ПОДДУБСКИЙ / Автоматизация ХМУ / АвтХМиУ курс лекций

21

Регулирование температуры объекта одноиспарительной системы отличается от регулирования в многоиспарительных системах. В обоих случаях могут быть применены методы двухпозиционного, позиционного (ступенчатого) и плавного регулирования.

Особенностью регулирования температуры в этом случае является , что регулирующее воздействие начинается непосредственно с изменения хладопроизводительности компрессора, что вызывает и соответственное изменение хладопроизводительности испарителя.

Если воспользоваться выражением(2.3) для хладопроизводительности Q0КМ поршневого компрессора, то из него следует, что для изменения хладопроизводительности компрессора можно воздействовать на несколько величин, а именно: 1)на объем, описываемый поршнями Vh; 2) на удельную объемную хладопроизводительность qv; 3) на коэффициент подачи λ.

Для поршневого компрессора одинарного действия объем, описываемый поршнями

		p D 2			n
	V h =			S		2			(4.1)
		4			60
Поэтому изменение объема, описываемого поршнем можно								осуществлять изменением
частоты вращения вала и числа цилиндров, включенных в работу.
Простейшим методом в данном случае является двухпозиционное регулирование, которое
применяется, главным образом, в		малых			холодильных установках. Оно осуществляется
периодической работой холодильной машины с переменным коэффициентом рабочего времени δ,
поэтому	выражение (2.3) хладопроизводительности						компрессора	для	двухпозиционного
изменения производительности может быть написано так:
	Q0 КМ	= lVh qv b							(4.2)

С учетом выражения (4.1.) можно считать, что в случае двухпозиционного регулирования на охлаждение объекта непрерывно работает компрессор, имеющий объем, описываемый поршнем bVh или, точнее, фиктивную частоту вращения вала bn.Фактически же частота вращения или равна

0, или номинальному значению в	рабочую	часть цикла. При повышении тепловой		нагрузки
(теплопритоков) холодильная машина работает более длительное			время, т. . с	большим
коэффициентом рабочего времени.	Пуск и	остановка компрессора	производится	от сигнала

датчика, непосредственно или косвенно ощущающего изменение температуры в охлаждаемом объекте. Исполнительным органом такого регулятора является компрессор.

Встречаются три разновидности метода двухпозиционного	регулирования температуры.
Первое – это пуск и остановка компрессора от датчика	температуры, непосредственно

реагирующего на изменение температуры охлаждаемого объекта, что естественно вытекает из постановки задачи и позволяет удерживать температуру объекта с наибольшей точностью при использовании датчика с соответствующим дифференциалом. Схема регулирования показана на

рис.4.1; датчик

температуры 2а установлен

в

охлаждаемом

помещении

и

дает

кома

магнитному пускателю 2b на пуск и остановку компрессора.

Периодической работе компрессора соответствует периодическое изменение параметров,

характеризующих

состояние

хладагента и

охлаждаемого

объекта. На

рис.4.2

изображен

примерный характер изменения температур кипенияt0, объекта tПМ

и

конденсацииtk за время

рабочей части

рбτ

и нерабочей

части нрбτ всего цикла τц. После

пуска

компрессора

начинается

понижение давления (и соответственно температуры) кипения, замедляющееся к

концу рб;τ

одновременно происходит повышение давления(

температуры)

конденсации.

В начале

нерабочей

части

периода

температура

холодильного

агента

в

испарителе

, повы

приближаясь

к

температуре

охлаждаемого

помещения, в

результате

притока

теплоты к

испарителю; т.к. поступление хладагента в конденсатор прекращается и количество отводимой теплоты сильно сокращается, то температура хладагента в конденсаторе приближается температуре теплоотводящей среды. Кроме теплообмена, на сближение (выравнивание) давлений хладагента в испарителе и в конденсаторе может оказывать влияние перетекание пара конденсатора в испаритель через регулятор подачи(например, через поплавковый регулятор высокого давления или через стабилизаторы уровня высокого давления). Таким образом, резкое

22

изменение температуры в испарителе и в конденсаторе в начальный рбпериодсвязаноτ и с отсасыванием пара из испарителя в условиях повышенной производительности компрессора при сравнительно малой в этот момент степени сжатия. Температура охлаждаемого объектаtПМ претерпевает меньшие колебания, чем температура кипенияt0 и изменяется более плавно из-за существенно большей тепловой инерционности объекта по сравнению с испарителем. С этим же

связан сдвиг фаз между колебаниями температуры в испарителе и температуры охлаждаемого

объекта, характеризуемый тем, что	при остановке компрессора некоторое время(τз- время
запаздывания) продолжается понижение температуры помещения. Величина разности температур
t'ПМ является дифференциалом регулятора.
Второй разновидностью метода является пуск и остановка		компрессора	от да
температуры, реагирующего на	изменение температуры поверхности	испарителя. Так	как

изменение температуры помещения следует за изменением температуры поверхности испарителя, как это видно на рис.4.2, то оказывается возможным регулировать температуру помещения

