Автоматизация холодильных установок

 

Обслуживающий персонал неавтоматизированной холодильной установки пускает и останавливает холодильную машину, регу­лирует подачу жидкого агента в испаритель, регулирует температурный режим в холодильных камерах и холодопроизводительность компрессоров, наблюдает за работой аппаратов, механиз­мов и т. п.

При автоматическом регулировании холодильных машин эти ручные операции отпадают. Эксплуатация автоматизированной установки намного дешевле, чем эксплуатация установки с ручной регулировкой (сокращение затрат на содержание обслуживающего персонала). Автоматизированная установка экономичнее по за­тратам энергии, точнее поддерживает заданные температурные режимы. Приборы автоматики быстро реагируют на всякие от­клонения от нормальных условий работы, а при возникновении опасности выключают установку.

Применяют различные автоматические приборы — управления, регулирования, защиты, сигнализации и контроля.

Приборы автоматического управления включают или выклю­чают в определенной последовательности машины и механизмы; включают резервное оборудование при перегрузках системы; включают вспомогательные аппараты при оттаивании инея с по­верхности охлаждающих батарей, выпуске масла, воздуха и т. п.

Приборы автоматического регулирования поддерживают в оп­ределенных пределах основные параметры (температуру, давле­ние, уровень жидкости), от которых зависит нормальная работа холодильной установки, или регулируют их в соответствии с за­данной программой.

Приборы автоматической защиты при возникновении опасных условий (чрезмерном повышении давления нагнетания, перепол­нении отделителей жидким аммиаком, повреждении системы смазки) выключают холодильную установку или ее части.

Приборы автоматической сигнализации подают световые или звуко-вые сигналы, когда контролируемая величина достигает заданных или предельно допустимых значений.

 

Н. Д. Кочетков

322 Автоматизация холодильных установок

 

Приборы автоматического контроля (приборы-самописцы) регистри-руют параметры машины (температуру в разных точках, давление, количество циркулирующего агента и т. п.).

Комплексная автоматизация предусматривает оборудование холоди-льной установки автоматическими устройствами управле­ния, регули-рования и защиты. Средства контроля и сигнализации необходимы лишь для наблюдения за правильным действием этих устройств.

В настоящее время установки небольшой и значительная часть установок средней производительности автоматизированы пол­ностью; крупные установки в большинстве случаев автоматизи­рованы частично (полуавтоматические установки).

 

АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ ХОЛОДИЛЬНЫХ

УСТАНОВОК

Применяемые приборы автоматического регулирования отличаются разнообразием выполняемых функций и принципов действия.

Каждый автоматический регулятор состоит из чувствительного эле-мента, воспринимающего изменение регулируемого параметра; регули-рующего органа; промежуточной связи, соединяющей чув­ствительный элемент и регулирующий орган. Рассмотрим способы регулирования основных параметров и наиболее характерные приборы.

Регулирование температуры холодильных камер. В холодиль­ных камерах необходимо поддерживать постоянные температуры, даже если меняется тепловая нагрузка на охлаждающие батареи.

Постоянная температура поддерживается регулированием холодо-производительности батарей. Простой и распространенной является двухпозиционная система регулирования. При этой системе в каждой камере устанавливается индивидуальное реле температуры, например, типа ТДДА — двухпозиционное дистан­ционное термореле (рис. 193), или других типов. На трубопроводе жидкого холодильного агента или рассола перед входом в батареи устанавливается соленоидный вентиль (рис. 194). При повышении температуры воздуха до верхнего заданного предела регулятор температуры автоматически замыкает электричес-кую цепь соле­ноидного вентиля. Вентиль полностью открывается, и охлаждаю­щая жидкость поступает в батареи; камеры охлаждаются. При по­нижении температуры воздуха до нижнего заданного предела регулятор температуры, наоборот, размыкает цепь вентиля, пре­кращая подачу холодной жидкости в батареи.

