Автоматизация работы холодильных установок. Автоматизация работы холодильных установок Автоматизация винтового компрессора холодильной установки
Компрессионная холодильная машина
Хладоносители
Холодильные агенты
Процессы и способы охлаждения
Назначение холодильного оборудования
1. Назначение холодильного оборудования
Холод является самым распространенным и надежным способом консервирования, так как позволяет практически полностью сохранить все первоначальные; свойства продукта.
Под обработкой холодом понимают охлаждение и замораживание пищевых продуктов. Если в центре продукта температура равна О...+4С, продукт считается охлажденным, если же в центре продукта температура равна -8°С и ниже - замороженным.
Низкие температуры создают неблагоприятные условия для развития и размножения микроорганизмов и действия ферментов (в случае охлаждения). При замораживании вода переходит в лед, и микроорганизмы лишаются питательной среды, в результате чего 90-99 % из них погибают. Некоторые же микроорганизмы, например бактерии, только прекращают свою жизнедеятельность, но не погибают. Ферменты менее чувствительны к понижению температуры.
Процесс консервирования продуктов холодом связан с отводом тепла от продукта с помощью охлаждающей среды, в качестве которой могут быть жидкости, воздух (газы), твердая углекислота или водный лед.
Однако наряду с положительным влиянием консервирования холодом имеются и отрицательные моменты - это потеря влаги продуктом (усушка), незначительное снижение качества продукта в результате образования корочки подсыхания и возникающей пористости поверхности.
Сроки хранения охлажденных продуктов составляют от нескольких суток до нескольких месяцев. Для увеличения сроков хранения мясных, молочных, рыбных и других продуктов их завораживают. Сроки хранения замороженных продуктов составляют от нескольких месяцев до нескольких лет. Это позволяет создавать определенные запасы продуктов и обеспечивать продуктами население страны круглогодично.
2. Процессы и способы охлаждения
Охлаждение, как и нагрев, основано на теплообмене - это самопроизвольный переход тепла от тела с большей температурой к телу с меньшей температурой.
Для охлаждения используются процессы, протекающие с поглощением тепла из окружающей среды : таяние или растворение; кипение или испарение; сублимация и др.
Охлаждение бывает естественным и искусственным.
Естественным охлаждением называется теплообмен между охлаждаемым телом и окружающей средой - наружным воздухом и водой естественных водоемов. Однако при таком охлаждении температуру охлаждаемого тела можно понизить только до температуры окружающей среды. Для получения более низких температур применяют смесь льда с поваренной солью. Однако лед или смесь льда с солью воспринимают тепло охлаждаемых продуктов, изменяют свое агрегатное состояние и теряют охлаждающую способность.
К искусственному относится охлаждение «сухим льдом», а также с помощью кипящих жидких газов и термоэлектричества. Достоинством искусственного охлаждения является возможность поддержания заданного режима хранения в любое время года.
Охлаждение с помощью холодильных машин называетсямашинным охлаждением .
Под низкими температурами, как правило, понимают температуры ниже окружающей среды. В холодильном оборудовании предприятий торговли и общественного питания этот диапазон составляет от 0 до -40°С.
Низкие температуры получают в результате физических процессов, которые сопровождаются поглощением теп-
ла. К числу основных таких процессов относится:
Ø фазовый переход вещества - плавление, кипение (испарение), сублимация;
Ø адиабатическое расширение газа;
Ø дросселирование реального газа и жидкостей;
Ø термоэлектрический эффект (эффект Пельтье).
3. Холодильные агенты
Один из основных вопросов, возникающих при создании холодильных машин (далее - ХМ), - выбор холодильных агентов, которые способствовали бы надежной и экономичной работе машины в заданном температурном диапазоне.
Рабочие вещества, предназначенные для ХМ, должны отвечать следующим основным требованиям:
Обладать химической стабильностью и инертностью к основным конструкционным материалам и смазочным маслам;
Иметь допустимые значения рабочих давлений, разности и отношения давлений нагнетания и всасывания;
Не оказывать отрицательных воздействий на окружающую среду и человека;
Быть негорючими и взрывобезопасными;
Иметь высокую степень термодинамического совершенства, большую объемную холодопроизводительность;
Обладать благоприятным сочетанием теплофизических свойств, влияющих на массу и габариты теплообменной аппаратуры;
Выпускаться промышленностью и иметь относительно низкую стоимость.
Как правило, в ХМ применяют рабочие вещества, удовлетворяющие лишь наиболее важным требованиям. Кроме перечисленных, немаловажным требованием, которое предъявляется к холодильным агентам, является безопасность эксплуатации холодильного оборудования.
Рабочие вещества холодильных машин (называемые чаще рефрижераторами от английского «Refrigerant» и обозначаемые по международному стандарту ISO N°817-74 буквой «R» с добавлением индивидуального для каждого вещества цифрового обозначения), используются для осуществления обратных термодинамических циклов. Кроме чистых хладагентов все чаще находят применение их смеси, поэтому общее число хладагентов насчитывает несколько десятков.
К наиболее широко применяемым хладагентам в настоящее время относятся аммиак (хладагент R7I7) и хладоны (по старой классификации фреоны) - хладагенты R12, R22, R134a и R404A|
Несмотря на токсичность и взрывоопасность, аммиак в силу своих отличных термодинамических свойств и низкой стоимости продолжает использоваться на крупных пищевых производствах и предприятиях общественного питания, где потребность более 100 кВт. Развитие подобных систем холодоснабжения по линии внедрения холодильных машин с уменьшенной емкостью по этому хладагенту (менее 100 кг) и полной автоматизацией защиты. Однако и на относительно небольших торговых предприятиях, в том числе и в супермаркетах, уже используются малые аммиачные машины (Дания, Чехия и другие страны).
Наиболее широко на малых и средних предприятиях торговли и общественного питания применяются хладоны. Однако полной однозначности в выборе того или иного хладона в настоящее время нет. Это объясняется следующим. Еще в 1974 г. американские физики (ныне Нобелевские лауреаты) Ш. Роуленд и М. Молина обнаружили, что большинство из традиционно используемых хладонов (в том-числе R11, R12, R113, R502 и в значительно меньшей степени R22) при попадании в стратосферу активно разрушают озоновый слой Земли, задерживающий ультрафиолетовое излучение Солнца. Учитывая эту глобальную опасность, правительство СССР в 1987 г. подписало Монреальский протокол о постепенном запрете озоноразрушающих хладагентов. В соответствии с этим соглашением с 1 января 1996 г. в России запрещено использование в новом оборудовании широко применявшихся ранее хладагентов R12 и R502, а с 1999 г. полностью запрещено их производство. Хладагент R22 разрешен к применению в России до 2020 г. Полноценных заменителей этих хладонов в мире пока не найдено, однако в настоящее время считается, что наиболее вероятной заменой будут в среднетемпературном оборудовании и кондиционерах- хладагент R134а, в низкотемпературном оборудовании - хладагент R404A. Поэтому в подавляющем большинстве случаев, официально импортируемое Россией после 1996г. торгово-технологическое холодильное оборудование имеет заправку одним из четырех перечисленных выше хладагентов: аммиаком (R717) или хладонами R22, R134а и R404A.