датчиком температуры 1а, чувствительный элемент которого размещается на поверхности испарителя И (рис.4.3). Такой способ применяется в тех случаях, когда не предъявляется строгих требований к точности поддержания температуры объекта. Достоинством способа является возможность применения более простого и более дешевого регулятора(что важно для изделий массового выпуска) со сравнительно большим дифференциалом .т.колебания температуры

кипения в испарителе (см. t0				на рис.4.2)	происходят со значительно большей амплитудой, чем
колебание	температуры		помещения tПМ. Например, так					обычно	регулируется температура
воздуха	в	холодильной		камере	домашних		холодильников. На		рис.4.3 показана	схема
автоматизации		домашнего		компрессорного		холодильника. Здесь КТкапиллярная				трубка,
являющаяся регулятором перегрева всасываемого пара, а 1В – пусковое реле. Специфическим
достоинством		этого	способа является,			что	он	позволяет	использовать	датчик д

полуавтоматического оттаивания инея с поверхности испарителя: при соответствующей установке датчика он может останавливать компрессор при достижении температуры на поверхнос испарителя, например, +4…+5°С. Внутри холодильника будут поддерживаться при это несколько более высокие температуры, чем обычно, но зато температура поверхности испарителя за весь период остается положительной, благодаря чему образовавшийся ранее иней может

растаять. По окончании оттаивания установка регулятора вновь подводится к тому делению шкалы, которое обеспечит поддержание необходимой более низкой температуры.

Но этой разновидности двухпозиционного метода регулирования температуры объект свойственен и характерный недостаток, заключающийся в зависимости температуры объекта от

величины	тепловой	нагрузки(теплопритока). Изменению	теплопритока QT	должно
соответствовать изменение холодопроизводительностиQ0 ИСП			испарителя. Поскольку	при

рассматриваемом методе удерживается постоянной температура поверхности испарителя(по существу температура кипенияt0), из выражения (2.14) следует, что восстановить равенство между QT и Q0 ИСП при их дебалансе возможно путем изменения и температур объектаtПМ и

коэффициент рабочего времени в=τрб/τц. Поэтому при загрузке домашнего холодильника теплыми
продуктами или при повышении	температуры воздуха в помещении, в котором установлен
холодильник, следует передвинуть	установку датчика температуры в сторону более низки

температур. Тогда повышение холодопроизводительности испарителя будет обеспеч понижением температуры кипения, что позволит сохранить без изменения температуру внутри холодильной камеры, но для этого холодильной машине придется работать с несколько большим

коэффициентом	рабочего	времени. Изменение	внешней	температуры	будет	влиять
продолжительность	работы	холодильной машины еще и		потому, что ею	обусловлено и

температура конденсации. Так, при повышении внешней температуры соответственно повысится температура конденсации и снизится холодопроизводительность компрессора, в связи с чем дополнительно возрастет коэффициент рабочего времени. Таким образом, для поддержания температуры объекта в соответствии с изменением внешних условий(теплопритоков) приходится изменять уставку регулятора температуры. Именно поэтому шкала уставки регулятор температуры в домашних холодильниках не оцифрована, а имеет лишь указание о направлении изменения температуры; имеется в виду также ,точто владельца холодильника интересует в конечном итоге температура внутри холодильника, а не температура кипения.

Следовательно, хотя		в	этом	23	случае	осуществляется		неп
регулирование	температуры	кипения, но		оно	является	лишь	средством	регулирован
температуры объекта, а не самостоятельным процессом.

Третьей разновидностью метода является пуск и остановка компрессора от датчика давления кипения, что по существу аналогично предыдущему, т.к. здесь в основе лежит функциональная связь между температурой и давлением насыщенного пара. Широкое распространение нашел этот метод для регулирования температуры объектов малых установок типа торговых холодильных шкафов, витрин и т.п. Схема регулирования торгового холодильного шкафа показана на рис. 4.4. Регулирование подачи жидкости в испаритель производится в таких объектах чаще всего при помощи терморегулирующего вентиля ТРВ, а поддержание температуры в камерепри помощи датчика давления кипения2а. Разумеется, этому методу свойственны все особенности предыдущего.

В позиционных, или ступенчатых методах изменения производительности компрессора используют изменение объема, описанного поршнями, путем или ступенчатого изменения частоты вращения вала, или изменения числа включенных в работу цилиндров при примене многоцилиндровых компрессоров, или числа компрессоров при применении нескольк компрессоров для охлаждения одного объекта. Использование первого метода возможно при применении многоскоростных электродвигателей с изменением числа включенных пар полюсов, благодаря чему ступенчато изменяется частота вращения вала двигателя.

При	ступенчатом	изменении производительности компрессора находят применение два
метода	регулирования	температуры объекта, несколько неточно называемые статический

ступенчатый и астатический шаговый. Использование статического ступенчатого регулирования требует применения нескольких двухпозиционных датчиков в зависимости от числа ступеней изменения производительности (на один меньше числа ступеней) со смещенными уставками, но с одинаковым дифференциалом.

