечение между иглой и седлом увеличивается. Хладагент поступает в терморегулирующий вентиль через фильтр, размещенный во входном штуцере, дросселируется в клапане, заполняет корпус и пространство под мембраной. Через выходной штуцер хладагент попадает в испаритель. При открытии клапана игла опускается до тех пор, пока давление хладагента, заполняющего термочувствительную систему и воздействующего на мембрану сверху, не будет равно сумме давлений хладагента в корпусе ТРВ и пружины.

При остановке компрессора движение паров хладагента в испарителе прекратится, температура на выходе из испарителя уравняется с температурой кипения хладагента, т.е. перегрев исчезнет. Усилием пружины клапан закроется. Прибор настраивают винтом, который ввернут в ходовую гайку. Винт уплотнен сальником. Колпачковая гайка предохраняет от возможных утечек хладагента через сальник и препятствует обмерзанию сальника.

13

Рис. 6. Терморегулирующий вентиль с внутренним уравниванием типа ТРВ-М: 1 - штуцер задатчика; 2 - пружина; 3 - клапан; 4 - фильтр; 5 - прокладка; 6 - втулка; 7 - гайка накидная; 8 - сопло (седло); 9 - капиллярная трубка; 10 - мембрана; 11 - корпус; 12 - упор; 13 - шток (толкатель); 14 - гайка накидная; 15 - пружина; 16 - гайка ходовая; 17 - винт задатчика; 18 - термобаллон; 19 - колпачок

Помимо основных агрегатов холодильные установки (особенно крупные) оснащены и вспомогательными, которые служат для повышения эффективности отдельных рабочих процессов и цикла в целом, а также для создания благоприятных условий эксплуатации. Это прежде всего маслоотделители, защитный и циркуляционный ресиверы, осушительные фильтры и др. [3, c. 4].

14

Ресиверы предназначены для хранения запаса хладагента, необходимого для длительной работы установки при незначительных утечках, а также для повышения эффективности работы холодильной

	системы. Запас позволяет работать при пе-
	ременных плановых нагрузках. Кроме того
	в них собирают из ХМ хладагент при ее ре-
	монте или транспортировке. По расположе-
	нию они бывают горизонтальные и верти-
	кальные. В малых ПКХУ обычно использу-
	ются вертикальные ресиверы, а для устано-
	вок с ротационным компрессором холодо-
	производительностью до 1,25 кВт они уни-
	фицированы и имеют конструкцию, пред-
	ставленную на рис. 7.
Рис. 7. Ресивер агре-	Фильтры-осушители служат для очи-
	стки системы ХУ от загрязнений и удаления
гата ПКХМ: 1 - корпус;	влаги. Типичным представителем таких уст-
2 - вентиль; 3 - трубка	ройств является фильтр-осушитель ФО-60
выходная; 4 - лапа	(рис. 8).

ХУ должна работать в заданном режиме и быть безопасной при ее эксплуатации. Она рассчитывается для условий максимальных внешних и внутренних теплопритоков, естественно, разумных. Избыток холодопроизводительности (холодное время года, малая загрузка продуктов охлаждения и т.д.) позволяет осуществить поддержание необходимой температуры с помощью самого распространенного метода - периодического включения и отключения компрессора. В автоматическом режиме это осуществляется с помощью термореле. При достижении нижнего предела заданной температуры в охлаждаемом объеме термореле останавливает компрессор. При автоматической стоянке компрессора за счет теплопритоков температура в охлаждаемом объеме повышается до верхнего заданного предела, и термореле включает компрессор. С увеличением тепловой нагрузки на ХМ (в испарителе) продолжительность работы компрессора увеличивается, а стоянки уменьшается (рис. 9).

Следует отметить, что схемные решения по регулированию температуры весьма различны [2, c. 463].

15

Рис. 8. Фильтросушитель ФО-60: 1 - заглушка; 2 - гайка накидная; 3 - цеолит синтетический; 4 - распределитель потока; 5 - пружина; 6 - крышка; 7 - кожух

Эффективная работа испарителя зависит от питания его жидким хладагентом. Недостаточная его подача обусловливает снижение производительности испарителя, а переполнение вызывает залив компрессора, уменьшая его производительность, и может привести к интенсивному уносу масла, а также к гидроудару. Оптимальное количество подаваемого хладагента обеспечивает ТРВ, работа которого рассмотрена выше.

Рис. 9. Регулирование температуры в охлаждаемом объеме ПКХМ: И - испаритель; TS - термореле; ТРВ - терморегулирующий вентиль

5. ОПИСАНИЕ СТЕНДА

Основой стенда является холодильный агрегат с герметичным компрессором и всем необходимым для работы основным и вспомогательным оборудованием, рассмотренным выше, укрепленным на общей раме. Общий вид стенда представлен на рис. 10.

