Принципиальная схема холодильной установки: 5.2. Схемы холодильных установок | Промышленные холодильные установки – Холодильные машины и установки. Устройство, виды, принцип действия холодильных машин.

5.2. Схемы холодильных установок | Промышленные холодильные установки

Принципиальные схемы холодильных машин, рассмотренные выше, включают только основное оборудование, предназначенное для производства искусственного холода. Такие схемы дают четкое представление о принципе действия холодильных машин. Практически любая реальная холодильная установка, кроме основного оборудования, включает вспомогательное, предназначенное для повышения эффективности и безопасности ее работы. Схема холодильной установки, дающая представление о наличии компрессоров, теплообменных аппаратов, приборов автоматики и других элементов оборудования, необходимых для ее нормальной эксплуатации, а также об их взаимном расположении, называется функциональной схемой.

    В работе холодильных установок имеются особенности, значительно усложняющие деятельность обслуживающего персонала:
    большое количество охлаждаемых объектов, нередко находящихся на значительном удалении от машинного отделения;
    разветвленные системы трубопроводов;

    применение токсичных холодильных агентов, например аммиака;
    возможность резких колебаний тепловых нагрузок.

В связи с этим схема холодильной установки должна отвечать следующим требованиям:
    обеспечивать поддержание заданного температурного режима в охлаждаемых объектах и иметь возможность переключения машин и аппаратов для изменения условий их работы или замены в случае неполадок или ремонта;
    обеспечивать безопасность обслуживающего персонала и долговечность установленного оборудования;
    быть по возможности простой, наглядной и удобной в обслуживании, способствовать осуществлению быстрых и безошибочных переключений и иных эксплуатационных манипуляций;
    обеспечивать хорошую подачу жидкого хладагента или хладоносителя в охлаждающие приборы и интенсивную теплоотдачу от их поверхности;
    иметь малую вместимость системы по хладагенту;
    способствовать эффективному удалению из системы вредных примесей: воздуха, масла, грязи, влаги, а также инея с поверхности охлаждающих приборов;

    быть подготовленной к частичной или полной автоматизации;
    иметь невысокую стоимость монтажа и эксплуатации.

В последнее время в связи с активным внедрением средств автоматизации на холодильных установках особое значение приобретает требование ее подготовленности к этому процессу (автоматизации). Речь идет о комплексе мероприятий по повышению безопасности эксплуатации хо-лодильных установок. Эти мероприятия связаны в первую очередь с совершенствованием схем, которые исключали бы возникновение опасных режимов работы в условиях переменных тепловых нагрузок. В противном случае приборы защитной автоматики будут часто выключать работающие компрессоры. Таким образом, безопасность и стабильность работы установки должна обеспечиваться правильным схемным решением, а приборы автоматики играют здесь лишь вспомогательную роль. В системах централизованного хладоснабжения особое внимание уделяется совершенствованию узла отделителя жидкости или сосуда, его заменяющего, на всасывающей стороне компрессоров.

    Учитывая недостатки централизованного хладоснабжения (большую протяженность и разветвленность трубопроводов, значительную вместимость систем по хладагенту, сложность автоматизации), в последнее время стали активно применяться системы децентрализованного хладоснабжения, когда каждая холодильная камера обслуживается отдельной автономной холодильной установкой.
    Холодильные установки децентрализованных систем охлаждения имеют следующие преимущества:
    возможность выпуска холодильной машины полной заводской готовности;
    машина представляет собой единый блок, в котором собраны холодильное оборудование и станция управления, включающая систему автоматики, защиты и сигнализации, а также электросиловое оборудование;
   блочная машина может быть полностью автоматизирована и работать без постоянного присутствия обслуживающего персонала по принципу периодического обслуживания;

    машина имеет дозированную заправку холодильным агентом, что повышает безопасность ее работы;
    длина трубопроводов невелика;
    для размещения машин не требуется строительства специального помещения, они могут быть установлены под легким навесом.

Децентрализованные системы хладоснабжения хорошо зарекомендовали себя на холодильниках фруктоовощехранилищ вместимостью до 2000 т. В ближайшие 10—15 лет планируется строительство более крупных холодильников с децентрализованным холодоснабжением.