На рис. 4.5,а показана функциональная схема ступенчатого статического регулирования температуры объекта; в объекте находится три датчика температуры1а, 2а и 3а. Компрессор приводится в движение многоскоростным электродвигателем, имеющим переключение на500, 750 и 1000 об/мин. Таким образом, может осуществляться четырехступенчатое изменение производительности компрессора (0; 50; 75 и 100% производительности компрессора). Для поддержания температуры tПМ= -20°С, например, могут быть выбраны такие уставки датчиков температуры, °С:

	1а	2а	3а
-включение	-20	-19	-18
-выключение	-22	-21	-20
В этом примере	каждый	датчик имеет одинаковый	дифференциалt’=2 K, но уставки

датчиков смещены друг относительно друга на δ=1 K. Циклограмма для этого случая приведена на рис. 4.5,б. Если компрессор остановился от сигнала датчика1 в связи с достижением температуры -22°С, то при последующем повышении температуры компрессор будет этим же датчиком включен в работу при частоте вращения вала500 об/мин. Если производительность компрессора при этой частоте окажется меньше теплопритоков к объекту, то температура объекта tПМ, будет повышаться и при достижении температуры-19°С от сигнала датчика2а произойдет переключение двигателя на частоту вращения вала750 об/мин; в случае дальнейшего повышения температуры объекта до -18°С датчик 3а даст сигнал на переключение двигателя на1000 об/мин. Если начинается охлаждение объекта, еще не имеющего заданную температуру, то компрессор пускается от датчика 1а, т.е. на самых низких оборотах, но, поскольку контакты всех датчиков

замкнуты, произойдет переключение оборотов до максимальных с небольшой выдержк времени. При понижении температуры до -20°С произойдет переключение на 750 об/мин, а при - 21°С - на 500 об/мин. При температуре -22°С компрессор остановится. Таким образом, системой регулирования выдано поддержание температуры помещения tПМ= -20°С с точностью ±2°С.

Аналогично можно изменять производительность многоцилиндрового компрессора путем выключения из работы отдельных цилиндров. Если компрессор не имеет устройств для отжатия всасывающих клапанов, то выключать цилиндры можно открытием байпаса, перепускающего пар

снагнетательной стороны на всасывающую. На рис.4.6 изображена схема регулирования

температуры

объекта

изменением

числа

работающих

цилиндров

у

трехцилин

24

компрессора. Два из цилиндров имеют байпасы с соленоидными вентилями СВ1 и СВ2. На нагнетательной линии этих цилиндров поставлены обратные клапаны, препятствующиеОК перетеканию пара на сторону низкого давления приоткрытом байпасе. Характер циклограммы может быть таким же, как на рис. 4.5,б. Датчик 1а останавливает компрессор при tПМ= -22°С. Если температура помещения начнет повышаться, то при -20°С датчик 1а пускает компрессор с открытыми байпасными вентилями СВ1 и СВ2; компрессор будет работать с уменьшенной производительностью (в данном случае 33%). В случае дальнейшего роста температуры tПМ при tПМ= -19°С датчик 2а закроет СВ1, и компрессор будет работать с производительностью, равной 67% от номинальной. Если и при этом производительность компрессора будет недостаточной, то при tПМ= -18°С датчик 3а дает сигнал на закрытие СВ2, после чего компрессор будет работать с

полной производительностью. Некоторые отечественные заводы выпускают компрессоры с электромагнитным отжатием всасывающих клапанов. Схема регулирования температуры объекта, охлаждаемого с помощью таких компрессоров, дана на рис. 4.7,а. Электромагнитные приводы ЭМ при пуске или предварительно перед пуском компрессора отжимают пластины всасывающих клапанов одного цилиндра(или нескольких у многоцилиндровых компрессоров), и компрессор пускается по сигналу датчика1а с уменьшенной производительностью. Если она мала, то температура объекта будет расти и это вызовет замыкание контактов датчика температуры2а, от сигнала которого выключается электромагнитный привод 1ЭМодного из цилиндров и под действием пружины пластина всасывающего клапана опускается в рабочее положение, а компрессор начинает работать на повышенную производительность. Все остальное подобно предыдущему.

У зарубежных компрессоров применяется гидравлический отжим всасывающих клапанов и давлением масла из системы смазки компрессора, как это можно видеть на .рис4.7,б. При остановке компрессора подача масла в масляные цилиндры сервомотора СМ перемещается и отжимает (поднимает) пластины всасывающих клапанов. При повышении температуры объекта (на рисунке хладоносителя, выходящего из испарителя) компрессор включается от датчика температуры 1а и после того как масляный насос создаст рабочее давление, поршень в масляном

цилиндре	перемещается		в обратном		направлении		и освобождает пластины всасываю
клапанов; они		садятся	на	свои	сопла	и	компрессор	начинает	работать
холодопроизводительностью. Если она избыточная над теплопритоками, то от сигнала датчика 2а
открывается	СВ1	и перепускает		масло	из масляного		цилиндра сервомотора в		картер, тогда

усилием пружины всасывающие клапаны данного цилиндра выключаются и компрессор работает на пониженную производительность.