Ниже приведены основные свойства этих хладагентов.
1. Аммиак. Формула NH 3 . Торговое название хладагента R717. Бесцветный газ с характерным резким запахом. Токсичен, сильно раздражает слизистые оболочки глаз и дыхательных путей, ПДК 20 мг/м 3 . Пожаро- и взрывоопасен. Класс опасности 1. Хорошо растворим в воде. Химически инертен по отношению к черным металлам и бронзе, однако в присутствии влаги реагирует с медью и медно-цинковыми сплавами, а также быстро ухудшает качество смазочных масел. На порядок дешевле хладонов. Давление конденсации при +30°С равно 1,168 МПа; температура кипения при атмосферном давлении -33,34°С, теплота парообразования 1369,7 кДж/кг.
2. R22 - дифторхлорметан. Формула CFCIH. Бесцветный газ со слабым запахом трихлорметана. Нетоксичен, ПДК 3000 мг/м 3 . Негорюч. Класс опасности 4. Плохо растворим в воде, поэтому холодильная система требует тщательной осушки. Хороший растворитель органики и резины, инертен к большинству металлов. Давление конденсации при +30°С равно 1,191 МПа; температура кипения при атмосферном давлении -40,81°С, теплота парообразования 233,2 кДж/кг.
3. R134a. 1,1,1,2-тетрафторэтан. Формула CFCFH. Бесцветный газ. ПДК в настоящее время неустановлен. Трудногорюч. Класс опасности 4. Инертен к большинству металлов. Давление конденсации при +30°С равно 0,773 МПа; температура кипения при атмосферном давлении - 26,5°С, теплота парообразования 216,5 кДж/кг.
4. R404A (иногда обозначается НР62) - неазеотропная смесь чистых хладагентов R125/I43a/134a в пропорции 44:52:4 по массовым долям, поэтому кипение в испарителе происходит при переменной температуре (изменение температуры по длине аппарата около 5°С). Температура кипения при атмосферном давлении -4б,5°С, теплота парообразования близка к таковой для хладона R22. Высокое давление конденсации (≈ 2-2,8 МПа) предъявляет высокие требования к качеству монтажных работ.
Различают естественные и искусственные холодильные агенты. К естественным хладагентам относятся: аммиак (R717), воздух (R729), вода (R718), углекислота (R744) и др., к искусственным - хладоны (смеси различных фреонов).
Фреоны - углеводороды (СН 4 , С 2 Н 6 , С 3 Н 8 и С 4 Н 10), в которых водород полностью или частично заменен фтором и хлором (в отдельных случаях бромом). Международным стандартом принято краткое обозначение всех холодильных агентов, состоящее из символа R (Refrigerant - хладагент) и определяющей цифры. Например, фреон-12 имеет обозначение R12. Поэтому насегодня все фреоны принято обозначать в международной символике, отсюда и их название - хладоны.
По термодинамическим свойствам наилучшим природным холодильным агентом считается аммиак. Поэтому в настоящее время на крупных холодильных установках с умеренно низкими температурами (-15...-25С) наиболее распространен аммиак.
По степени озоноразрушающей активности хладагенты
делят на две группы:
¨ хладагенты с высокой озоноразрушающей активностью (ODP1,0);
¨ хладагенты с низкой озоноразрушающей активностью (ODP <0,1).
К первой группе относятся хладоны R11, R12, R2З, R11З, R114, R115, R500, R501 и др.
Ко второй группе относятся менее озонобезопасные хладоны R21, R22, R23, R30, R40, R123, R124, R140 а, R160 и др. Молекулы каждого из названных хладонов содержат атом водорода и поэтому при гидролизе и пиролизе молекул хладонов в первую очередь образуется соляная кислота НС1, и в редких случаях при определенных условиях может выделиться несколько молекул свободного хлора. Этим и объясняется их низкая озонобезопасность.
Хладоны, не содержащие атомов хлора, являются полностью озонобезопасными.
4. Хладоносители
В холодильной технике хладоносители используют в тех случаях, когда по различным причинам применять систему непосредственного охлаждения камер нецелесообразно. Такими причинами, как правило, являются: значительная удаленность холодильных камер от машинного отделения, низкая температура кипения хладона в испарителе (воздухоохладителе), охлаждение одним холодильным агрегатом нескольких камер с большим различием температур в камерах, воздействие на систему охлаждения внешних сил (рефрижераторные суда).
Хладоносителем называют вещество, которое отбирает теплоту из одной части холодильной установки и отдает его другой, не меняя при этом своего агрегатного состояния. Вещество, выбранное в качестве хладоносителя, должно иметь низкую температуру замерзания, малые вязкость и плотность, высокие теплопроводность и теплоемкость, быть безопасным и безвредным, химически стойким, инертным по отношению к металлам, а также недефицитным и недорогим. Почти всею этим требованиям отвечает вода. Однако сравнительно высокая температура замерзания воды ограничивает область ее применения.
В качестве хладоносителей применяют растворы хлористого натрия, хлористого магния или хлористого кальция, которые называют рассолами, а также растворы этиленгликоля (антифриз), RЗО, дихлорметан (СН 2 С1 2) и др.
Недостатком рассолов является их коррозионное воздействие на металлы, которое резко усиливается в открытых системах из-за контакта воздуха (кислорода) с рассолом. Для уменьшения коррозии к рассолам добавляют вещества, которые называют пассиваторами. Это хромат натрия с едким натром.
Этиленгликоль. Для получения температур ниже -55°С использовать рассолы нельзя. В этом случае в качестве промежуточных хладоносителей используют водный раствор этиленгликоля (антифриз). Чистый этиленгликоль С 2 Н 4 (ОН) 2 имеет температуру замерзания всего -17,5°С. Поэтому применяют водные растворы этиленгликоля, температуры замерзания которых зависят от массовой доли этиленгликоля. Растворы этиленгликоля применяют в диапазоне температур кипения от -40 до -60°С. Этиленгликоль оказывает значительное коррозионное воздействие на металлы, поэтому для уменьшения такого отрицательного воздействия в раствор добавляют вещества, называемые пассиваторами.
R30 и спирты. Благодаря низкой температуре замерзания (-96°С) и малой вязкости широкое применение в качестве хладоносителя получил хладон-30. Его применяют в диапазоне температур от -40 до - 90°С. Спирты имеют более низкие температуры замерзания: этиловый спирт (-117°С), пропиловый спирт (-127С). Метиловый спирт (-97,8°С) ядовит и применять его в качестве хладоносителя не рекомендуется. Учитывая некоторые отрицательные качества рассолов, ученые постоянно ведут поиски новых видов теплоносителей.
5. Компрессионная холодильная машина
Из всех способов охлаждения наибольшее применение получило охлаждение с помощью холодильных машин (машинное охлаждение), при котором используется принцип кипящих жидких газов. Работа холодильной машины полностью автоматизирована, что дает следующие преимущества: удобство в эксплуатации, безопасность работы обслуживающего персонала, возможность соблюдения требуемого температурного режима для различных видов продуктов, а также режима экономии.