Термобаллон 1 (чувствительный патрон) регулятора температуры ТДДА (см. рис. 193), частично заполненный жидким фреоном-12,­

Автоматическое регулирование холодильных установок 323

 

размещают в холодильной камере, температуру которой требуется регулировать. Давление фреона в термобаллоне зависит от его температуры, которая равна температуре воздуха камеры. С повышением этой температуры давление в термобаллоне увели­чивается. Повышенное давление через капиллярную трубку 2 передается в камеру 3, в которой расположен сильфон 4, пред­ставляю-

 

 

щий собой гофрированную трубку. Сильфон сжимается и перемещает в осевом направлении иглу 5, которая поворачи­вает угловой рычаг 6 (см. также схему справа) вокруг оси 7 против часовой стрелки, преодолевая сопротивление пружины 22. Рычаг 6 песет на себе пластинчатую пру-жину с прикрепленной к ней тягой 8, которая при движении рычага против часовой стрелки перемещается влево. С тягой 8 скреплен палец 10, перемещаю­щийся в прорези контактной пластинки 12. В некоторый момент палец соприкасается с рычагом 9 и поворачивает этот рычаг, а также контактную пластинку 12 (которая связана с рычагом пружиной 11) вокруг оси 13 (в данном случае против часовой стрелки). В это

324 Автоматизация холодильных установок

 

время нижний конец контактной пластинки при­ближается к постоянному подковообразному магниту 18 и быстро притягивается им. Основной 17 и искрогасительный 26 контакты при этом замыкаются. Цепь управления соленоидного вентиля, установленного на жидкостной линии, замыкается, вентиль от­крывается, й жидкость посту­пает в батареи.

 

Рис. 194. Соленоидные вентили с электромагнитным приводом: а — поршневой СВА-25 (1 — катушка; 2 — сердечник; 3 — разгрузочный клапан; 4 — основной клапан; 5 — шпиндель ручного подъема; 6 — колпачок); б — мембранный СВМ-25 (1 — мембрана; 2 — фильтрующая шайба; 3 — разгрузочный клапан; 4 — основ­ной клапан; 5 — пружина основного клапана)

 

С понижением температуры воздуха давление в термобаллоне и в камере 3, где находится сильфон, уменьшается и угловой рычаг 6 под действием пружины 22 поворачивается по часовой стрелке. Палец 10 перемещается от рычага 9 до конца прорези в контактной пластинке 12 (свободный ход), нажимает на пластинку и, преодолевая притяжение магнита, резко поворачивает ее по часовой стрелке. В этот момент электрические контакты размы­каются, соленоидный вентиль закры-вается и подача жидкости в батареи прекращается.

Автоматическое регулирование холодильных установок 325

 

Температура камеры, при которой размыкаются электрические кон-такты, устанавливается в зависимости от натяжения пру­жины 22. Для настройки прибора на определенную температуру размыкания переме-щают каретку 21 с указателем 20 на соответ­ствующее деление темпера-турной шкалы 19, что достигается при вращении винта 23 ручкой 24.

Прибор регулируется на определенную разность температур замыка-ния и размыкания электрических контактов. Эта разность зависит от величины свободного хода пальца 10 в прорези кон­тактной пластинки. Свободный же ход меняется при перемеще­нии верхнего конца рычага 9 вдоль прорези, что достигается при повороте кулачка 14 вокруг оси 13. Чем больше радиус кулачка в месте касания рычага 9, тем больше свободный ход и тем больше разность температур замыкания и размыкания контактов.

Регулятор температуры ТДДА обеспечивает выключение соленоид-ного вентиля в пределах шкалы температур от —25 до 0° С. Возможная погрешность ±1° С. Минимальный дифференциал при­бора составляет 2° С, максимальный — не менее 8° С. Масса при­бора 3,5 кг, длина капилляра 3 м.

Для крупных холодильников разработана многоточечная цен­трализованная система автоматического регулирования темпера­туры в камерах — машина «Амур». Такие машины изготовляют па 40, 60 и 80 точек регулирования. Они могут быть использо­ваны не только для регулирования температуры воздуха, но и тем­пературы кипения холодильного агента, температуры рассола и т. п. Машина имеет устройства для измерения температуры в точках регулирования.