На нагнетательных линиях выключаемых цилиндров компрессоров с отжимаем всасывающими клапанами ставить обратные клапаны не ,нужнот.к. перетеканию пара с нагнетательной стороны на всасывающую при открытых всасывающих клапанах препятствуют закрытые нагнетательные клапаны компрессора.

Наконец, встречаются случаи ступенчатого изменения холодопроизводительности путем изменения числа компрессоров, каждый из которых не имеет каких-либо устройств, позволяющих

изменить	производительность. На			рис.4.8 приведена схема			ступенчатого		регулирования
температуры	объекта		изменением		числа	включенных в	работу	компре. Услсовияров
регулирования аналогичны предыдущим случаям.
Приведенные		примеры		ступенчатого		регулирования	температуры		объекта
характеристику, подобную			статической,		поскольку регулируемый		параметр	отклоняется от

среднего значения пропорционально величине внешнего возмущения или, что то же, величине необходимой холодопроизводительности холодильной машины. Поскольку датчики температуры имеют уставки, смещенные на δ и дифференциал настройкиt’, то интервал возможных колебаний численного значения регулируемого параметра возрастает с числом используемых ступеней регулирования. Обычно статическое ступенчатое регулирование применяют при числе ступеней не более трех-четырех, т.к. при большем их числе трудно обеспечить допустимые отклонения параметра от заданного значения.

Для большего числа ступеней регулирования целесообразно применять астатическое шаговое регулирование, у которого значение параметра может поддерживаться в узких пред отклонений от заданного значения независимо от величины внешних возмущений. В этом случае может быть применен один датчик температуры для любого числа ступеней регулирования. Схема

		25
астатического	шагового	регулирования	приведена . на4.9,а рисдля	случая,

рассмотренного на рис.1.6, хотя она может быть приведена для любого из показанных на . рис

4.5….4.7.

Двухпозиционный датчик может иметь уставку-20°С с тем же дифференциалом, что и в предыдущих примерах, т.е. 2 К. Циклограмма этого случая дана на рис. 4.9,б. Когда температура объекта повышается до -19°С, то включается один из компрессоров, например КМ1, т.к. контакты

реле времени КС-1	будут замкнуты. Реле времени 1в периодически проверяет	положение
контактов датчика	1а, причем продолжительность периода Δτ может быть	различной, в

зависимости от инерционности системы регулирования; обычно при ступенчатом регулировании ее значение от 5 до 40 минут. Если при такой проверке контакты1а окажутся разомкнутыми, то это будет означать, что производительность работающего компрессора недостаточна; тогда через замкнувшиеся контакты КС-2 будет подан сигнал на включение компрессора КМ2. Если же и при последующей проверке положение контактов 1а окажется без изменений, то через контакты КС-3 будет пущен и компрессор КМ3. В том же(или другом по заданной программе) порядке при

замыкании	контактов 1а	будут	выключаться	компрессоры. Таким	образом, система
регулирования, задает поддержание температуры объекта с точностью до					±1 К, т.е. с большей,
чем при статическом регулировании.

В способах плавного регулирования температуры объекта, прежде всего, используется плавное изменение частоты вращения вала компрессора. Проще изменять частоту вращения вала у двигателей постоянного тока путем введения электрического сопротивления в цепь обмотки статора. Применение этого способа ограничено весьма малым распространением постоянного тока в промышленных установках. Удобен этот способ для лабораторных установок.

Для электродвигателей переменного тока с фазным ротором возможно использован вентильного каскада с инвертированием энергии в .сетьИзменение скорости вращения вала достигается введением встречной электродвижущей силы в обмотку ротора. Применение способа ограничивается пока сложностью и высокой стоимостью оборудования .

Возможно применение соединительных муфт, например гидравлических, позволяющих плавно изменять скорость вращения вала компрессора при постоянной скорости вращения вала двигателя.

Большое распространение получило дросселирование пара, всасываемого в компрессор, для изменения его производительности. Дросселирование пара сопровождается понижением давления p0’ всасываемого пара, а следовательно, возрастанием удельного объема V4’ (рис.4.10), благодаря чему уменьшается удельная объемная холодопроизводительность qV хладагента.

Дросселирование	всасываемого пара	может	осуществляться	регулятором постоянн
температуры, называемым также автоматическим дросселем по температуре АДТ(рис.4.11,а).
Термочувствительный	баллон 1, заполненный	каким-либо	легкокипящим	веществом(например,

хладоном 12), непосредственно ощущает температуру объекта. Изменение давления насыщенного пара в баллоне 1 по капиллярной трубке 2 передается силовому элементу регуляторамембране или сильфону 3. При повышении температуры объекта(холодопроизводительность компрессора мала) давление в термочувствительном баллоне растет, сильфон расширяется и передвигает

клапан 4, открывая проходное отверстие, благодаря чему давление после клапанаp0’ возрастает,
что влечет за собой ростqV и увеличение	холодопроизводительности	компрессора. Винтом
установки 5 можно настраивать регулятор	на поддержание нужной	температурыtПМ. Для

компрессоров, имеющих		всасывающий	патрубок диаметром более40 мм, выпускается АДТ
непрямого действия.
Вторая часть задачи, т.е. соответственное изменение холодопроизводительности испарителя
решается	путем самовыравнивания		температуры кипения хладагента. При	поддержании
постоянной	температуры	помещенияtПМ	уменьшение холодопроизводительности	компрессора

влечет за собой повышение температуры кипения хладагента в охлаждающих приборах, следовательно, уменьшение их холодопроизводительности в соответствии с выражением(2.4). Увеличение холодопроизводительности компрессора будет сопровождаться в этих условия понижением температуры кипения.