Холодильная машина - это кольцевая герметически замкнутая система, по которой циркулирует одно и то же количество рабочего вещества, называемого холодильным агентом. Хладагент в машине лишь меняет свое физическое состояние.
В торговом машиностроении применяются холодильные машины двух видов: компрессионная и абсорбционная, в которых используются различные способы обеспечения циркуляции хладагента. В компрессионной холодильной машине для циркуляции хладагента затрачивается механическая энергия, а в абсорбционной - тепловая. Наибольшее распространение получила компрессионная холодильная машина.
Компрессионная холодильная машина состоит из четырех основных частей: испарителя, компрессора, конденсатора и терморегулирующего вентиля (ТРВ).
Охлаждение может быть естественным или принудительным, как это показано на рис. 28.1.
Компрессор холодильной машины предназначен для осуществления следующих процессов: всасывания паров хладагента из испарителя, адиабатического их сжатия и нагнетания в конденсатор. На рис. 31.2 – 31.6 представлены виды компрессоров холодильной машины.
Всасывание компрессором паров из испарителя. Испарители (воздухоохладители), расположенные в охлаждаемой среде (камере), при работающей холодильной установке имеют наинизшую температуру по сравнению с другими телами, находящимися в камере. В трубках испарителя (воздухоохладителя) находится хладагент, температура кипения которого зависит от давления. Образующиеся пары в испарителе постоянно отводятся компрессором, что обеспечивает постоянное давление и соответственно постоянную температуру кипения хладагента.
Если же тепловая нагрузка на испаритель резко возрастает (при внесении продуктов в камеру), то давление в испарителе возрастает. Соответственно возрастет и температура кипения, а тепловая нагрузка на испаритель снизится из-за уменьшения разности температур между воздухом в холодильной камере и поверхностью испарителя. Возрастание давления в испарителе приведет к увеличению плотности паров и повышению производительности компрессора. Давление и температура кипения хладагента в испарителе начнут понижаться. Если же теплопритоки на испаритель сильно уменьшатся (произошло полное охлаждение продуктов), то и количество пара в испарителе будет очень Незначительным, т.е. в испарителе практически не будет шаров, а, следовательно, компрессору нечего отводить из испарителя и он автоматически выключается.
Итак, работа компрессора по всасыванию паров обеспечивает определенное давление и соответственно температуру кипения хладагента в испарителе. Компрессор, забитая пары из испарителя, фактически выводит тепло из камеры.
Адиабатическое сжатие паров в компрессоре необходимо для повышения их температуры. Температура пара в конце сжатия должна быть обязательно выше температуры охлаждающей среды в конденсаторе для того, чтобы пары затем можно было охладить. При охлаждении пар переходит в жидкость.
Нагнетание паров. Если давление (и температура) при сжатии будут ниже, чем температура охлаждающей среды, то такие пары, поступая в конденсатор, охлаждаться не будут. Давление в конденсаторе снижаться не будет. Компрессор, выталкивая из цилиндра очередной объем пара, должен преодолеть большое сопротивление в конденсаторе, а для этого пары необходимо сжимать до такого давления, которое больше давления в конденсаторе. Повышение давления приводит к соответствующему росту температуры. Давление растет до тех пор, пока температура пара не превысит температуру охлаждающей среды.
Процессы холодильного цикла связаны с различными видами теплообмена: в испарителе хладагент отбирает тепло от воздуха охлаждаемой камеры или от хладоносителя, в конденсаторе тепло передается охлаждающей среде (воде или воздуху). Испаритель и конденсатор - основные тепло-обменные аппараты.
Испаритель (рис. 31.6) - это аппарат, в котором жидкий хладагент кипит при низком давлении, отводя тепло от охлаждаемого объекта (продуктов). Чем ниже давление, поддерживаемое в испарителе, тем ниже температура кипящее жидкости. Температуру кипения, как правило, поддержи-вают на 10-15°С ниже температуры воздуха в камере. Температура воздуха в камере зависит от вида охлаждаемого продукта. Испаритель может быть расположен непосредственно в охлаждаемом объеме (камере, шкафе), как показано на рис. 28.1, или же находится за его пределами. В соответствии с этим по назначению различают испарители для непосредственного охлаждения среды и испарителя для охлаждения промежуточного хладоносителя (вода, рассол, воздух, этиленгликоль и др.). Конструкция испарителя зависит от вида охлаждающей среды, необходимой холодопроизводительности, свойств самого хладагента и от температурного напора между средами. На рис. 31.7 представлен процесс изменение температуры кипения холодильного агента в испарителе во времени.
Конденсатор - аппарат, предназначенный для осуществления теплообмена между хладагентом и охлаждающей средой. В процессе теплообмена от хладагента отводится энергия, которая передается охлаждающей среде, а сам хладагент охлаждается и конденсируется. Охлаждающая же среда нагревается. В зависимости от вида охлаждающей среды различают конденсаторы с воздушным и водяным охлаждением.
Терморегулирующий вентиль (ТРВ) обеспечивает заполнение испарителя жидким хладагентом в оптимальных пределах. Переполнение испарителя может привести к его попаданию в компрессор и к поломке, а его малое заполнение резко снижает эффективность работы испарителя.
Степень заполнения испарителя зависит от температуры перегрева пара на выходе из испарителя. ТРВ производит сравнение температуры пара на выходе из испарителя с заданной и в зависимости от величины расхождения увеличивает или уменьшает поток жидкого хладагента в испаритель.
Кроме вышеперечисленных основных частей холодильная машина оснащена другими частями: приборами автоматики, пускозащитной электроаппаратурой, теплообменниками, фильтром-осушителем, ресивером.
6. Приборы автоматики холодильных машин
Автоматизацией называется комплекс технических мероприятий, позволяющих полностью или частично исключить участие человека в управлении процессом.
Охлаждаемый объем рассматривается как объект, в котором должен поддерживаться постоянный температурный режим. Поскольку время суток и время года влияют на температуру окружающего воздуха, а температура воздуха в камере должна быть одной и той же, то количество тепла, поступающего в камеру через ограждения (стены, пол, потолок), постоянно изменяется. Повышение температуры воздуха в камере уменьшает сроки хранения продуктов, а значительное ее снижение приводит не только к перерасходу электроэнергии, но и к замораживанию продуктов. Поэтому автоматизация установки должна предусматривать изменение режима работы испарителя в зависимости от тепловой нагрузки. Приборы автоматики должны обеспечивать не только эффективную, но и надежную работу всех элементов холодильной машины.
Автоматизация холодильных машин осуществляется по трем основным направлениям: автоматизация процессов регулирования с помощью систем; автоматизация защиты; автоматизация сигнализации.
ОТ ОПАСНЫХ РЕЖИМОВ
В процессе работы холодильных машин и установок из-за отказов отдельных узлов или агрегатов, а также из-за нарушений в системах энерго- и водоснабжения могут возникать опасные режимы: повышение давления и температуры, уровня жидкости в отдельных аппаратах или узлах машин, прекращение смазки трущихся пар, отсутствие охлаждающей воды и т.д. Если не будут приняты своевременные меры, могут быть повреждены или разрушены компрессоры, теплообменные аппараты или другие элементы установки. При этом возникает серьезная опасность для здоровья и жизни обслуживающего персонала.