Соленоидные (электромагнитные) вентили (см. рис. 194) рабо­тают следующим образом. При подаче напряжения на катушку электромаг-нита возникает электрическое поле, которое втягивает сердечник; связанный с ним разгрузочный клапан приподнимается, открывая седло малого диаметра. После этого жидкость с нагне­тательной стороны, т. е. из полости над клапаном (в вентиле СВА) или над мембраной (в вентиле СВМ) через сквозные отверстия п малое седло поступает в полость под клапаном. Клапан разгру­жается от давления, которое прижимало его к седлу, и откры­вается для протока жидкости под напором из нагнетательного трубопровода. После выключения соленоидной катушки, наобо­рот, сердечник с разгрузочным клапаном опускаются вниз, пере­крывая седло малого диаметра. Давление сверху на основной клапан увеличивается, и он под действием собственного веса и пружины опускается на свое седло, перекрывая поток жидко­сти.

Соленоидные вентили относятся к числу наиболее распростра­ненных приборов автоматизации аммиачных и фреоновых холо­дильных уста-

326 Автоматизация холодильных установок

 

новок. Для жидкого и газообразного фреона и аммиака, рассола и воды соленоидные вентили выпускают с диа­метром условного прохода от 6 до 70 мм. Раньше использовались преимущественно поршневые соленоидные вентили типа СВА; в последнее время применяют мембранные вентили типа СВМ усовершенствованной конструкции. Температура рабочей среды может колебаться от —40 до +50° С. Соленоидный вентиль (с фильтром перед ним) устанавливают на горизонтальном участке трубопровода в вертикальном положении.

Регулирование температуры воздуха возможно также путем измене-ния температуры или расхода холодильного агента (при рассольном охлаждении холодоносителя) в батареях с использо­ванием пропорцио-нальных регуляторов температуры ПРТ. Такие регуляторы применяют редко.

Для автоматического регулирования температуры воздуха при испо-льзовании малых фреоновых установок с одним охлаждае­мым объек-том применяют включение и выключение компрессора. Для включения и выключения используют приборы, реагирующие на температуру или давление кипения в испарителе, или непо­средственно на температуру воздуха камеры.

Регулирование холодопроизводительности компрессоров. Тепло-вая нагрузка холодильных камер может меняться в широких пределах в зависимости от количества и температуры поступаю­щих продуктов, температуры окружающей среды и других фак­торов. Холодопроизво-дительность устанавливаемых компрессоров выбирают с расчетом поддержания требуемых температур при наиболее трудных условиях.

В небольших фреоновых установках непосредственного испа­рения производительность компрессоров регулируют одновременно с регулированием температуры охлаждаемого объекта методом пуска и остановок при соответствующих значениях одного из ре­гулируемых параметров.

В машинах с рассольным охлаждением наиболее удобным парамет-ром для регулирования производительности компрессора является тем-пература рассола при выходе из испарителя. В случае уменьшения теп-ловой нагрузки температура рассола в испарителе быстро понижается до нижнего заданного предела и регулятор температуры (например, типа ТДДА), размыкая цепь катушки магнитного пускателя, останав-ливает электродвигатель компрес­сора. При повышении температуры до верхнего заданного предела регулятор температуры включает вновь компрессор в работу. Чем больше тепловая нагрузка на испаритель (охлаждающие батареи), тем продолжительнее работает компрессор. Изменением коэффи­циента рабочего времени достигается необходимая Автоматическое регулирование холодильных установок 327

 

средняя про­изводительность компрессора.

В средних и крупных установках система содержит большое количество батарей, предназначенных для охлаждения многих по­мещений. При достижении заданных температур в отдельных помещениях часть охлаждающих батарей должна быть выключена н холодопроизводительность компрессоров соответственно умень­шена.

