Баланс в холодильній системі

При проектуванні холодильної системи необхідно враховувати, що складові її елементи, компресор, конденсатор та випарник, постійно взаємодіють між собою. Ця взаємодія автоматично призведе до ситуації рівноваги, так що кількість випаровується кг/год буде дорівнює кількості кг/год, яку передає компресор, для певної температури конденсації.

Якщо випарник і компресор не мають однакової потужності, що відповідає проектним умовам, точка рівноваги настане в інших умовах, ніж очікувані.

Випарник (робота з насиченою рідиною) збільшує свій охолоджуючий ефект за рахунок зниження температури випаровування (підтримання певної температури конденсації). Однак компресор збільшує свою охолоджувальну здатність із збільшенням температури випаровування. Однак для певних умов охолоджуюча здатність випарника та компресор балансують у точці, де вони обидва мають однакову потужність. Цю точку беззбитковості можна визначити наступним чином. По-перше, і для певної температури конденсації криві будуються відповідно до каталогних даних:

1) потужність випарника = f (температура випаровування)

2) потужність компресора = f (температура випаровування)

контроль

Змінюючи температуру конденсації, точка рівноваги буде змінюватися, так що при підвищенні цієї температури потужність холодильної системи зменшується.

При вирішенні певної холодильної установки визначення цих кривих вказуватиме, чи точка рівноваги більш-менш віддалена від наших проектних умов.

Циклічна робота холодильної системи

Автомати, що використовуються для кругообігу холодильної системи, забезпечуючи її належне функціонування, бувають двох основних типів:

1) термостатичний контроль, і

2) регулятори тиску.

Системи автоматичного управління

Ці системи складаються з: (1) перетворювача (первинного елемента), (2) детектора помилок або регулятора та (3) кінцевого елемента управління або приводу. Перетворювач - це перетворювач сигналу з однієї форми в іншу (наприклад, він отримує температуру і передає її як тиск). Не плутайте між датчиком і перетворювачем: датчик, який є частиною перетворювача, є елементом, що вловлює сигнал; перетворювач - це елемент, який виконує описану вище функцію. Регулятор порівнює задане значення із значенням, виявленим датчиком, і передає цю інформацію кінцевому елементу управління через вихід з достатньою потужністю. Привід намагається виправити помилку, виявлену під час вимірювання контрольованої змінної, змінюючи положення клапана, активуючи або зупиняючи двигун тощо.

У системі управління ви маєте диференціальне регулювання та регулювання заданого значення. диференціальне регулювання вказує діапазон варіацій керованої змінної. задана точка - значення керованої змінної, яке ми хочемо мати. Система автоматичного управління повинна довести холодильну систему до заданого значення. Наприклад, заданим значенням може бути температура бродіння білого сусла у виноробстві, а диференціальне налаштування можна встановити так, щоб температура бродіння не змінювалася більш ніж на ± 0,5 ° С. Автоматизми можуть досягти належного функціонування холодильної системи в умовах, відмінних від рівноважних, таким чином надаючи їй певну гнучкість.

У системах термостатичного контролю в якості датчиків використовуються чутливі до температури елементи, такі як (1) біметалічна фольга, (2) зонд із штоком і трубкою, (3) та сильфонний зонд або зонд з колбою, капілярною трубкою та сильфоном. Біметалічний лист виготовлений з двох металів з різними коефіцієнтами розширення. Зміна температури викликає кривизну листа. Цей рух виявляється регулятором. Зонд із штоком та трубкою заснований на тому, що трубка має коефіцієнт розширення, більший ніж шток, за допомогою якого зміна температури викликає рух штока. Сильфонні зонди містять рідину (рідина, пара або газ), яка розширюється або стискається зі зміною температури, змушуючи сильфон рухатися. Коли датчик повинен знаходитись далеко від сильфона, використовується сильфон-лампочка, що з'єднує капіляр.

Первинні елементи в системах регулювання тиску в основному складаються з сильфона або діафрагми. Коливання тиску, передані через капіляр, викликають подовження сильфона або згинання діафрагми.

В механічних системах управління зміна регульованої змінної (тиск, температура) відображається на русі важелів, які можуть відкривати або закривати перемикач, змінювати опір за допомогою потенціометра або приводити в дію клапан, що змінює тиск у пневматичний привід.

Системний велосипед

Системи контролю тиску, що працюють на компресорі, мають високий і низький тиск. Регулятор високого тиску є контролем безпеки і підключається до нагнітальної лінії компресора. Від'єднує компресор, коли тиск на верхній стороні занадто великий.