16

16

Рис. 10. Общий вид стенда с ПКХМ: 1 - конденсатор; 2 - диффузор; 3 - электродвигатель вентилятора; 4 - ресивер; 5 - фильтр-осушитель; 6 - герметичный роторный компрессор; 7 - рама; 8 - коробка; 9 - датчик термореле; 10 - термобаллон ТРВ; 11, 19 - термопреобразователь сопротивления; 12 - холодильная камера; 13 - крышка камеры; 14 - двухточечный автоматический мост КСМ-4; 15 - терморегулирующий вентиль; 16 - испаритель; 17 - панель управления; 18 - кнопка «Стоп»; 19 - кнопка «Пуск»; 20 - задатчик температурного реле

17

17

Рис. 11. Электрические схемы холодильных агрегатов с ротационными компрессорами: а - принципиальная; б - соединений: М1 - электродвигатель компрессора; М2 - электродвигатель вентилятора; С1-С6 - концы выводные электродвигателя вентилятора; С7, С8, С9 - конденсаторы; F1 - реле пускозащитное; F2 - панель защиты; R - резистор; Х1-Х5 - клеммы пускозащитного реле; Х6 - соединение пускозащитного реле с электродвигателем; Х7 - вилка штепсельная; Х8 - клеммник; S - кнопка; Н - лампа освещения; Е - реле температуры; ПО, РО - пусковая и рабочая обмотка электродвигателя компрессора

18

Испаритель помещен в теплоизолированную камеру, в которой поддерживается низкая температура. Для управления ПКХМ на лицевой стороне стенда размещены необходимые органы управления и самопишущий автоматический двухточечный мост, который измеряет температуры испарения и конденсации с помощью термопреобразователей сопротивления.

Питание стенда производится от сети переменного тока напряжением в 220 В, в соответствии со схемой, представленной на рис. 11.

6. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

После ознакомления с настоящими указаниями включить автоматический мост 14 (рис. 10), открыв крышку прибора и переместив вверх тумблер «Прибор», а затем и «Диаграмма». Через 3-4 минуты прибор готов к работе, т.е. измерению температур кипения t0 и конденсации t.

Налив в пластмассовую формочку (стаканчик) воду, разместить ее в холодильной камере 12 на ребрах испарителя 16 и закрыть крышкой 13.

Запустить ПКХУ, нажав кнопку «Пуск» 19. Работающая ПКХУ издает характерный шум из-за периодически подключаемого компрессора и постоянно вращающегося вентилятора.

Режим работы задается преподавателем. В соответствии с ним по диаграмме двухточечного измерительного прибора 14 отслеживается динамика процесса охлаждения вплоть до выхода на установившийся режим, определяемый по постоянству температур t0 и t на протяжении 10 минут.

После этого установка отключается нажатием кнопки «Стоп» 18. Отключается и измерительный прибор.

По полученным данным построить рабочий цикл ПКХУ в предположении, что переохлаждение жидкого хладагента и перегрев его паров отсутствуют. Определить в соответствии с циклом и расчетными формулами (1-12) основные параметры ПКХУ. При этом считать, что в системе циркулирует 3,5 кг жидкого хладона R12 (фреона12). Термодинамические характеристики R12 представлены в [5, c. 574].

19

7.КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что такое холодильная машина, установка, агрегат?

2.Изобразите цикл работы парокомпрессионной ХМ в диаграмме T-S (или lg p-i) и объясните.

3.Как работает компрессор с катящимся ротором?

4.Объясните работу конденсатора и испарителя ХМ.

5.Объясните принцип действия ТРВ и его роль в ХМ.

6.Объясните принцип действия теплового реле и необходимость его использования в ХМ.

7.Каким образом температура испарения и конденсации влияет на холодопроизводительность ХМ?

8.Объясните работу элементов автоматики по схеме управления

ХУ.

9.Объясните необходимость использования ресивера и фильт- ра-осушителя.

10.Какова роль переохлаждения жидкого хладагента и перегрева его паров?

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1.Гельперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии: В 2 кн.-М.: Химия, 1981. -812 с.

2.Зеликовский И.Х. Малые холодильные машины и установки: Справочник/ И.Х. Зеликовский, Л.Г.Каплан.- М.: Агропромиздат, 1984.-672 с.

3.Теплообменные аппараты, приборы автоматизации и испытания холодильных машин/ Под ред. А.В. Быкова.-М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984.-248 с.

4.Холодильная техника/ Под ред. В.Ф. Лебедева.-М.: Агро-

промиздат, 1986.-335 с.

5.Павлов К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии/ К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Нос-

ков.-Л.: Химия, 1987.-576 с.