Наиболее приемлемым в таком случае является многопози­ционное (ступенчатое) регулирование путем изменения рабочего объема, описы-ваемого поршнями компрессоров. В установках с несколькими компрес-сорами многопозиционное регулирование осуществляют включением и выключением отдельных компрессо­ров, управляемых регуляторами температуры со смещенными пределами настройки. Наличие двух одинаковых компрессоров позволяет получить три ступени холодо-производительности: 100— 50—0%. Два компрессора АВ-100 и АУ-200 дают четыре ступени холодопроизводительности: 100—67—33—0%. Ступенчатое регули­рование многоцилиндровых непрямоточных комп-рессоров воз­можно выключением из работы отдельных цилиндров путем отжатия всасывающих клапанов специальным механизмом, управляе­мым реле низкого давления.

Значительно реже применяют плавное регулирование производитель-ности компрессора—дросселированием всасываемого пара, изменением величины мертвого объема компрессора и т. п. Эти спо­собы энергетичес-ки невыгодны. Сравнительно перспективным является метод регулирова-ния холодопроизводительности измене­нием числа оборотов компрессора (применение многоскоростных электродвигателей).

Регулирование подачи хладагента в испаритель. Независимо от величины тепловой нагрузки приборы автоматического регули­рования должны обеспечивать правильное заполнение испарителя холодильным агентом. Избытка жидкости в испарителе допускать нельзя, так как это приводит к снижению экономичности работы и к возникновению гидравлического удара («влажный ход»).

В случае недостатка жидкости некоторая часть поверхности не исполь-зуется, что также ухудшает режим работы вследствие понижения темпе-ратуры испарения.

Приборами, регулирующими подачу жидкости в испаритель, являются терморегулирующие вентили ТРВ и поплавковые регу­лирующие вентили ПРВ. В этих же приборах осуществляется процесс дросселирования жидкости.

Основной тип изготовляемых терморегулирующих вентилей –мембран-ные, в металлическом корпусе. Схема включения ТРВ приведена на рис. 195. Действие прибора зависит от перегрева пира, выходящего из испари-

328 Автоматизация холодильных установок

 

теля. Отсутствие перегрева указывает на излишек жидкости в испарителе и на возможность попадания ее во всасывающую линию и в компрессор. В этом случае ТРВ автоматически прекращает подачу жидкости в испаритель. Боль­шой перегрев паров хладагента при всасывании является, наобо­рот, признаком недостатка его в испарителе. При этом условии ТРВ усиливает подачу жидкости.

 

В аммиачном вентиле ТРВА термобаллон (чувствительный элемент прибора) заполнен фреоном-22, близким по рабочим давлениям к амми-аку. Термобаллон плотно прикрепляют к всасывающему трубопроводу; он имеет температуру паров аммиака, выходящих из испарителя.

 

Автоматическое регулирование холодильных установок 329

 

При изменении температуры давление в термобаллоне меняется. Клапан вентиля механически связан с мембраной, на которую сверху действует давление пара из термобаллона, передаваемое по капилляр-ной трубке, а снизу — давление из испарителя по урав­нительной трубке (через штуцер 7). От разности указанных дав­лений, пропорцио-нальной перегреву пара на выходе из испари­теля, зависит перемещение мембраны, а вместе с тем и открывание клапана, регулирующего пода-чу жидкости в испаритель. Аммиак поступает в ТРВА через штуцер 10. Дросселирование совершается и клапанном отверстии и частично в дроссельной трубке 8, ко­торая обеспечивает более спокойное и равно-мерное протекание агента через вентиль.

Во время работы машины ТРВА поддерживает постоянный перегрев пара; соответствующей настройкой величину перегрева можно менять в пределах от 2 до 10° С. Настройка осуществляется при помощи винта 4 и связанных с ним регулировочных зубчатых колес. При вращении винта меняется натяжение пружины 3, противодействующей открыванию клапана.

ТРВА позволяет надежно регулировать подачу аммиака в ис­парители разных типов при температурах кипения от 0 до —30° С. Питание ко-жухотрубных испарителей для охлаждения рассола настраивают при небольших перегревах (от 2 до 4° С). Выпу­скаются разные модели ТРВА, рассчитанные на холодопроизводительность от 6 до 230 квт (~5—200 Мкал/ч).