    Еще одним направлением в развитии и совершенствовании схем холодильных установок является создание компаундных схем, в которых циркуляционные ресиверы, работающие при более высоком давлении кипения, используются одновременно как промежуточные сосуды. Достоинством компаундных схем является уменьшение числа аппаратов, элементов автоматики, упрощение обслуживания.

    Централизованные системы хладоснабжения в зависимости от вида охлаждающей среды делятся на системы непосредственного охлаждения и охлаждения хладоносителем. Принципиальные схемы обоих способов охлаждения представлены на рис. 63.

Область применения той или иной системы определяется свойственными ей особенностями. Система непосредственного охлаждения проще по оборудованию, требует меньших первоначальных затрат. Кроме того, этой системе соответствуют и меньшие затраты энергии на выработку холода, так как для получения одной и той же температуры в охлаждаемом объекте температура кипения t₀ при непосредственном охлаждении в среднем на 5 °С выше, чем при охлаждении хладоносителем, из-за дополнительной разности температур в испарителе. К недостаткам систем непосредственного охлаждения относятся: значительное количество хладагента в системе и опасность его попадания в производственные помещения при нарушениях герметичности системы; трудность регулирования, подачи и распределения хладагента по охлаждаемым помещениям при переменных тепловых нагрузках, в результате чего возникает недостаток хладагента в приборах одних помещений и переполнение — в приборах других помещений, следствием чего являются «влажный ход» компрессора и гидравлические удары.

    Недостатки, свойственные системам непосредственного охлаждения, можно устранить, применяя приборы автоматического регулирования и защиты, а также схемы, в которых значительно уменьшена опасность гидравлического удара. Поэтому в настоящее время в основном применяется система непосредственного охлаждения, как более экономичная по капитальным и эксплуатационным затратам и имеющая более длительный срок эксплуатации, чем система охлаждения хладоносителем. Однако в некоторых случаях применение систем с хладоносителем считается более целесообразным, например, когда система непосредственного охлаждения не может быть использована по условиям безопасности для людей, находящихся в помещениях обработки или хранения продукции; когда разветвленную охлаждающую систему в случае непосредственного охлаждения пришлось бы заполнять сравнительно дорогостоящим рабочим телом, например хладоном; когда попадание хладагента в охлаждаемое вещество (или наоборот) из-за возможных неплотностей в аппаратах может привести к существенному изменению качества этих сред.

    Схема любой холодильной установки состоит из нескольких узлов, которые имеют свои специфические особенности. Такое рассмотрение удобно для выявления общих закономерностей, присущих каждому узлу (см. рис. 63).

5.2.1. Узел подключения компрессоров

5.2.2. Узел конденсатора и регулирующей станции

5.2.3. Узел испарительной системы непосредственного охлаждения

5.2.4. Система охлаждения хладоносителем

MirMarine — Фреоновые холодильные установки

Компрессионные холодильные установки, работающие на фреоне-12 широко распространены в системах охлаждения судовых провизионных камер и кондиционирования воздуха.

На рис. 128, б приведена принципиальная схема фреоновой автоматизированной холодильной установки, обслуживающей две провизионные камеры с различными температурами. Парожидкостная смесь поступает в испарительные батареи, где кипит за счет тепла воздуха камер и хранящихся в них продуктов питания, охлаждая их. Образовавшиеся в батареях испарителя пары хладагента отсасываются компрессором, сжимаются и нагнетаются в конденсатор. В конденсаторе происходит сжижение (конденсация) паров хладагента путем отвода тепла забортной водой, проходящей по трубам.

Компрессор необходим для понижения давления в испарительных батареях, получения низкой температуры кипения хладагента и создания повышенного давления нагнетания, при котором возможен переход фреона из компрессора в конденсатор.

Из конденсатора жидкий фреон, пройдя теплообменник, фильтросушитель и соленоидный вентиль, поступает в терморегулирующий вентиль, который регулирует количество фреона, идущего в батареи испарителя. В ТРВ происходит дросселирование жидкого фреона, давление его снижается от давления конденсации 4—8 ати до давления кипения 0,3—1 ати. Таким образом, терморегулирующий вентиль разделяет систему хладагента на сторону высокого давления (конденсации)—от нагнетательной полости компрессора до ТРВ и сторону низкого давления (давления всасывания или кипения)—от ТРВ до всасывающей полости компрессора.