26

4.2. Регулирование температуры охлаждаемых объектов в многоиспарительных системах

В этом случае один или несколько компрессоров работают на два и более охлаждаемых объекта (камеры, аппараты). Регулирующее воздействие теперь начинается с изменени холодопроизводительности испарителя или вообще охлаждающего прибора в том объекте, где это нужно. Поскольку изменение теплопритоков в любом из объектов в общем случае не зависит от работы других охлаждающих объектов в той же системе, то температура в каждом объекте

регулируется	самостоятельно. При		комплексном		регулировании		холодильной	установк
холодопроизводительность компрессора (или				компрессоров)		должна наиболее экономичным
путем изменяться в соответствии с изменением теплопритоков ко всем объектам.
Регулирование		температуры	в	охлаждаемых		объектах	систем	непосредст

охлаждения, например, в холодильных камерах и в аппаратах, чаще всего осуществляется двухпозиционным методом.

Изменение холодопроизводительности испарителя от максимальной до минимальной обычно производят выключением из работы всей его охлаждающей поверхности, как это следует из уравнения (2.2). На рис.4.12 показана схема регулирования температуры воздуха холодильной

камеры в случае безнасосной подачи жидкого агента.
	Выключение охлаждающей поверхности осуществляется прекращением подачи хладагента в
испаритель (охлаждающий прибор). Датчики температуры 1а или 2а при понижении температуры
воздуха в камере до заданного значения соленоидных вентилей СВ1 или СВ2. В таких системах в
каждом объекте предусматривается самостоятельное регулирование перегрева пара, выходящего
из	испарителя.	В	малых	и	средних	установках	часто	используют		для	эт
терморегулирующие вентили ТРВ как для верхней подачи, так и для нижней; в более крупных
установках могут быть применены, например, электрические регуляторы перегрева непрямого
действия (см. рис.3.9).
	При верхней подачи хладагента закрытие соленоидного вентиля приводит к практически
быстрому		выключению		из		работы	охлаждающей		(уменьшениюповерхности
холодопроизводительности), поскольку					находящийся в батарее хладагент				должен из	нее стечь,

аккумулирующая же способность металлических труб невелика. По этой причине такой способ регулирования температуры объекта является малоинерционным. В случае нижней подачи

прекращение	подачи хладагента закрытием	вентиля1 неСВ	приводит	к немедленному
выключению	охлаждающей поверхности, поскольку	в батарее	остается	находящийся в ней

хладагент. Процесс кипения в трубах продолжается, т.к. пар из батареи удаляется по открытому паровому трубопроводу; однако, интенсивность отвода тепла батареей понижается в соответствии с постепенным уменьшением ее заполнения. Следовательно, регулирование температуры объекта

таким способом будет характеризоваться значительной инерционностью, чем могут быть связаны и существенные колебания регулируемого параметра.

Эти колебания могут быть уменьшены, если по сигналу датчика температуры1а закрывать одновременно и жидкостную (СВ1) и паровую (СВ2) линии (рис.4.13). При таком выключении теплообменной поверхности кипение хладагента в трубах довольно быстро прекращается, когда температура поверхности батареи сравняется с температурой воздуха в. Черезобъекте предохранительный клапан ПК перепускается пар из батареи во всасывающую линию в случае чрезмерного повышения давления, например, при длительном бездействии камеры.

В насосных схемах подачи хладагента регулирование температуры объекта и перегрев всасываемого пара выполняются раздельно: температура объекта регулируется по-прежнему каждого из объектов независимо от другого, а перегрев парацентрализованно, посредством поддержания постоянного уровня жидкости в циркуляционном ресивере ЦР (рис.4.14). На рисунке показаны камеры с нижней и верхней подачей; при достижении в объекте необходимой температуры выключается поверхность охлаждающих приборов закрытием вентилей СВ1 и СВ2 на подаче хладагента. Особенности, характеризующие каждый из способов в случае безнасосных

схем, естественно, сохраняются и в насосных схемах.
Для	поддержания			рабочего	уровня	в	циркуляционном		, ресивереблагодаря	чему
поддерживается		и	оптимальный		перегрев		всасываемого	в	компрессор, примененпара

