Принципы автоматизации холодильных установок. Пропановые холодильные установки Автоматизация холодильной установки том 2а

Холодильные машины и установки могут быть автоматизированы частично или полностью. Частично автоматизированные установки требуют постоянного присутствия обслуживающего персонала и его активного участия в управлении. В полностью автоматизированных установках обслуживающий персонал только наблюдает за их работой.

В схемах автоматизации холодильных установок применяют помимо описанных систем регулирования, защиты и сигнализации следующие виды автоматического управления: пуск агрегатов в заданной последовательности; автоматическое включение рассольных насосов, вентиляторов воздухоохладителей, вентилей и задвижек с электроприводом;

полуавтоматическое управление, при котором после автоматического выключения машин приборами защиты и регулирования их включение производится вручную;

дистанционное управление отдельными узлами и механизмами со щита управления.

На рис. 1 показана расстановка средств автоматизации в схеме аммиачной двухступенчатой холодильной машины.

Рис.1.

МО -- маслоотделитель, ОК -- обратный клапан, РТ -- реле температуры, РД -- реле давления, СВ -- соленоидный вентиль, ПС -- промежуточный сосуд, РУ -- регулятор уровня, ОЖ -- отделитель жидкости, КМ НС и КМ ВС -- компрессоры низкой и высокой ступени, РР -- реле расхода, РКС -- реле контроля смазки, РВ -- регулирующий вентиль, Д -- двигатель, ПР -- поплавковый регулятор

Объектами регулирования в таких машинах являются: заполнение испарителей и ресиверов; температура испарения; температура конденсации, проток воды; давление масла; уровень в промсосуде.

Холодильные турбоагрегаты выпускают с автоматическим регулированием холодопроизводительности в зависимости от изменений тепловой нагрузки. Работа отдельных узлов турбоагрегата также автоматизирована. Подача хладагента в испарители с одновременным дросселированием производится поплавковым регулирующим вентилем ПРВ, получающим импульс от поплавкового датчика.

В большинстве случаев в системе смазки турбокомпрессоров имеются два насоса с приводом от разных источников -- рабочий, приводимый в движение от вала машины или сети переменного тока, и резервный, работающий на постоянном токе (от аккумуляторной батареи или от выпрямителя тока). При пуске машины автоматически включается пусковой насос, и лишь после того, как он создаст необходимое давление, включается двигатель компрессора. Когда машина разовьет полное число оборотов, пусковой насос автоматически выключается и смазка начинает подаваться рабочим насосом.

Автоматизируются и другие элементы, обеспечивающие безопасную работу турбокомпрессоров: противопомпажная защита, защита двигателя от перегрузки и других нарушений режима, создающих аварийную ситуацию. Турбокомпрессоры оборудуются также устройствами автоматического выключения при чрезмерном увеличении давления нагнетания, недопустимом падении давления смазки, перегреве подшипников и сильном падении температуры кипения хладагента. Для этого в различных точках турбоагрегатов ставятся специальные датчики. Импульсы от них передаются на реле, срабатывание которого приводит к остановке агрегата.

Автоматическая противоаварийная защита поршневого компрессора включает защиту от попадания жидкого хладагента во всасывающий трубопровод компрессора и от недопустимых отклонений параметров компрессоров от нормальных рабочих значений.

Защиту от попадания жидкого хладагента во всасывающий трубопровод компрессора обеспечивает автоматический контроль уровней в аппаратах стороны низкого давления; при достижении недопустимых уровней предусматривается аварийная остановка компрессоров и подача сигнала в схему автоматизации.

Защита компрессора одноступенчатого сжатия от недопустимых отклонений рабочих параметров должна предусматривать отключение его электродвигателя при отклонениях ниже допустимого значения давления всасывания и разности давлений в системе смазки, выше допустимого значения давления нагнетания и температуры нагнетания, а также при прекращении протока воды через охлаждающие рубашки компрессора.

Защита компрессора двухступенчатого сжатия должна предусматривать отключение компрессора при отклонениях ниже допустимого значения: давления всасывания низкой ступени, разности давлений в системе смазки; выше допустимого значения: давлений нагнетания низкой и высокой ступеней, температур нагнетания низкой и высокой ступеней, уровня жидкого хладагента в промежуточном сосуде, а также при прекращении протока воды через охлаждающие рубашки компрессора.

Система автоматической защиты не должна допускать самозапуск машины до устранения причины, вызвавшей срабатывание защиты.