Регулятори низького тиску використовуються як в системах безпеки, так і в регуляторах температури. Вони переривають ланцюг (компресор зупиняється), коли тиск на нижній стороні нижче певної межі. Вони включають двигун компресора, коли тиск на нижній стороні є нормальним.

Оскільки пари холодоагенту зазнають перепаду тиску під час циркуляції через всмоктувальну трубу, тиск на вході в компресор, як правило, на 0,14-0,21 кг/см2 менше, ніж тиск у випарнику. Це потрібно враховувати при регулюванні реле низького тиску (лише тиск для відключення, але не для підключення).

Оскільки регулятор низького тиску регулює або контролює температуру випарника більше, ніж температура камери, це ідеальний регулятор температури для застосувань, які потребують циклів відключення для розморожування (розморожування). Це дуже підходить особливо для "віддалених" установок, де компресор розташований далеко від випарника.

В інший час температура охолоджуваного приміщення або температури випарника термостатується. Залежно від температури він активується для відкриття або закриття електромагнітного клапана, встановленого в трубі рідини, поруч із розширювальним клапаном. Коли температура падає до температури "відключення", електромагнітний клапан для пропуску рідини до випарника закривається. Компресор продовжує працювати, доки тиск у випарнику не впаде до тиску "відключення", регулятор низького рівня спрацьовує, зупиняючи компресор.

Контроль холодопродуктивності

Холодильна система повинна бути спроектована таким чином, щоб ємність дорівнювала або трохи перевищувала максимальне середнє навантаження. Таким чином, обладнання матиме достатню потужність для підтримки температури та вологості на бажаних рівнях під час періодів пікових навантажень.

Поки зміни середнього навантаження системи не великі, контроль пропускної здатності досягається простим циклічним запуском та зупинкою системи. Ці цикли будуть змінюватися залежно від навантаження в камері.

Але коли зміни в навантаженні системи значні, необхідно передбачити деякі способи зміни або регулювання, автоматичні чи ручні, потужності обладнання, крім системи старт-стоп на велосипеді.

Коли бажано змінювати потужність системи, не допускаючи змін в її робочих умовах, необхідно буде безпосередньо контролювати як випарник, так і потужність компресора.

Контроль потужності випарника

Схема контурів може бути розроблена або для управління фронтальною областю, або глибинною зоною випарника, або для обох.

Практично у всіх вищезазначених випадках необхідно одночасно контролювати потужність компресора.

Контроль потужності компресора

Коли тиск у всмоктуванні падає до певної величини, електромагнітний клапан, встановлений в перепускній трубі, приводиться в дію реле тиску, відкривається і дозволяє розряджати один або кілька циліндрів, повідомляючи розряд із всмоктуванням. Коли тиск всмоктування збільшується до заданого значення, електромагнітний клапан знеструмлюється, а байпасна трубка закривається, завдяки чому компресор повертається до повної робочої потужності.

Клапани в холодильній установці

Розширювальні пристрої

Існує п'ять основних типів розширювальних пристроїв: (1) ручний розширювальний клапан; (2) автоматичний розширювальний клапан; (3) термостатичний розширювальний клапан; (4) капілярна трубка; та (5) поплавковий клапан.

Функція будь-якого розширювального клапана полягає в регулюванні надходження холодоагенту в випарник і підтримці необхідної різниці тисків між сторонами високого та низького тиску холодильної системи, щоб забезпечити її належне функціонування.

(1) Ручний розширювальний клапан

(2) Автоматичні розширювальні клапани

В даному випадку вони являють собою самодіяльні клапани сідла. Ці клапани складаються з регулювального гвинта, пружини, сильфона або мембрани, штока та сидіння.

Постійний тиск, який ці клапани можуть підтримувати на випарнику, досягається взаємодією між тиском на випарник і натягом пружини. Коли тиск у випарнику опускається нижче певного значення, встановленого раніше (регулюючи регулювальний гвинт), клапан відкривається, пропускаючи охолоджуючу рідину, поки тиск у випарнику знову не піднімається, тоді клапан закривається.

Ще одним недоліком автоматичного розширювального клапана є те, що він не може використовуватися разом із регулятором компресора низького тиску, оскільки в випарнику підтримується постійний тиск.

З огляду на все вищесказане, автоматичний розширювальний клапан підходить лише в системах з невеликим навантаженням. Але навіть у цих системах він мало використовується.