Защита холодильных машин и установок включает в себя целый комплекс технических и организационных мероприятий, обеспечивающих их безопасную эксплуатацию. В этой главе будут рассмотрены лишь те из них, которые выполняются на основе автоматических приборов и устройств.
СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ
К способам защиты относят остановку машины или всей установки, включение аварийных устройств, выпуск рабочего вещества в атмосферу или перепуск в другие аппараты.
Остановка машины или всей установки. Этот способ осуществляется с помощью системы автоматической защиты (САЗ), которая состоит из первичных устройств - датчиков-реле защиты (или просто реле защиты) и электрической схемы, преобразующей сигналы от реле защиты в сигнал остановки. Этот сигнал передается в схему автоматического управления.
Реле защиты воспринимают контролируемые технологические величины и при достижении ими предельно допустимых значений вырабатывают аварийный сигнал. Эти приборы обладают чаще всего релейными двухпозиционными характеристиками. Число входящих в САЗ датчиков-реле определяется минимально необходимым количеством контролируемых величин.
Электрическая схема выполняется в одном из трех вариантов, в соответствии с чем САЗ бывают однократного действия, с повторным включением и комбинированными.
САЗ однократного действия осуществляет остановку машины или установки при срабатывании любого реле защиты и делает невозможным автоматический пуск до вмешательства обслуживающего персонала. Этот тип САЗ распространен преимущественно на крупных и средних машинах. Если установка работает без непрерывного обслуживания и оборудование не имеет автоматически включаемого резерва, то САЗ дополняется специальной сигнализацией для экстренного вызова персонала.
САЗ с повторным включением останавливает машину при срабатывании реле защиты и не препятствует ее автоматическому включению при возвращении реле в нормальное состояние. Ее применяют главным образом в малых установках торгового типа, где стремятся к упрощению схемы автоматики.
В комбинированных САЗ часть реле защиты, контролирующих наиболее опасные параметры, включают в электрическую схему однократного действия, а часть с менее опасными параметрами - в схему с повторным включением. Это позволяет, не прибегая к помощи персонала, вновь автоматически пускать машину, если это не сопряжено с опасностью аварии.
На практике встречается также разновидность защиты, называемая блокировкой. Ее отличие состоит в том, что сигнал получают не от реле защиты, а от элемента схемы контроля или управления другим агрегатом или узлом установки (например, насосом, вентилятором и т.д.). Блокировка исключает пуск или работу машины при невыполнении заданного порядка пуска контролируемых агрегатов. Обычно блокировку выполняют по схеме с повторным включением.
Включение аварийных устройств. Этот способ осуществляется также САЗ.
К аварийным устройствам относят:
Предупредительную сигнализацию об опасных режимах, которую применяют на особо крупных установках с непрерывным обслуживанием, чтобы по возможности избежать остановки машины;
Аварийную сигнализацию, информирующую персонал о срабатывании защиты, а также расшифровывающую конкретную причину аварийного срабатывания;
Аварийную вентиляцию, включаемую при повышении местной или общей концентрации в воздухе взрыво- и пожароопасных, а также токсичных рабочих веществ (например, аммиака).
Выпуск рабочего вещества в атмосферу или перепуск в другие аппараты. Этот способ осуществляется специальными предохранительными устройствами (предохранительными клапанами, предохранительными пластинами, плавкими пробками и др.), не входящими в САЗ. Их назначение - предотвратить разрушение или взрыв сосудов и аппаратов при повышении давления в результате неисправности установки, а также в случае пожара. Выбор предохранительных устройств и правила их использования определяются нормативными документами в соответствии с правилами безопасности и эксплуатации сосудов, работающих под давлением.
ПОСТРОЕНИЕ СИСТЕМ ЗАЩИТЫ
Системы защиты различаются в зависимости от типа холодильной установки, ее размеров, принятого способа эксплуатации и др. При построении всех САЗ необходимо учитывать общие принципы, обеспечивающие в наибольшей степени безопасность работы. В качестве примера рассматривается принципиальная схема САЗ компрессионной холодильной установки, состоящей из компрессора Км с электродвигателем Д, теплообменных аппаратов ТА и вспомогательных устройств ВУ - насосов, вентиляторов и др. (рис. 7.1). Схема представлена в общем виде без указаний конкретных величин и параметров, подвергаемых контролю.
Рис. 7.1. Принципиальная схема САЗ
Следует условиться, что САЗ предназначена для остановки компрессора при достижении одним из параметров предельно допустимого значения.
САЗ имеет десять каналов защиты. Каналы 1-8 работают от соответствующих реле защиты, воспринимающих технологические параметры. Каналы 9 и 10 обеспечивают блокировку компрессора и вспомогательных устройств.
В систему входит ключ, с помощью которого при необходимости (при пробах и обкатках) можно выключить часть защитных реле и цепей блокировки (2, 3, 5, 6, 8, 9, 10). Не подлежат выключению те защиты, которые должны функционировать в любом режиме работы установки.
Электрическая схема САЗ состоит из двух частей. Первая часть, в которую включены каналы 2, 5, 9 и 10, работает по способу с повторным включением, а вторая с остальными каналами обеспечивает защиту, работающую по принципу однократного действия, и контролирует наиболее ответственные параметры. При достижении ими предельно допустимых значений САЗ останавливает компрессор. Последующий пуск его возможен лишь после вмешательства персонала, который пользуется специальной кнопкой ввода в работу защит.
Сигналы от электрической схемы САЗ подаются в схему автоматического управления АУ. Эти сигналы останавливают двигатель компрессора независимо от сигналов оперативного управления ОУ.
Кроме основной функции САЗ - аварийной остановки компрессора, она выполняет и вспомогательные операции: включение необходимых аварийных устройств, а также световой и звуковой сигнализации. Расшифровывающая сигнализация защит с повторным включением действует только до тех пор, пока контролируемый параметр не вошел в нормальные пределы. Сигнализация защит однократного действия остается включенной после срабатывания до нажатия кнопки ввода в работу независимо от фактического состояния контролируемого параметра. Такая схема как бы «запоминает» происшедшее срабатывание защиты и информирует персонал в течение неограниченного времени.
Представленная схема может рассматриваться лишь как пример построения САЗ. Конкретные системы могут от нее отличаться количеством каналов и способами их включения.
Основным требованием к САЗ является высокая надежность, которая достигается применением высоконадежных реле защиты и элементов электрических схем, резервированием реле и других элементов защиты в особо ответственных случаях, уменьшением числа элементов, последовательно включаемых в САЗ, использованием наиболее безопасных вариантов электрических схем, организацией профилактических проверок и ремонтов в процессе эксплуатации.
Применение высоконадежных реле защиты и элементов электрических схем - наиболее простой и естественный путь, так как при прочих равных условиях использование более надежных элементов позволяет создать более надежную систему. Следует лишь иметь в виду, что при эксплуатации реле и другие элементы САЗ имеют весьма малую циклическую наработку (малое число срабатываний). Поэтому при оценке надежности в расчет следует принимать не циклическую долговечность и циклическую наработку на отказ, а другие показатели, характеризующие способность элементов сохранять готовность к срабатыванию (например, наработку на отказ по времени). При этом за отказ принимают любое нарушение способности элемента к срабатыванию.