Автоматизация работы испарительного узла имеет целью регулирование заполнения испарителей жидким хладагентом, автоматическое регулирование температуры хладоносителя, управление работой насосов для его циркуляции, а также защиту испарителей от замерзания хладоносителя.

Система автоматизации конденсаторной группы предусматривает: контроль за уровнем жидкого хладагента в линейном ресивере, управление работой водяных насосов, регулирование уровня воды в бассейнах или резервуарах, управление вентиляторами испарительных конденсаторов и вентиляторных градирен.

Современные холодильные машины и установки невозможно представить без средств автоматизации. Они обеспечивают стабильную работу, защищают от недопустимых режимов эксплуатации и продлевают срок службы всей системы.

К устройствам холодильной автоматики относятся терморегулирующие вентили; регуляторы производительности, давления и уровня масла; пилотные, предохранительные и обратные клапаны; реле давления и температуры; реле протока. Сюда же включают различные электрические и электронные устройства: контроллеры, преобразователи частоты, регуляторы скорости вращения, автоматы защиты двигателя, таймеры и так далее. К сожалению, довольно часто на этой ответственной части оборудования стараются сэкономить. Нередко приходится сталкиваться также с незнанием возможностей и специфики применения автоматики. В данной статье мы постараемся дать краткий обзор основных механических устройств и решаемых с их помощью задач.

Устройства автоматики

Для плавного заполнения испарителя с целью наиболее эффективного использования его теплообменной поверхности предназначены терморегулирующие вентили (ТРВ). Показателем заполнения служит перегрев хладагента - разница его температуры на входе и на выходе испарителя. Именно по этому параметру и происходит регулирование. Бытует мнение, что ТРВ поддерживает температуру охлаждаемой среды или давление кипения, однако это принципиально невозможно по причине особенностей конструкции ТРВ.

Терморегулирующий вентиль (схема 1) состоит из термочувствительной системы (1), отделенной от корпуса мембраной; капиллярной трубки, соединяющей термочувствительную систему с термобаллоном (2); корпуса вентиля с седлом (3); регулировочной пружины (4).

Работа ТРВ зависит от трех основных параметров: давления в термобаллоне, действующего на верхнюю поверхность мембраны (P1), давления кипения, действующего на нижнюю поверхность мембраны (Р2), и давления регулировочной пружины, также действующего на нижнюю поверхность мембраны (Р3).
Регулирование осуществляется за счет поддержания равновесия между давлением в термобаллоне и суммой давлений кипения и пружины. Пружина обеспечивает регулировку перегрева.

ТРВ устанавливается на линии жидкого хладагента между конденсатором и испарителем. В нем происходит дросселирование рабочего вещества от давления конденсации до давления кипения. По конструктивному исполнению ТРВ делятся на вентили с внешним и внутренним уравниванием давления; разборные и неразборные. ТРВ с внутренним выравниванием применяются, как правило, на испарителях малой производительности с небольшим падением давления хладагента, например в торговом оборудовании.

ТРВ малой производительности выполняются неразборными (с заменяемой или с фиксированной дросселирующей вставкой), а ТРВ большой производительности - разборными, что позволяет при необходимости заменять отдельные элементы, а не весь клапан.

Регуляторы давления конденсации для конденсаторов с воздушным охлаждением предназначены для поддержания минимально необходимого рабочего давления конденсации при снижении температуры окружающей среды. Они обеспечивают так называемое «зимнее регулирование». На схеме 2 приведен вариант такого решения для конденсатора и ресивера, установленных на улице.

Для конденсаторов с водяным охлаждением применяются клапаны, изменяющие расход воды в зависимости от давления хладагента. Данные клапаны позволяют поддерживать давление конденсации с высокой точностью.

Регуляторы давления кипения устанавливаются на линии всасывания за испарителем для поддержания заданного давления кипения в холодильных системах. В системах с несколькими испарителями регулятор устанавливается за испарителем с наибольшим давлением кипения.

Регуляторы давления в картере позволяют избежать пуска и эксплуатации компрессора при слишком высоком давлении всасывания, на линии которого и устанавливаются непосредственно перед компрессором.

Подобные регуляторы часто используются в холодильных установках с герметичными или полугерметичными компрессорами, предназначенными для работы при низких температурах.