				27
двухпозиционный электрический			регулятор		уровня		с датчиком уровня3а и		исполнительным
органом СВ3.
Так	решается	первая	часть	общей		задачи		регулирования	температуры
многоиспарительной		системы. Но	есть	и	вторая		:частьв соответствии		с	изменением
холодопроизводительности охлаждающих				приборов(т.е. с			изменением теплопритоков)			должна

изменяться и холодопроизводительность компрессора(компрессоров). Однако, как показано в разделе 2, она может изменяться в процессе самовыравниваний температуры кипения хладагента. Это можно видеть на .рис4.15. Пусть А - рабочая точка, соответствующая максимальной холодопроизводительности Q0 компрессора и всех охлаждающих приборов. Тогда можно считать, что тангенс угла наклона характеристики испарителяII есть показатель "качества" охлаждающих приборов всех объектов, т.е. tдос=Σк0iF0i mn . Рабочей точке А отвечает температура кипения t0. Во

всех объектах этой температуры кипения поддерживается одинаковая температураtПМ. Если в отдельных объектах достигается заданная температура, то охлаждающие приборы этих объектов будут выключаться и, следовательно, поверхность работающих батарей станет уменьшаться, т.е.

будет	уменьшаться величина угла			наклона ά характеристикиII и			станет,		например ά1.Такому
наклону характеристики будет соответствовать новая рабочая точка А1 и температура кипения t01,
более	низкая,	чем t0.	При последующем возможном выключении охлаждающих приборов
произойдет дальнейшее понижение температуры кипения доtо2. Таким образом, уменьшенным
теплопритоком		к	оставшимся	включенным	охлаждающим			приборамвсегда		будет
соответствовать		в	результате	саморегулирования		более	низкая		холодопроизводительно
компрессора.		Однако	при	саморегулировании		уменьшение			холодопроизводительн

компрессора происходит при понижении температуры кипения, что нецелесообразно, во-первых, из-за более высоких энергетических затрат на производство холода более низкой температуры, вовторых, из-за изменения технологических условий в оставшихся в работе холодильных камерах, в которых при более низкой температуре кипения(более низкой температуре поверхности

охлаждающих приборов) устанавливается	более низкая относительная влажность	воздуха,
возрастают потери массы продуктов	и создается возможность подмораживания	продукт
(например, охлажденных), находящихся у охлаждающих приборов.

Из графика (рис. 4.15) можно сделать важное заключение, температура кипения изменяется в результате несоответствия между теплопритоком(холодопроизводительность охлаждающих приборов) и холодопроизводительностью компрессора; в частности, температура кипения понижалась из-за того, что холодопроизводительность компрессора была больше теплопритока в объекты, охлаждающие приборы которых из работы не выключены. Очевидно также, что когда температура в выключенных объектах начнет повышаться, то охлаждающие приборы в них будут включаться в работу и холодопроизводительность компрессоров окажется недостаточной, это вызовет повышение температуры кипения и увеличение холодопроизводительности компрессора. Равновесие вновь восстановится при более высокой температуре кипения. Из этого следует, что

изменение	температуры	кипения	является		признаком	несоответств
холодопроизводительностью		компрессора	в		данный	момент
холодопроизводительностью испарителей (охлаждающих приборов), включенных в работу в то же
время. Поэтому	температура	кипения	может	быть	регулируемым		параме

многоиспарительных системах; ее величина может поддерживаться постоянной путем изменения холодопроизводительности компрессора, причем повышение температуры кипения указывает на

то, что холодопроизводительность компрессора мала				и система	регулирования	должна
увеличить; напротив, понижение		температуры		кипения	характеризует	превыш
холодопроизводительности	компрессора		над	холодопроизводительностью		включ
охлаждающих приборов, а потому она должна быть уменьшена.
За величину регулируемого		параметра	выбирают	максимальную рабочую		температур

кипения t0, поскольку в этом случае холод будет производится при наименьших для данного интервала температур энергетических затратах и наиболее благоприятных технологическ условиях. Предложенный путь означает, что при увеличении тепловой нагрузки на охлаждаемые объекты система регулирования поддерживает постоянную температуру кипенияt0, необходимую

холодопроизводительность			компрессора до	требуемых значений, соответствующих точкам А1 и
А2, как	бы	включая	условные	компрессоры	меньшей	производительности, имеющие
характеристики I1 и I2.

				28
И	в	данном	случае	регулирование	температуры	кипения

самостоятельного значения. Температура кипения оказывается вспомогательным параметром, позволяющим целесообразно осуществлять комплексное регулирование температуры объектов в многоиспарительной системе, поскольку именно t0 оказывается параметром изменение которого

позволяет	установить	соответствие	между	холодопроизводительностью	компрессор
холодопроизводительностью испарителей (охлаждающих приборов) этой системы.
Для	изменения холодопроизводительности			компрессора могут быть применены те

методы, что и в одноиспарительной системе, т.е. двухпозиционные, ступенчатые и плавные. Некоторые различия возникают при регулировании температуры кипения в системах

безнасосной подачей хладагента и с насосной. В системах				безнасосной подачи температуру
кипения	непосредственно	измерять	затруднительно,	потому	предпочитают	измерять

соответствующее давление кипения.