Резервирование представляет собой параллельное включение двух или более однородных и совместно работающих элементов, выполняющих одинаковые функции. Выход из строя одного из них не нарушает работоспособности системы в целом. Резервирование используют в особо опасных случаях, когда внезапный отказ САЗ может привести к серьезным последствиям. К таким случаям относят, например, защиту от попадания жидкого аммиака в поршневой компрессор. Для этого на сосудах перед компрессором устанавливают основные и резервные реле уровня.
На упрощенной схеме (рис. 7.2) показан отделитель жидкого аммиака ОЖ, установленный между испарителем и компрессором Км. При нормальной работе жидкий аммиак в отделителе жидкости отсутствует. При выбросе жидкости из испарителя она накапливается в отделителе жидкого аммиака, и, если ее уровень достигает допустимого предела, срабатывают реле защит РЗ 1 и РЗ 2 (на схеме показаны их первичные преобразователи). Оба реле постоянно включены в работу и выполняют одну и ту же функцию. Такое резервирование значительно повышает надежность, так как вероятность одновременного отказа обоих реле крайне мала.
Уменьшение числа элементов, последовательно включаемых в САЗ, является одним из способов повышения надежности электрических схем САЗ. Наиболее надежна система, в которой реле защиты связаны непосредственно с пускателем двигателя компрессора без промежуточных элементов. Однако такую схему применяют только на самых малых установках. На более крупных установках приходится использовать промежуточные реле, что уменьшает надежность. Поэтому число последовательных промежуточных элементов, входящих в цепь аварийного отключения компрессора, должно быть минимальным.
Рис. 7.2. Упрощенная схема отделителя жидкости с резервированием реле защиты
от влажного хода компрессора
При использовании наиболее безопасных электрических схем обеспечивается остановка компрессора при возникновении отказов в САЗ. Наиболее характерным отказом электрической цепи является обрыв (исчезновение напряжения или тока), что может иметь место при физическом обрыве проводов, подгорании контактов, выходе из строя радиоэлектронных элементов (диодов, транзисторов, резисторов и др.), нарушениях в работе источников электропитания. Для того чтобы указанные отказы сигнализировались как аварийные, необходимо, чтобы в цепях защиты при нормальном состоянии циркулировал ток, а сигнал аварийной остановки соответствовал его прекращению. Следовательно, наиболее безопасной является электрическая схема защиты на нормально замкнутых контактах или других элементах.
Так, в схеме (рис. 7.3) контакты реле защиты РЗ 1 , РЗ 2 и РЗ 3 замкнуты, если контролируемые величины находятся в нормальных пределах, и разомкнуты при достижении предельно допустимых значений. Эти контакты включены последовательно в цепь обмотки электромагнитного реле РА, которое при срабатывании защиты отключает обмотку магнитного пускателя (на схеме не показан) и останавливает компрессор.
Рис. 7.3. Электрическая схема защиты на нормально замкнутых контактах
Когда все контакты реле защит замкнуты, цепь электромагнитного реле можно ввести в работу кратковременным нажатием кнопки КВЗ. При этом через обмотку электромагнитного реле потечет ток, это реле сработает и замкнет свой контакт РА. После отпускания кнопки цепь остается под током. Достаточно одному из реле защит разомкнуть контакт, как электромагнитное реле отпустит и его контакт разомкнется. Повторное включение будет возможно только после нажатия кнопки. Это схема однократного действия. В схеме с повторным включением контакт РА и кнопка не требуются.
Организация профилактических проверок и ремонтов в процессе эксплуатации играет решающую роль в обеспечении безопасной работы установок. Эти меры, если они выполняются через необходимые промежутки времени, практически исключают опасные ситуации, связанные с внезапными отказами в саз.
Для организации профилактических проверок необходимо, чтобы САЗ снабжались устройствами и приспособлениями, позволяющими по возможности в полном объеме проверять работоспособность защит. При этом желательно, чтобы проверка не вызывала вывода установки за предельно допустимые режимы. Так, в схеме (см. рис. 7.2) проверить работу реле защит можно без наполнения отделителя жидкости.
При нормальной работе вентили В 1 и В 2 открыты, а вентиль В 3 закрыт. Первичные преобразователи реле защит РЗ 1 и РЗ 2 подключены к сосуду.
Для проверки закрывают вентиль В 2 и открывают вентиль В 3 . Из трубопровода жидкость подается непосредственно в поплавковые камеры реле уровня и заполняет их. Если реле исправны, то они, срабатывая, выдают соответствующие сигналы.
После этого вентиль В 3 закрывают, а вентиль В 2 открывают. Жидкость стекает в сосуд, что свидетельствует об отсутствии засорения соединительного патрубка.
В процессе эксплуатации должен действовать график профилактических проверок, периодичность которых должна быть выбрана с учетом фактических показателей надежности.
СОСТАВ САЗ
Количество параметров, контролируемых с помощью САЗ, зависит от вида оборудования, его размеров и производительности, вида хладагента и др. Обычно число защит увеличивается с увеличением размеров оборудования. Более сложные САЗ обычно применяют на аммиачных установках.
В табл. 7.1 приведен рекомендуемый перечень контролируемых параметров для наиболее распространенных видов холодильного оборудования. Для некоторых видов оборудования предлагается несколько вариантов набора защит, которые выбираются исходя из конкретных условий. Так, для герметичных компрессоров можно использовать два варианта. Вариант со встроенными устройствами для защиты от повышения температуры обмоток электродвигателей является предпочтительным, так как при том же числе приборов обеспечивается защита от большего числа неисправностей.
В табл. 7.1 не вошли компрессоры бытовых холодильников и кондиционеров.
Некоторые из защит, входящих в состав САЗ, не обязательно вводить в схему однократного действия, при необходимости допускается включать их в схему с повторным включением.
На особо крупных установках с винтовыми и центробежными компрессорами целесообразно применять предупредительную сигнализацию. При достижении параметров предельно допустимых значений включается предупредительная сигнализация. Компрессор останавливается лишь в том случае, когда через заданный промежуток времени параметр не войдет в нормальные пределы. Параметры, допускающие включение через предупредительную сигнализацию, также отмечены в табл. 7.1. При этом следует обратить внимание на надежность устройства временной задержки и при необходимости принять соответствующие меры, например резервирование.