ТРВ на 12—190 квт 10—160 Мкал/ч) для фреоновых уста­новок по конструкции близки к вентилям типа ТРВА. В малых фреоновых маши-нах применяют мембранные ТРВ без уравни­тельных линий.

Регулирование подачи аммиака в испарители и сосуды со сво­бодным уровнем жидкости возможно при помощи поплавковых регулирующих вентилей низкого давления ПРВ (рис. 196).

ПРВ устанавливают на том уровне, который желательно поддержи-вать в испарителе (или другом сосуде). Корпус прибора соединяют с испарителем уравнительными линиями (жидкостной и паровой). Изменение уровня жидкости в испарителе приводит к изменению уровня в корпусе ПРВ. Одновременно меняется положение поплавка внутри корпуса, что вызывает перемещение клапана и изменение площади сечения для протока жидкости из конденсатора в испаритель.

В поплавковых вентилях непроходного типа холодильный агент пос-ле дросселирования в клапанном отверстии поступает непосредственно в испаритель, минуя поплавковую камеру. В вен­тилях проходного типа хладагент после дросселирования посту­пает в поплавковую камеру, а из нее отводится в испари­тель.

330 Автоматизация холодильных установок

 

 

Автоматическое регулирование холодильных установок 331

 

ния уровня жидкости в испарителях и сосудах. В отличие от вен­тилей низкого давления ПР-1 можно устанавливать на разных уровнях по отношению к испарителю и конденсатору.

К корпусу вентиля приварен штуцер, соединяющий вентиль с нижней частью конденсатора. Внутри корпуса расположен поплавок, связанный при помощи рычага с игольчатым клапаном. Аммиак через отверстие в седле клапана, канал и дроссельную трубку проходит к выходному

 

штуцеру и через него в трубопровод к испарителю. Внутри корпуса вентиля имеется капиллярная трубка. Верхний конец ее открыт, а нижний при помощи каналов соединен с дроссельной трубкой. Давле-ние в вентиле устанавливается немного ниже, чем в конденсаторе; жидкость из него поступает в корпус вентиля. Под действием жидкости поплавок всплывает. Чем больше жидкости поступает в корпус поп-лавка, тем больше открывается клапан для прохода ее в испаритель. При пользовании вентилем типа ПР-1 конденсатор свободен от жидкос-ти. Поэтому количество аммиака в системе должно быть таким, чтобы при полном перетекании аммиака в испаритель уровень жидкости в нем находился не выше, чем между первым и вторым сверху рядами труб испарителя. При таком заполнении

332 Автоматизация холодильных установок

 

исключается опасность попадания жидкого аммиака во всасы­вающую линию и создаются благоприятные условия для интен­сивного теплообмена в испарителе.

Для позиционного регулирования уровня жидкости в аппара­тах холодильной установки часто используют регуляторы уровня косвенного действия, состоящие из дистан-ционного указателя уровня (например,

ДУ-4, РУ-4, ПРУ-2) и управляемого им со­леноидного вентиля. Эти прибо­ры вклю-чают в схему (рис. 198) так, что в случае чрезмерного повышения уровня жидкости в аппарате дистанционный ука­затель раз-мыкает электриче­скую цепь управления солено­идного вентиля и он закры­вается, прекратив подачу холо­дильного агента в испаритель.

 

Если же уровень жидкости в испарителе понизится по сравне­нию с оп-тимальным, то дистанционный указатель снова замкнет электрическую цепь соленоидного вентиля; подача жидкости будет возобновлена.

Регулирование подачи охлаждающей воды на конденсатор.

Вода на конденсатор подается через водорегулирующий вентиль

(рис. 199), поддерживающий приблизительно постоянное давле­ние и температуру конденсации при разных нагрузках. Давление конденса-ции воспринимает мембрана вентиля или сильфон, изме­няющие положение шпинделя и сечение для прохода воды. В уста­новках с градирнями водорегулирующие вентили не применяют.
Автоматическая защита и сигнализация 333