Компрессоры фреоновых холодильных установок по конструкции могут быть с вертикальным, V- и W-образным расположением цилиндров. Они делятся на прямоточные и непрямоточные по направлению движения паров холодильного агента в цилиндре.

В малых холодильных установках в основном применяются непрямоточные простого действия компрессоры, в которых всасывающие и нагнетательные клапаны расположены в одной плите, помещенной на торце цилиндрического блока.

В прямоточных компрессорах всасывание происходит через поршень и клапан, встроенный в его головке. При этом направление движения пара хладагентов в цилиндре не изменяется, т. е. он совершает прямой ток. Это увеличивает производительность компрессора за счет уменьшения теплообмена между стенками цилиндра и паром хладагента.

Фреоновые компрессоры выполняются без охлаждающей рубашки, так как температура паров фреона в конце сжатия незначительна. Охлаждение цилиндров производится воздухом и для этого на наружной поверхности блока делают ребра.

Компрессор ФВ-4. На рис. 129, а показан отечественный фреоновый компрессор марки ФВ-4, выпускаемый Одесским заводом холодильных машин. Компрессор двухцилиндровый, вертикальный, простого действия, непрямоточный, холодо-производительностью 4000 ккал/ч. Число оборотов вала в минуту 850, диаметр поршня 67,5 мм и ход поршня 50 мм.

Шатуны стальные штампованные, двухтаврового профиля. Поршень алюминиевый с двумя уплотнительными и одним маслосбрасывающим кольцами. Смазка механизма движения и цилиндров производится разбрызгиванием.

Всасывающие и нагнетательные клапаны пластинчатые, полосовые самопружинящие и расположены на общей плите, помещенной на торце цилиндрового блока. На клапанную плиту опирается крышка блока (общая для двух цилиндров), имеющая перегородку для разделения полостей всасывания и нагнетания.

Уплотнение коленчатого вала в месте выхода из картера производится сильфонным сальником. Препятствие для выхода фреона из картера создают сильфон (гофрированная латунная трубка), прокладка и притертые поверхности уплотнительных колец.

Компрессор ФВ-12. Компрессор фреоновый вертикальный двухцилиндровый прямоточный марки ФВ-12, холодопро-изводительностью при наибольшем числе оборотов 12 000 ккал/ч (рис. 130). Он рассчитан на работу при трех различных числах оборотов в минуту — 480, 720 и 960, соответственно которым холодопроизводительность равна 7000, 10000 и 12 000 ккал/ч.

Цилиндры и картер компрессора представляют единую чугунную отливку с запрессованными цилиндровыми втулками. Охлаждение цилиндров воздушное. Для лучшего теплообмена крышка цилиндров и в верхней части цилиндровый блок компрессора имеют ребра.

Вал компрессора стальной, двухопорный, двухколенный (колена под углом 180°) с двумя противовесами, опирается на два шариковых подшипника.

Поршни чугунные с тремя уплотнительными и одним масло-съемным кольцами.

Шатуны стальные, облегченные, двутаврового сечения с разъемной нижней и неразъемной верхней головками. Нижние головки залиты баббитом, в верхние запрессованы биметаллические втулки.

Всасывающие и нагнетательные клапаны самодействующие. Всасывающие ленточного типа установлены на днище поршня, а нагнетательные с пластинками и пружинами смонтированы на клапанной доске, укрепленной на верхней плоскости блока.

Сальник компрессора двухмембранный с масляным затвором и металлическими кольцами трения. Он состоит из подвижных частей (стопорный фланец, подвижное кольцо), вращающихся вместе с коленчатым валом, и неподвижных частей (упругих диафрагм с упорным кольцом и обоймой). Неподвижные части закрепляются с помощью буксы и крышки на переднем фланце блоккартера с уплотнением прокладками. Уплотнение достигается за счет упругости диафрагм и взаимно-притертых неподвижного кольца и обоймы с внешним ободом подвижного кольца.

Масло в сальник при работе компрессора поступает непрерывно и избыток его сливается из бачка в картер.