Таблица 7.1
| Оборудование | Давление | Температура | Уровень жидкости | Осевой сдвиг вала | Область применения | |||||||||
| кипения (температура) | всасывания | нагнетания | нагнетания | масла | масла редуктора | обмоток электродвигателя | подшипников | выходящего теплоносителя | ||||||
| Компрессор поршневой герметичный | +* +* | +* +* +* +* | + | Хладоновые компрессоры малых холодильных установок (торговое оборудование, кондиционеры и др.) То же » | ||||||||||
| Компрессор поршневой бессальниковый | + + + + + +* | + + + + + +* | + + + + | + | + + | Хладоновые компрессоры средней производительности То же Хладоновые компрессоры большой производительности То же Хладоновые компрессоры малых холодильных установок | ||||||||
| Компрессор поршневой открытый | + + | + + | + + | + | Хладоновые и аммиачные компрессоры средней производительности То же, большой производительности | |||||||||
Окончание табл. 7.1
| Оборудование | Давление | Перепад давлений в маслосистеме | Температура | Уровень жидкости | Осевой сдвиг вала | Область применения | |||||||
| кипения (температура) | всасывания | нагнетания | нагнетания | масла | масла редуктора | обмоток электродвигателя | подшипников | выходящего теплоносителя | |||||
| Агрегат компрессорный винтовой | +** | + | + | +** | |||||||||
| Агрегат компрессорный центорожный | +** | + | + | +** | +** | +** | +** | + | Аммиачные и хладоновые агрегаты | ||||
| Аммиачный кожухотрубный испаритель | +*** | Без ограничения | |||||||||||
| Испаритель хладоновый с межтрубным кипением | +*** | То же | |||||||||||
| Испаритель хладоновый с внутритрубным кипением | +*** | » | |||||||||||
| Отделитель жидкости, ресивер циркуляционный | + | » |
Примечание. Звездочка (*) означает, что предусматривается защита:
* Допускается включение по схеме с повторным включением.
** Допускается остановка компрессора после включения предупредительной сигнализации.
*** Допускается включение через предупредительную сигнализацию.
АВТОМАТИЗАЦИЯ СИСТЕМ
КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ ВОЗДУХА
Похожая информация.
Автоматизация холодильных установок предполагает оснащение их автоматическими устройствами (приборами и средствами автоматизации), с помощью которых обеспечиваются безопасная работа и проведение производственного процесса или отдельных операций без непосредственного участия обслуживающего персонала или с частичным его участием.
Объекты автоматизации совместно с автоматическими устройствами образуют системы автоматизации с различными функциями: контроля, сигнализации, защиты, регулирования и управления. Автоматизация повышает экономическую эффективность работы холодильных установок, так как уменьшается численность обслуживающего персонала, снижается расход электроэнергии, воды и других материалов, увеличивается срок службы установок вследствие поддержания автоматическими устройствами оптимального режима их работы. Автоматизация требует капитальных затрат, поэтому проводить ее надо, основываясь на результатах технико-экономического анализа.
Холодильную установку можно автоматизировать частично, полностью или комплексно.
Частичная автоматизация предусматривает обязательную для всех холодильных установок автоматическую защиту, а также контроль, сигнализацию и нередко управление. Обслуживающий персонал регулирует основные параметры (температура и влажность воздуха в камерах, температура кипения и конденсации холодильного агента и т.д.) при отклонении их от заданных значений и нарушении работы оборудования, о чем информируют системы контроля и сигнализации, а некоторые вспомогательные периодические процессы (оттаивание инея с поверхности охлаждающих приборов, удаление масла из системы) выполняются вручную.
Полная автоматизация охватывает все процессы, связанные с поддержанием требуемых параметров в охлаждаемых помещениях и элементах холодильной установки. Обслуживающий персонал может присутствовать лишь периодически. Полностью автоматизируют небольшие по мощности холодильные установки, безотказные и долговечные.
Для крупных промышленных холодильных установок более характерна комплексная автоматизация (автоматические контроль, сигнализация, защита).
Автоматический контроль обеспечивает дистанционное измерение, а иногда и запись параметров, определяющих режим работы оборудования.
Автоматическая сигнализация - извещение с помощью звукового или светового сигнала о достижении заданных величин, тех или иных параметров, включении или выключении элементов, холодильной установки. Автоматическую сигнализацию подразделяют на технологическую, предупредительную и аварийную.
Технологическая сигнализация - световая, информирует о работе компрессоров, насосов, вентиляторов, наличии напряжения в электрических цепях.
Предупредительная сигнализация на защитных, циркуляционных ресиверах сообщает, что величина контролируемого параметра приближается к предельно допустимому значению.
Аварийная сигнализация световым и звуковым сигналами извещает о том, что сработала автоматическая защита.
Автоматическая защита, обеспечивающая безопасность обслуживающего персонала, обязательна для любого производства. Она предотвращает возникновение аварийных ситуаций, выключая отдельные элементы или установку в целом, когда контролируемый параметр достигает предельно допустимого значения.
Надежную защиту в случае возникновения опасной ситуации должна обеспечивать система автоматической защиты (САЗ). В простейшем варианте САЗ состоит из датчика-реле (реле защиты), контролирующего величину параметра и вырабатывающего сигнал при достижении ее предельного значения, и устройства, преобразующего сигнал реле защиты в сигнал остановки, который направляется в систему управления.
На холодильных установках большой мощности САЗ выполняют так, чтобы после срабатывания реле защиты автоматический пуск отказавшего элемента без устранения вызвавшей остановку причины был невозможен. На небольших холодильных установках, например на предприятиях торговли, где авария не может привести к тяжелым последствиям, нет постоянного обслуживания, объект включается автоматически, если величина контролирусмоге параметра возвращается в допустимую область.
Наибольшее число видов защиты имеют компрессоры, поскольку по опыту эксплуатации 75 % всех аварий на холодильных установках происходят именно с ними.
Число параметров, контролируемых САЗ, зависит от типа, мощности компрессора и вида холодильного агента.
Виды защиты компрессоров:
от недопустимого повышения давления нагнетания - предотвращает нарушение плотности соединений или разрушение элементов;
недопустимого понижения давления всасывания - предотвращает повышение нагрузки на сальник компрессора, вспенивание масла в картере, замерзание хладоносителя в испарителе (реле высокого и низкого давления, оснащают практически все компрессоры);
уменьшения разности давлений (до и после насоса) в масляной системе - предотвращает аварийный износ трущихся деталей и заклинивание механизма движения компрессора, реле разности давлений контролирует разность давлений на стороне нагнетания и всасывания масляного насоса;
недопустимого повышения температуры нагнетания - предотвращает нарушение режима смазки цилиндра и аварийный износ трущихся деталей;
повышения температуры обмоток встроенного электродвигателя герметичных и бессальниковых хладоновых компрессоров - предотвращает перегрев обмоток, заклинивание ротора и работу на двух фазах;
гидравлического удара (попадание жидкого холодильного агента в полость сжатия) - предотвращает серьезную аварию поршневого компрессора: нарушение плотности, а иногда и разрушение.
Виды защиты других элементов холодильной установки:
от замерзания хладоносителя - предотвращает разрыв труб испарителя;
переполнения линейного ресивера - предохраняет от снижения эффективности конденсатора в результате заполнения части его объема жидким холодильным агентом;
опорожнения линейного ресивера - предотвращает прорыв газа высокого давления в испарительную систему и опасность гидравлического удара.
Предотвращение аварийной ситуации обеспечивает защита от недопустимой концентрации аммиака в помещении, что может вызвать пожар и взрыв. Концентрация аммиака (максимум 1,5 г/м 3 , или 0,021 % по объему) в воздухе контролируется газоанализатором.