(3) Термостатичний розширювальний клапан

Завдяки своїм великим перевагам та простоті установки цей клапан є, мабуть, найбільш часто використовуваним в холодильних системах. Це забезпечує перегрівання пари, яка утворюється в випарнику, до певного контрольованого рівня. Це дозволяє підтримувати випарник повністю повним холодоагенту в умовах навантаження системи, без небезпеки потрапляння рідини у всмоктувальну трубу. Термін "термостатичний" може ввести в оману, оскільки контроль здійснюється не за температурою випарника, а за ступенем перегріву вхідного газу, що виходить з випарника.

Він підходить для регулювання витрати холодоагенту в системах, що зазнають значних коливань навантаження. Це висувний клапан, який приводиться в дію через розширення або стиснення рідини, чутливої ​​до змін температури, зафіксованих у колбі. Напруга пружини, що врівноважує зусилля розширення рідини, можна регулювати регулювальним гвинтом.

Для цього типу клапана кількість перегріву, необхідна для досягнення рівноваги, залежить від натягу пружини. Збільшуючи тиск навесні, збільшується необхідний перегрів, щоб компенсувати це натяг і привести клапан у стан рівноваги.

Одним з недоліків термостатичного розширювального клапана є те, що він повністю відкривається і наддуває випарник під час запуску компресора, що іноді дозволяє рідкому холодоагенту потрапляти в лінію всмоктування. Це пов’язано з тим, що лампочка нагрівається під час періодів вимкнення і надмірно заряджається під час запуску, поки лампочка не зареєструє нормальну робочу температуру пари. Ці робочі труднощі можна полегшити, використовуючи термостатичні розширювальні клапани з пристроями, що обмежують тиск. Ці пристрої працюють шляхом регулювання потоку рідини до випарника, контролюючи клапан від колби, коли тиск у випарнику зростає до певного максимуму. Цей максимальний тиск можна обмежити механічним способом або за допомогою колби, зарядженої газом.

Регулювання максимального тиску у випарнику призводить до того, що відкриття клапана затримується надовго, щоб пара у всмоктувальній ніжці охолодила колбу та зменшила тиск у колбі перед тим, як клапан відкриється.

У цьому типі клапанів необхідно вживати таких запобіжних заходів: (1) корпус клапана повинен бути розміщений в більш гарячому місці, ніж колба, і (2) не слід допускати натирання з'єднувальної труби від колби до силової головки деяка поверхня холодніша, ніж у цибулини. В іншому випадку конденсація відбуватиметься в найхолоднішій точці, і клапан не працюватиме в цих умовах.

Розширювальні клапани, що обмежують тиск, сьогодні широко використовуються, особливо в системах кондиціонування. Як правило, вибір клапана обмеження тиску проводиться з максимальним робочим тиском на 0,35-0,71 кг/см2, що перевищує середній тиск випарника в нормальних робочих умовах.

Коли розширювальні клапани мають колбу, заряджену тим самим холодоагентом, що і установка, вони підходять майже для всіх середніх і високих температур, але, як правило, не підходять для низьких температур. Це відбувається тому, що перегрівання, необхідне для керування діафрагмою, буде занадто великим для низьких температур, як це видно з аналізу співвідношення тиск-температура будь-якого використовуваного холодоагенту.

Термостатичні розширювальні клапани з рідиною, відмінною від холодоагенту установки, називаються "перехресним зарядом" і використовуються в основному в низькотемпературних додатках.

(4) Капілярна трубка

(5) Поплавковий розширювальний клапан

У випарниках затопленого типу (усі випарники містять рідину для холодоагенту) зазвичай використовуються поплавкові клапани регулювання потоку холодоагенту. Поплавкова камера може бути як на стороні високого тиску, так і на стороні низького тиску холодильної установки

Поплавковий клапан високого тиску, який може бути встановлений у випарнику з сухим розширенням або у випарнику із заливним типом, опосередковано контролює кількість рідини у випарнику, підтримуючи постійний рівень рідини в поплавковій камері, розташованій під високим тиском. Коли компресор вимикається в такій установці, рівень рідини в поплавковій камері падає, в результаті чого клапан закривається і залишається закритим, поки компресор не запуститься знову. Таким чином, у випарнику завжди буде найбільший об’єм холодоагенту, який є критичним зарядом, щоб уникнути перезарядки та можливого проходження рідини холодоагенту до компресора.

Електромагнітні клапани