Смазка компрессора принудительная от шестеренчатого насоса, расположенного в задней крышке и приводимого в движение коленчатым валом через поводок. Масло подается в двух направлениях: в сверление коленчатого вала и полость сальника. В месте забора масла из картера установлен сетчатый фильтр. По сверлениям коленчатого вала масло подается для смазки мотылевых и по трубке вдоль шатуна — головных подшипников.

В случае прекращения подачи масла полость сальника остается наполненной благодаря обратному клапану и этим сохраняется плотность сальника при остановках машины. Для контроля работы масляного насоса на его корпусе установлен манометр.

Похожие статьи

Схемы холодильных установок

Схемы холодильных установок должны обеспечивать: гибкость в процессе поддержания заданного режима, возможность быстрого переключения машин и аппаратов, простоту обслуживания и легкость монтажа, безопасность обслуживающего персонала и длительную безаварийную работу оборудования.

При графическом изображении схем холодильных установок различают принципиальные схемы, на которых оборудование и трубопроводы показаны без увязки с их пространственным положением, и монтажные схемы, на которых указано расположение оборудования в помещениях холодильных станций. Монтажные схемы должны быть полными, в принципиальных — часть линий и вспомогательного оборудования отсутствует, цель этого вида схем — уяснение принципа работы установки.

Рис. 105. Монтажная схема аммиачной холодильной установки непосредственного испарения:

1 — маслосборник, 2 — кожухотрубный конденсатор, 3 — ресивер, 4 — коллектор аварийного выпуска аммиака, 5 — маслоотделитель, 6 — четырехцилиндровые компрессоры, 7 — манометры (на щите), 8 — воздухоотделитель, 9 — поплавковый регулирующий вентиль с аммиачным фильтром, 10 — промежуточный сосуд, 11 — трубопровод от отделителя жидкости, 12 — термометры, 13 — запорные вентили, 14 — двухцилиндровый компрессор, 15 — дренажный ресивер

На рис. 105 изображена монтажная схема аммиачной холодильной установки непосредственного испарения, на которой в аксонометрических проекциях изображены все ее трубопроводы (кроме водяных). Эта схема дает наглядное представление о взаимном расположении машин и аппаратов, пространственном положении связывающих их трубопроводов, местонахождении запорной арматуры, регулирующих станций и средств автоматизации.

Рис. 106. Схема фреоновой турбокомпрессорной холодильной машины:

1 — турбокомпрессор, 2 — конденсатор, 3 — поплавковый бак, 4 — испаритель

На рис. 106 представлена схема фреоновой турбокомпрессорной холодильной машины. Пары фреона-12 из испарителя 4 поступают в турбокомпрессор 1 и направляются в конденсатор 2 испарительно-конденсаторного агрегата. Из конденсатора жидкий фреон стекает в камеру высокого давления поплавкового бака 3. Поплавковый регулирующий вентиль ПРВ этой камеры дросселирует фреон до давления нагнетания первой ступени турбокомпрессора, перепуская фреон в камеру низкого давления. Образовавшиеся при дросселировании пары фреона отсасываются второй ступенью. В камере низкого давления жидкий фреон вторично дросселируется и направляется в испаритель. ПРВ поплавкового бака регулирует уровень жидкого фреона «до себя», поэтому из конденсатора полностью сливается жидкий фреон и исключается возможность прорыва паров фреона в испаритель.

Следующие две схемы — холодильные установки, работающие в производстве этилена, который выделяется из пиролизного газа. Сначала газ очищают от примесей, затем  сжимают  шестиступенчатым компрессором и направляют в систему газоразделения, в которой предусмотрена каскадная холодильная установка на пропилене и этилене со следующими температурами испарения: —37, —18, +6° С для пропилена (верхняя ветвь каскада) и —56, —70,—98°С для этилена (нижняя ветвь каскада).

В этой установке газы последовательно охлаждаются до температуры —90° С. Все компоненты пиролизного газа, кроме метана и водорода, сжижаются. Затем, используя разность температур кипения углеводородов, производят последовательную отпарку бутановой, пропан-пропиленовой и этанэтиленовой фракций, причем в некоторых аппаратах в качестве греющего агента используют пары пропилена и этилена, сжатые в турбокомпрессорах. Таким образом, каскадная холодильная машина цеха разделения газов пиролиза работает также и в качестве теплового насоса.