Регуляторы производительности, компенсирующие снижение тепловой нагрузки, применяются в системах с одним компрессором, не оборудованным другими средствами регулирования (отжим клапанов, преобразователь частоты). Устанавливаются на байпасной линии между всасыванием и нагнетанием компрессора, позволяя избежать снижения давления всасывания и частых пусков остановок компрессора. К достоинствам подобных регуляторов относятся простота и дешевизна, однако существует ряд ограничений на их применение. Так, из-за снижения скорости хладагента в системе, приводящего к проблемам с возвратом масла в компрессор, компенсировать падение нагрузки возможно не более чем на 50 %. Перепуск горячего газа во всасывающую магистраль герметичного или полугерметичного компрессора может привести к перегреву обмоток электродвигателя. Кроме того, растет и температура нагнетания. Для снижения температуры всасывания может потребоваться впрыск жидкого хладагента со стороны нагнетания, что требует тщательного подбора и настройки системы для недопущения гидроудара в компрессоре.

Разборный TPB Danfoss TE12

Реле давления (прессостаты) могут выполнять как регулирующую, так и защитную функцию. При регулировании реле включает и выключает компрессоры или вентиляторы конденсатора при достижении заданных рабочих параметров. По конструктивному исполнению реле бывают двухблочные (реле высокого и низкого давления в одном корпусе) и одноблочные, с автоматическим или ручным сбросом после срабатывания. Последние, как правило, выполняют функцию защиты.

Давление срабатывания реле, как правило, настраивается. У некоторых моделей настраивается и дифференциал срабатывания. Компактные реле без возможности настройки (картриджные прессостаты) применяются преимущественно крупными заводами-производителями компрессорных, компрессорно-конденсаторных агрегатов и моноблоков.

Реле перепада давления широко используются в качестве защиты компрессоров от падения давления масла в картере. Эти устройства зачастую включают в себя таймер, отключающий компрессор, если в течение заданного времени давление масла держится ниже минимально необходимого, - для нормальной смазки движущихся частей компрессора.

Неразборный TPB в разрезе

Реле температуры (термостаты) применяются для поддержания температуры и защиты элементов холодильной системы, например компрессора, от чрезмерно высокой температуры нагнетания. Реле, используемые для регулирования параметров, при срабатывании сбрасываются автоматически, защитные реле, как правило, вручную.

В холодильной технике применяются два типа заправки чувствительного элемента термостата - паровая и адсорбционная. Термостаты с паровым наполнителем применяются в системах, где изменение температуры происходит медленно (например, в холодильных камерах большого объема). В таких термостатах корпус реле должен находиться в более теплом помещении, чем чувствительный элемент. Реле с адсорбционной заправкой могут применяться для контроля там, где температура меняется быстро.

Применение автоматики

Рассмотрим применение устройств автоматики на примере системы холодоснабжения небольшой холодильной камеры, выполненной специалистами компании «Термокул» c использованием автоматики фирмы Danfoss.

Заполнение испарителя хладагентом регулируется при помощи разборного ТРВ ТЕХ 5–3 с внешним уравниванием давления. За температуру в камере отвечает электронный контроллер (на схеме не показан), управляющий электромагнитным клапаном EVR 10.

Поддержание давления конденсации в зимний период осуществляется при помощи регулятора давления конденсации KVR , дифференциального клапана NRD и обратного клапана NRV . Характерной особенностью данного технического решения является установка регулятора KVR перед конденсатором. Это приводит к определенному удорожанию системы, так как требуется регулятор большего размера по сравнению с регулятором на линии жидкости за конденсатором. В то же самое время это позволяет избежать проблем с запуском системы после длительной остановки в случае, когда конденсатор и ресивер установлены на улице или в неотапливаемом помещении. Для регулирования давления конденсации при работе установки используется ступенчатое управление вентиляторами конденсатора при помощи двух реле высокого давления КР 5 с автоматическим сбросом.

Управление компрессором осуществляется при помощи двухблочного реле KP 17 W: реле низкого давления включает и отключает компрессор в рабочем режиме, реле высокого давления - останавливает в случае превышения рабочего значения. В качестве дополнительной защиты от остановки по высокому давлению на агрегат установлено реле КР 5 с ручным сбросом.

Такая конфигурация автоматики позволяет, при относительно небольшой стоимости комплектующих, получить простую и надежную систему управления холодоснабжением, обеспечивающую стабильное поддержание заданных параметров.

Статья подготовлена Сергеем Смагиным и Сергеем Бучиным. Мы благодарим компанию «Термокул» (www.thermocool.ru) за информационную поддержку

Автоматизация холодильных установок облегчает работу, делает ее безопасной, совершенствует и упрощает технологические процессы. Это важнейшее условие технического прогресса. Автоматизация проводится для снижения доли ручного труда, поддержания стабильных параметров температуры, влажности, давления, а также предотвращения аварийных ситуаций и увеличения продолжительности службы. Так как требуется меньше обслуживающего персонала, то эксплуатация автоматизированных агрегатов обходится дешевле.