Автоматизация производственных процессов является важнейшим условием технического прогресса любой отрасли промышленности.
Цель автоматизации холодильных установок - замена ручного труда, точное поддержание заданных параметров, предотвращение аварий, увеличение срока службы оборудования, сокращение затрат, повышение культуры производства.
Эксплуатация автоматизированных холодильных установок обходится дешевле, так как отпадает необходимость в части обслуживающего персонала, занятого ручными операциями по пуску, регулированию и остановке холодильного оборудования, визуальному наблюдению за работой машин и аппаратов.
Устройства автоматизации могут выполнять как отдельные операции: контроль, сигнализация, включение и выключение исполнительных механизмов, так и совокупность этих операций: автоматическая защита и регулирование.
Любая операция, осуществляемая машинистом современных холодильных установок, поддается автоматизации. Однако не все операции целесообразно автоматизировать.
Автоматизация процессов регулирования и защиты необходима в тех случаях, когда эти процессы требуют затрат ручного труда и когда машинист не может обеспечить точное регулирование и надежную защиту. Очень важно также автоматизировать работы во вредных и взрывоопасных помещениях.
Абсорбционные и пароэжекторные холодильные машины ввиду отсутствия движущихся механизмов (кроме насосов) легче поддаются полной автоматизации, чем крупные компрессионные, которые требуют непрерывного наблюдения и квалифицированного обслуживания.
Крупные и средние холодильные установки снабжают частичной автоматизацией, при которой автоматически регулируется лишь часть процессов. Чаще такие холодильные установки работают на полуавтоматическом режиме, при котором остановка машины происходит автоматически, а пуск вручную.
Основными частями любой автоматической системы являются: измерительный (чувствительный) элемент, или датчик, воспринимающий изменение регулируемой величины; регулирующий орган, изменяющий по сигналу измерительного элемента подачу вещества или энергии в регулируемый объект, и передаточное устройство, соединяющее датчик с исполнительным механизмом. Измерительный элемент снабжен обычно приспособлением для настройки на заданное значение регулируемой величины.
Приборы автоматического управления должны включать или выключать компрессоры и насосы при изменениях нагрузки. Компрессорами управляют с помощью реле температуры, останавливающих компрессоры при понижении температуры рассола или давления в испарителях ниже заданного предела и включающих их при повышении температуры в испарителе. Иногда холодильные машины включают с помощью реле времени, которому задают время включения компрессора.
Приборы автоматического регулирования
предназначены для поддержания заданных параметров работы холодильной установки: температуры, давления, уровня. Благодаря плавному регулированию холодопроизводительности можно поддерживать заданную температуру хладоносителя при понижении тепловой нагрузки. Достигается оно следующими путями:
установкой регуляторов давления «до себя», поддерживающих постоянное давление в испарителях и дросселирующих пары перед компрессором;
установкой регуляторов давления «после себя», перепускающих часть паров из нагнетательной линии во всасывающую. За счет этого часть паров, которая могла бы поступить в компрессор из испарителя, отсекается и холодопроизводительность установки падает;
подключением дополнительного вредного пространства в поршневом компрессоре, уменьшающего отсос паров хладагента из испарителя.
Регулирование подачи хладагента в испаритель преследует две цели: обеспечение безопасной работы компрессора, путем защиты его от гидравлического удара и уменьшение или увеличение холодопроизводительности установки.
Автоматическая сигнализация оповещает о изменениях режима, которые могут повлечь за собой срабатывание элементов автоматической защиты, и извещает о включении и выключении машин, магнитных вентилей, задвижек и приборов. Примером сигнального прибора служит дистанционный указатель уровня ДУ, соединяемый с исполнительными механизмами - соленоидными вентилями или звуковыми сигнальными устройствами - ревунами.
Автоматическая защита позволяет избегать опасных для холодильной машины последствий чрезмерного повышения давления нагнетания, понижения давления и температуры испарения, нарушений режима работы смазочных устройств и т. д.
Для защиты установок от аварийного режима в схемах автоматизации предусматривают приборы, отключающие холодильные агрегаты при резких нарушениях режима работы.
Вынос вторичных показаний приборов контроля и измерения (термометров, манометров, расходомеров, указателей уровня) на центральный щит, где расположена и регулирующая станция, позволяет управлять работой холодильной установки централизованно. Часть измерений записывают самопишущие приборы (термометры, манометры).
Комплексная автоматизация холодильной установки состоит в оснащении ее устройствами автоматического управления, регулирования и защиты, а также средствами контроля и сигнализации, обеспечивающими исправную работу этих устройств.
Контрольные вопросы
1. Что дает автоматизация холодильных установок?
2. Назовите основные элементы автоматизации.
3. Из каких элементов состоит система автоматического регулирования?
4. Расскажите об устройстве ТРВ,
170
5. Объясните конструкцию и принцип работы соленоидного вентиля.
6. Как работают мембранные пневматические клапаны?
7. Назовите способы регулирования холодопроизводительности.
8. Расскажите о работе реле давления.
9. Расскажите об устройстве РУКЦ.
10. Что вы знаете о водорегулирующем вентиле?
11. Перечислите способы защиты компрессора от опасности гидравлического удара.
12. Объясните устройство и принцип работы дистанционного указателя уровня.
13. Какие виды автоматической сигнализации вы знаете?
14. Проследите работу приборов автоматизации в схеме двухступенчатой холодильной установки.
15. Расскажите об особенностях автоматизации холодильных турбоагрегатов.
16. Расскажите о схемах автоматизации отдельных узлов аммиачных холодильных установок.
Системы автоматизации . Автоматизация работы холодильных машин в зависимости от выполняемых функций подразделяется на системы:
– регулирования , поддерживающие заданное значение регулируемой величины (температуры, давления, количества хладагента и др.);
–защиты, т.е для выключения установки при чрезмерном отклонении параметров режима её работы;
– сигнализации , т.е. для включения визуального или (и) звукового сигнала при нарушении режима работы холодильной установки;
– контроля , когда необходимо контролировать какие-либо режимные параметры работы холодильной машины.
В зависимости от привод в действие системы автоматизации бывают электрические , пневматические и комбинированные , а по принципу действия - позиционные и непрерывные .
Система автоматического регулирования холодильной установки позволяет обеспечить заданный температурный режим для перевозимого груза без участия обслуживающего персонала.
Системой автоматизации называют совокупность объекта автоматизации и автоматических устройств, позволяющих управлять работой этого объекта без участия персонала. Объектом автоматизации могут быть холодильная установка в целом либо отдельные её агрегаты, узлы, аппараты и т.д. Системы автоматизации могут быть замкнутыми и разомкнутыми.
Рис. 4.26 - Замкнутая система автоматизации
Замкнутая система состоит из объекта (Об ) и автоматического устройства (А ), которые соединены между собой прямой (ПС ) и обратной (ОС ) связями, которые показаны на рис. 4.26. По прямой связи к объекту подводится входное воздействие х , по обратной - выходная величина у , которые воздействуют на А . Система ОС работает по отклонению фактической величины у от заданного значения у з.