Рис. 107. Принципиальная схема трехступенчатой пропиленовой холодильной установки с t₀ = — 37, —18 и +6° С:

1 — конденсатор, 2 — каплеотделители, 3 — турбокомпрессор, 4 — метановая колонна, 5 этиленовая колонна 6 — сепаратор 7, 10, 12 — потребители холода —37, —18 и +6°С; 8, 11, 11 — переохладители, 9, 13 — промсосуды, 15 — ресивер

Трехступенчатая пропиленовая холодильная установка (рис. 107) работает так: после III ступени турбокомпрессора 3 при температуре 65° С и давлении 15 ат пропилен конденсируется в водяном конденсаторе 1 (основная часть). Другая часть пропилена идет на конденсацию в кипятильник метановой колонны 4, откуда направляется в промежуточный сосуд 13 изотермы 6° С (т. е. по отношению к метановой колонне эта установка работает в режиме теплового насоса).

Пропилен из конденсатора 1 проходит ресивер 15, переохладитель 14 и поступает в промежуточный сосуд III ступени 13 и частично—потребителям холода 6° С 12. Пары пропилена от потребителей через промежуточный сосуд III ступени идут на всасывание III ступени компрессора. Жидкий пропилен из промежуточного сосуда 13 проходит переохладитель 11 и дросселируется потребителем холода —18° С (давление 3,3 ат) 10. Пары пропилена, образующиеся при дросселировании жидкости, поступающей в промежуточный сосуд 9, вместе с парами пропилена, идущими от потребителей холода, работающих на изотерме —18° С, поступают частично на всасывание II ступени турбокомпрессора и частично в кипятильник этиленовой колонны 5.

Жидкий пропилен из промежуточного сосуда 9 проходит переохладитель 8 и дросселируется потребителями холода — 37° С (давление 1,6 ат) 7. Испарившийся при этих условиях пропилен через сепаратор 6 идет на всасывание I ступени. На каждой ступени имеются каплеотделители 2, в которые предусмотрен впрыск жидкого пропилена при срабатывании системы антипомпажной защиты турбокомпрессора.

Инертные газы выводятся через воздухоотделитель, расположенный на ресивере.

Контрольные вопросы
1. Что такое монтажная и принципиальная схемы?

2. Перечислите  основные  требования  к  схемам  холодильных  установок.

3. Расскажите по схеме о работе холодильной установки.

4. Поясните работу каскадной холодильной установки.

5. Расскажите о схемах   подачи   хладагента   в испарительные   системы.

6. Каким требованиям должны отвечать такие схемы?

7. Что вы знаете о насосных и безнасосных схемах подачи  хладагента?

8. В чем различия между открытой и закрытой схемой подачи хладоносителя?

9. Расскажите о назначении расширительного бака.

10. Перечислите принципы компоновки оборудования холодильных станций.

Обзор схем и циклов аммиачных холодильных установок | Холод-проект

Выбор цикла холодильной машины зависит, прежде всего, от требуемой температуры охлаждаемого потока (температуры поддержания в холодильной камере) и от температуры окружающей среды. Существенное влияние на цикл оказывают тип компрессора и теплообменных аппаратов, рабочее вещество и схема самой установки.

Аммиак применяется в холодильных машинах (ХМ) при температуре конденсации не выше 55 ⁰C и температуре кипения до –30 ⁰C в случае использования одноступенчатых циклов, и до –60 ⁰C для двухступенчатых. Мощность используемых аммиачных ХМ находится в диапазоне от нескольких десятков кВт до нескольких МВт.

Основными элементами ХМ являются: компрессор, конденсатор, испаритель и устройство для расширения рабочего вещества. Отдельно стоит отметить абсорбционные ХМ, которые нашли широкое применение в различных отраслях промышленности, и использующие аммиак в качестве рабочего тела. В данных машинах механический компрессор заменяется сразу несколькими аппаратами: генератором, абсорбером и насосом.

Одноступенчатая паровая ХМ с дроссельным вентилем является наиболее простой схемой и применяется в установках небольшой мощности. Схема и цикл ХМ представлены на рис.1.