Автоматизация холодильных установок затрагивает управление отдельными операциями - сигнализация, контроль, пуск и выключение определенных механизмов. В целом осуществляется комплексное управление - регулирование и защита. Автоматизировать можно практически любой процесс, но это не всегда целесообразно. Легче всего поддаются автоматизации пароэжекторные и абсорбционные агрегаты, поскольку кроме насосов в них нет лишних движущихся механизмов. С крупными компрессионными моделями все обстоит сложнее. За ними требуется постоянное наблюдение и обслуживание квалифицированным персоналом, поэтому применяют только частичную автоматизацию. Основные элементы системы - измерительный датчик, регулирующий орган и передаточное устройство. Все они взаимосвязаны между собой.

5 причин приобрести Холодильные установки у Компании АквилонСтройМонтаж

Широчайших модельный ряд

Возможность изготовления нестандартных холодильных установок

Гибкая ценовая политика

Инновационные решения в управлении холодильными агрегатами

Энергосберегающие технологические принципы

ОСТАВИТЬ ЗАЯВКУ

Виды приборов автоматизации Существует несколько способов автоматизации, существенно упрощающих производственные процессы. Используются, как единичные опции, так и их комплекс.

технические решения

опасных ситуаций

Полная автоматизация холодильных установок подразумевает их оснащение всеми перечисленными средствами управления, контроля, защиты, сигнализации. Посредством их использования можно получить более совершенное оборудование, повышающее производительность организации.Компания «АквилонСтройМонтаж» предлагает установки всех типов, оснащенные современными средствами автоматизации. По вашему запросу наши инженеры проведут автоматизацию уже имеющейся системы холодоснабжения или разработают для вас полностью автоматизированные установки.

Автоматизированная система управления способствует созданию защиты от различных аварийных ситуаций. Помогает увеличить срок эксплуатации используемого оборудования. Сокращает количество задействованных в обслуживании аппаратуры служащих. Это сокращает риск влияния человеческого фактора, экономит финансовые затраты на оплату труда, снижает уровень травм опасности.

Автоматизация холодильного оборудования, холодильных машин разной мощности допускает настраивание всех параметров. Алгоритм способен регулировать подачу необходимого испарителям хладагента. Он отвечает за перемещение жидкостей, рассолов, воды, прочих веществ в холодильных установках.

Автоматизация систем холодильных установок позволяет выполнять запуск, плановую остановку компрессора, электромотора, прочих механизмов. При этом остановка работы холодильного оборудования происходит при наступлении аварийной ситуации.

Установленный алгоритм блокировки не дает продолжить работу холодильной машине. Она прекращает функционировать до поступления разрешительной команды. Происходит это тогда, когда устраняются неполадки холодильного оборудования. Также агрегат будет стоять на месте во время осуществления ремонтных работ, сервисного обслуживания предприятия.

Автоматизация холодильной установки дает возможность регулировать показатели заданного температурного режима помещения. Если он нарушается, автоматика подает соответствующий звуковой сигнал.

При возникновении температурных сбоев пропановой холодильной установки допускается автоматическое сокращение холодопроизводительных процессов.

Грамотная автоматизация агрегатов подразумевает регулирование плавного или позиционного типа. В первом случае автоматизация осуществляет плавное изменение количества используемых оборотов. Во втором – сокращением числа включенных в работу устройств цилиндров, компрессоров, прочих механизмов.

Предполагаете автоматизировать свои производственные объекты в Москве и Московской области? Ждем вашего звонка. Заказать проект, разработку, монтаж, внедрение, выполнение пусконаладочных работ, наладку ПО АСУ, сможете на официальном сайте компании «ОЛАЙСИС».

Представители этой организации готовы помочь с внедрением на вашу площадку современных АСУ. Продажа услуг по автоматизации устройств осуществляется после написания заявки, согласования цены, требований заказчика, выполнения необходимых расчетов.

Компания производит запасные детали к АСУ. Здесь же реально приобрести механизмы, выполнить заказ на комплексное, индивидуальное обслуживание. Работает быстрая доставка по городу. Предусмотрен самовывоз по решению заказчика.

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...+4С, 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...-25С) наиболее распространен аммиак.

По степени озоноразрушающей активности хладагенты

делят на две группы:

¨ хладагенты с высокой озоноразрушающей активностью (ODP1,0);

¨ 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 (-127С). 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.