Если назначение системы - поддерживать величину у около заданного значения при изменениях внешнего воздействия f вн, то такую систему называют системой автоматического регулирования (САР ), а автоматическое устройство - автоматическим регулятором (АР ). Функциональная система САР показана на рис. 4.27.
Рис. 4.27 - Функциональная схема системы автоматического
регулирования (САР)
На функциональной схеме САР в цепь прямой связи входят: усилитель , исполнительный механизм (ИМ ) и регулирующий орган (РО ). В цепь обратной связи включён датчик , с помощью которого регулятор АР воспринимает регулируемую величину У и преобразует её в величину У п, удобную для дальнейшей передачи. На один из входов элемента сравнения (ЭС ) подаётся преобразованная величина У п, а на другой его вход - сигнал У з от задатчика .
Этот сигнал в преобразованном виде представляет собой задание регулятору. Величина согласования d = У з – У п является побуждающим сигналом. Мощность его увеличивается в усилителе подводом внешней энергии Э вн и в виде сигнала D воздействует на ИМ , который преобразует сигнал в удобный для использования вид энергии D х и переставляет в РО . В результате изменяется подводимый к Об поток энергии, что соответствует изменению регулирующего воздействия х .
Если нормальная работа объекта протекает при значениях у , отличающихся от у з, а при достижении равенства между ними в объект посылается сигнал х на отключение, то такую систему называют системой автоматической защиты (САЗ ), а автоматическое устройство - устройством защиты (АЗ ). Такая функциональная система показана на рис. 4.28.
Схема САЗ отличается от схемы САР тем, что в автоматическом устройстве АЗ отсутствуют ИМ и РО . Сигнал от усилителя воздействует непосредственно на Об , выключая его целиком или отдельные его части.
Рис. 4.28 - Функциональная схема системы автоматической защиты (САЗ)
Рис. 4.29 - Разомкнутая система автоматизации
Разомкнутой системой называют систему, в которой одна из связей (обратная или прямая) отсутствует (рис. 4.29). Параметр Z связан с выходной величиной у и воспринимается автоматическим устройством А . Отклонение от заданного значения Z 3 вызывает изменения воздействия х .
Автоматизация работы испарителей . Одним из важных процессов управления холодильной машиной является автоматическое питание испарителей по перегреву пара и по уровню жидкости в испарителе. В качестве автоматического регулятора перегрева в основном применяют терморегулирующие вентили (ТРВ).
ТРВ установлен перед испарителем. В верхней части вентиля (рис. 4.30) припаяна капиллярная трубка 7 , соединяющая внутреннюю рабочую часть 6 вентиля с термобаллоном 8 . Верхняя силовая часть вентиля герметична. Термобаллон плотно прикреплён к всасывающему трубопроводу, соединяющему испаритель с компрессором. Термобаллон, капилляр и пространство над мембраной при изготовлении вентиля заполняют строго дозированным количеством хладона. От донышка мембраны 5 вниз идёт шток 4 с запорным клапаном 3 , который прижимается к седлу пружиной 2 с регулировочным винтом 1 .
Рис. 4.30 - Схема терморегулирующего вентиля с внутренним уравниванием
Принцип действия ТРВ основан на сравнении температуры кипения хладагента в испарителе с температурой выходящих из него паров. Сравнение производится преобразованием воспринимаемой термобаллоном температуры паров t в в соответствующее давление р с в силовой части прибора (см. рис. 4.30). Давление действует на мембрану сверху и стремится через шток открыть клапан 3 на большее проходное сечение. Такому перемещению клапана препятствует давление кипения хладона в испарителе р о, действующее на мембрану снизу, а также усилие пружины f и давление р к на клапан.
При правильном заполнении испарителя температура паров на выходе из него не должна превышать 4,7°С. Для этого весь хладон, поданный через ТРВ в испаритель, должен выкипеть на участке от клапана 3 до точки А. Здесь температура хладона не изменяется и составляет t о. В последних витках испарителя от точки А до термобаллона хладон, продолжая воспринимать тепло от охлаждаемого помещения, перегревается до температуры t в > t о. Температуру t в воспринимает термобаллон, и в силовой системе устанавливается давление р с. При равновесии р с = р о + f + р к происходит допустимо полное заполнение испарит5еля хладоном, и холодильная машина работает в оптимальном режиме.
С понижением температуры в охлаждаемом помещении теплопритоки к испарителю уменьшаются. Кипение хладагента в точке А не заканчивается, а продолжается до точки Б. Путь парообразного хладагента до термобаллона сокращается, и перегрев паров уменьшается. Термобаллон воспринимает более низкую температуру, и в силовой системе устанавливается меньшее значение р с. Под действием пружины клапан перемещается вверх, уменьшая проходное сечение вентиля и тем самым подачу хладагента в испаритель.
При меньшем количестве хладагента кипение его в испарителе заканчивается раньше, и перегрев принимает значение, близкое к первоначальному. Перемещение клапана вверх происходит до установления нового равновесия между снизившимся давлением и уменьшившимся сжатием пружины, т.е. р с = р о + f + р к. Перегрев паров в испарителе регулируют поджатием пружины 2 с помощью регулировочного винта 1 .
Термобаллон 8 , капилляр 7 и мембрана 5 (см. рис. 4.30) являются основными элементами манометрических приборов-термостатов , которые применяются для автоматического регулирования работы дизель-генераторных и холодильных агрегатов на рефрижераторном подвижном составе.
Автоматическое поддержание температурного режима в грузовых помещениях. Для установления необходимого температурного режима в грузовом помещении рефрижераторного транспортного или складского модуля и автоматического поддержания его в заданных пределах служит прессостат-терморегулятор , устройство которого показано на рис. 4. 31.
Рис. 4.31 - Устройство прессостата
Прессостат устанавливают на всасывающем трубопроводе между испарителем и компрессором. Он состоит из поршня 1 , жёстко связанного с ним штока 2 , пружины 4 , рукоятки 5 , двух электрических контактов: подвижного 6 и неподвижного 7 .
Поршень находится в колене 3 , соединённом со всасывающим трубопроводом 8 . При давлении р о, большем чем сила закручивания пружины 4 , поршень находится в крайнем верхнем положении. При этом контакты 6 и 7 замкнуты. Компрессор включён и отсасывает пары хладона из испарителя. В процессе отсасывания паров давление р о понижается, становится меньше, чем сила закручивания пружины. Поршень с подвижным контактом перемещается в крайнее нижнее положение, и компрессор выключается.
Вследствие продолжающегося кипения хладона в испарителе его удельный объём увеличивается, давление р о снова начнёт расти. Контакты 6 и 7 замкнутся, компрессор начнёт отсасывать пары хладона из испарителя. Цикл повторяется.
Ход поршня ограничивается специальными упорами, которые могут регулироваться. Сила воздействия пружины на поршень регулируется рукояткой 5 . При установке рукоятки в положение «холод» сила закручивания пружины уменьшается. Следовательно, в зоне испарителя установится меньшее давление р о, а значит и низкая температура кипения хладона.
Таким образом прессостат-терморегулятор поддерживает на требуемом уровне давление кипения в испарителе путём управления количеством хладагента, направляющегося в испаритель.