На рис. 4.16, а показана схема двухпозиционного регулирования температуры кипения. Датчик давления кипения 1а установлен на емкости(отделителе жидкости). В качестве примера взято поддержание температуры кипения t0=-20°C с заданными колебаниями ±1 К. Для аммиачной холодильной установки данные для установки датчика будут:

	Давление,	Соответствующая
	МПа	температура, °С
Включение	0,20	-19
Выключение	0,18	-21
Интервал работы компрессора по температуре кипения и по холодопроизводительности
показан на рис. 4.16, б. При повышении давления кипения до0,20 МПа компрессор включается,
при понижении до 0,18 МПа – выключается.
Методы ступенчатого регулирования температуры кипения могут быть также статические
и астатические. Для примера на рис. 4,17,	а приведена схема	статического ступенчатого

регулирования температуры кипения при наличии трех компрессоров. На рис.4,17, б даны интервалы работы компрессоров в диаграмме Qо-t. Данные для установки всех датчиков давления при поддержании соответствующей среднему давлению температуре кипенияt0=-20°C приводятся ниже (для аммиачной установки):

Включение	1а	2а	3а
давление, МПа	0,10	0,20	0,21
соответствующая
температура, 0°C	-20	-19	-18
Выключение
давление, МПа	0,17	0,18	0,19
соответствующая
температура, 0°C	-22	-21	-20
Если установка включается в	работу и	температура в камерах	еще не достигнута, то

температура кипения будет выше -18°С, а поэтому начнут работать все три компрессора(участок на линии I3). По мере выключения камер из работы давление кипения начнет понижаться и при температуре -20°С выключается из работы компрессор 3. КМпродолжают работать два компрессора КМ1 и КМ2 (участок на линии I2). При дальнейшем уменьшении тепловой нагрузки на объекты температура кипения понизится до-21°С и компрессор КМ2 выключается. Остается в

работе только КМ1		(участок на линии I1). Если температура кипения понизится					до-21°С, то
остановится и КМ1.
В	случае	числа	ступеней	регулирования	больше	трех-четырех	применяют

астатического шагового регулирования температуры кипения(подобную рис. 4. 9), с той лишь разницей, что чувствительным элементом регулятора является один датчик давления кипения1а, например так, как это изображено на рис. 4.16.

Только в насосных многоиспарительных схемах при регулировании температуры кипения возможно непосредственно измерять температуру, не давление кипения, поскольку в циркулярном ресивере находится насыщенный жидкий хладагент под давлением кипения. Обычно датчики температуры кипения ставят на жидкостном трубопроводе, идущем из циркуляционного ресивера ЦР к всасывающему патрубку насоса хладагента, или на жидкостном стояке

		29
циркуляционного ресивера, как		это показано на . рис4.18		применительно		к	системе
статического	ступенчатого	регулирования	температуры	кипения	на	установке		с

компрессорами. Недостатком такого контроля температуры кипения оказывается существенное запаздывание, вызванное большой инерционностью объема жидкости. Поэтому и в насосных схемах часто предпочитают контролировать давление кипения в паровом объеме, как это делается в безнасосных системах.

Способы плавного регулирования аналогичны применяемым в одноиспарительных системах.

В безнасосных системах может быть применено дросселирование всасываемого пара поддержания постоянного давления кипения при помощи автоматического дросселя по давлению ”до себя”. Для установок небольшой производительности используются регуляторы прямого действия (рис. 4.19). чувствительным и силовым элементом регулятора является мембрана1, находящаяся под воздействием двух усилий: снизу мембраны усилие от пара под давлением кипения р0, сверху – усилие, создаваемое пружиной 2. при помощи винта уставки 3 можно изменять величину поддерживаемого давления кипения. Регулятор контролирует давление среды на самого себя по ходу движения пара в трубопроводе, поскольку на мембрану снизу действует давление еще не дросселированного пара. Для установок большей производительности(диаметр всасывающего патрубка компрессора больше 40 мм) применяют для дросселирования регуляторы давления “до себя” непрямого действия.

В данном случае может быть применено и изменение производительности компрессора путем изменения коэффициента подачи при помощи перепуска пара с нагнетательной стороны на всасывающую; тогда (в этом случае) полезная холодопроизводительность компрессора изменяется пропорционально доле пара, поступающего в компрессор из испарителя, хотя общее количество засасываемого компрессором пара остается неизменным. Для автоматического изменения производительности компрессора устанавливают на линии байпаса вентиль постоянного давления АДД “после себя”, как это изображено на рис. 4.20. так как при таком перепуске пара происходит значительное возрастание перегрева пара после компрессора, то для его уменьшения перепускаемый по байпасу пар проходит через охладитель ОП, в котором пар охлаждается водой.

4.3. Сравнение различных способов регулирования температуры объекта

Для выбора способа регулирования температуры объекта целесообразно сравнить их по некоторым характерным показателям. К ним следует отнести: расход энергии на производство холода; качество регулирования, в частности, возможные колебания величины параметра; выполнение технологических требований к обработке или хранению продукта; стоимость самой системы регулирования.

Экономичным с точки зрения расхода энергии должен считаться метод изме

холодопроизводительности	компрессора, который	при	понижении	производительност
компрессора от 100% до	минимально возможной	характеризуется прямо		пропорциональным

снижением расхода энергии. Такой идеальной характеристикой на рис. 4.21 является штриховая

линия, выходящая из начала	координат. Линия 1 характеризует	энергетические	особенности
двухпозиционного, а также	ступенчатого и шагового	регулирования	путем выключ

компрессоров. Эти способы приближаются к идеальному, поскольку компрессор (компрессоры) включается только тогда, когда есть потребность в холоде, и работает при максимальной рабочей температуре кипения. Отклонение же от идеальной характеристики объясняется, чтемо компрессоры при этих способах работают циклически, возникающие при периодическом включении электродвигателей толчки пускового тока вызывают повышенный расход энергии в эти моменты.

Линия 2 характеризует многоскоростные электродвигатели, а относительное повышение расхода энергии при уменьшении холодопроизводительности объясняется ухудш коэффициента полезного действия двигателя при пониженных оборотах. Линия 3 относится к изменению холодопроизводительности компрессора путем выключения отдельных цилиндров у многоцилиндровых компрессоров при помощи байпаса или путем отжатия пластин всасывающих клапанов. Ухудшение показателей при меньшей холодопроизводительности связано с тем, что к выключенным цилиндрам по-прежнему требуется подводить мощность холостого хода. Линия 4 характеризует затраты энергии при уменьшении холодопроизводительности

30

дросселирования всасываемого пара. Примерно также изменяется расход энергии в процессе самовыравнивания температуры кипения. Наконец, линия 5 характеризует энергетические затраты при изменении холодопроизводительности компрессора перепускного пара с нагнетательной стороны на всасывающую; при любом уменьшении производительности подводимая мощность остается неизменной, поскольку не изменяется ни количество поступающего в компрессор пара, ни отношение давлений нагнетания и всасывания. Не изменяется количество забираемой из сети

электроэнергии и в случае изменения числа оборотов электродвигателя путем включ сопротивлений в цепь статора, т.е. характеристикой этого способа также является линия 5.

4.4. Работа одним компрессором на несколько температур кипения

На	малых и	средних холодильных установках при наличии нескольких охлаждаем
объектов	с	существенно	отличающимися	температурами	не	всегда	це
предусматривать и несколько компрессоров, работающих на разные температуры кипения, так как
в этом	случае увеличиваются число элементов оборудования и площадь для размещ
компрессоров, но уменьшается расход энергии.
При	наличии	только одной	температуры	кипения поддержание	разных температур

отдельных помещениях может обеспечиваться соответствующей поверхностью охлаждающих приборов (батарей, воздухоохладителей). Но тогда в помещениях с более высо температурами воздуха поверхность охлаждающих приборов может иметь нежелательно низкую температуру, ухудшающую технологические условия объекта.

По этой причине возникает необходимость в регулировании температуры кипения охлаждающих приборах отдельных помещений.

На рис. 4.22 показана схема охлаждения двух помещений с температурамиtПМ1 и tПМ2 (причем tПМ1 < tПМ2). Для регулирования давления(температуры) кипения применен АДД“до себя”, позволяющий в помещении с более высокой температурой поддерживать и более высокую температуру кипения. Регулятор поставлен на паровой линии, идущей от охлаждающих приборов помещения с более высокой температурой. При понижении давления кипения в испарителе этого помещения клапан закрывает отверстие вентиля. Продолжающееся образование пара повышает давление и температуру кипения до тех пор, пока давление не окажется равным заданному. Тогда клапан приоткроет проходное отверстие, и образовавшийся пар начнет поступать в компрессор; при проходе через АДД пар дросселируется до давления кипения, соответствующего температуре кипения в охлаждающих приборах помещения с более низкой температурой, и с этим давлением пар из испарителей обоих помещений будет всасываться компрессором.

При остановке компрессора пар из охлаждающих приборов помещений с вы температурой будет через открытый АДД перетекать в охлаждающие приборы помещения низкой температурой и там конденсироваться. Такое скопление жидкости может привести при

пуске компрессора к гидравлическому удару. Чтобы				предупредить этот процесс, на паровой
линии, идущей из охлаждающего прибора более низкой температуры, предусмотрен обратный
клапан	ОК. температура объектов		регулируется	здесь как	обычно в	многоиспарительн
системах.
4.5.Регулирование температуры объектов, охлаждаемых хладоносителями
При охлаждении объекта хладоносителем хладопроизводительностьQоб						охлаждающего
прибора (батареи) определяется по выражению
Qоб=кбFб(tПМ-tsm),						(4.3)
в	котором	температуру	охлаждающей	среды	представляет	средняя	тем
хладоносителя tsm=(ts1+ts2)/2.
Одновременно, поскольку в охлаждающем приборе происходит нагревание хладоносителя от
ts1 до ts2,
Qоб=Gscs(ts2- ts1).						(4.4)