  

Рис. 1. Схема и цикл в i—p-диаграмме (энтальпия-давление) одноступенчатой ХМ с дроссельным вентилем: I – компрессор, II – конденсатор, III – дроссель, IV – испаритель.

Для защиты компрессорного оборудования от попадания жидкости в данных схемах применяют пароосушители – сосуды, в котором капли жидкости отделяются от пара. Для повышения эффективности данной схемы после конденсатора организовывают дополнительное охлаждение рабочего вещества в теплообменнике водой. Схема и цикл ХМ с переохлаждением представлены на рис.2.

  

Рис. 2. Схема и цикл в i—p-диаграмме (энтальпия-давление) одноступенчатой ХМ с переохлаждением рабочего вещества: I – компрессор, II – конденсатор, III – теплообменник, IV – дроссель, V – испаритель.

При понижении температуры кипения или повышении температуры конденсации рабочего вещества увеличивается степень повышения давления и разность давлений кипения и конденсации хладагента. Это приводит к уменьшению удельной холодопроизводительности одноступенчатого цикла, повышению капитальных и эксплуатационных затрат на получение холода. Также увеличение степени повышения давления в компрессоре приводит к росту температуры нагнетания, что может вызвать недопустимые температурные деформации и пригорание масла в нагнетательных клапанах. Эти факторы являются причинами, по которым при p_к / p₀ ≥ 8 необходимо переходить к многоступенчатому сжатию.

Схемы и циклы двухступенчатых ХМ со змеевиковым промежуточным сосудом полным и неполным промежуточным охлаждением представлены на рис. 3 и рис.4 соответственно.

  

Рис. 3. Схема и цикл в i—p-диаграмме (энтальпия-давление) двухступенчатой ХМ со змеевиковым промежуточным сосудом и полным промежуточным охлаждением: I – компрессор 1-й ступени, II – промежуточный холодильник, III – компрессор 2-й ступени, IV – конденсатор, V, VII – дроссель, VI – промежуточный сосуд, VIII – испаритель.

  

Рис. 4. Схема и цикл в i—p-диаграмме (энтальпия-давление) двухступенчатой ХМ со змеевиковым промежуточным сосудом и неполным промежуточным охлаждением.

В обеих схемах рабочее вещество перед промежуточным сосудом делится на два потока: большая часть направляется в змеевик промежуточного сосуда, где хладагент дополнительно переохлаждается перед основным дросселированием, меньшая часть – дросселируется до промежуточного давления и поступает в промежуточный сосуд. Отличие заключается в том, что в схеме на рис.3 охлаждается весь поток газа, поступающий на всасывание 2-й ступени компрессора, а на рис.4 – только часть.

Схема и цикл двухступенчатой ХМ с двухкратным дросселированием и полным промежуточным охлаждением хладагента представлены на рис. 5. Данная схема характеризуется тем, что до промежуточного давления дросселируется весь поток рабочего вещества.

  

Рис. 5. Схема и цикл в i—p-диаграмме (энтальпия-давление) двухступенчатой ХМ с двухкратным дросселированием и полным промежуточным охлаждением.

В последние десятилетия для обеспечения низких температур охлаждаемых объектов применяют каскадные ХМ (рис. 6), в нижней ветке которых в качестве хладагента используется диоксид углерода (R744), а в верхней – аммиак. Такое решение позволяет существенно сократить аммиакоемкость холодильной системы.

Рис. 6. Схема каскадной ХМ.

Каскадные схемы рассматриваются как альтернатива двухступенчатым ХМ при температуре кипения в нижней ветви цикла ниже –40 ⁰C. Одним из основных недостатков данной схемы является необходимость наличия автономного термостатирующего холодильного агрегата для поддержания давления в контуре R744 при остановках системы.

На объектах, где имеются в наличии бросовые потоки тепла достаточной мощности и потребность в холоде, перспективным и экономически оправданным является применение абсорбционных ХМ (рис. 7). Данных установках используется раствор аммиак-вода.

  

Рис. 7. Схема и процесс в ξ–i-диаграмме (концентрация-энтальпия) абсорбционной водоаммиачной ХМ с теплообменником: I – абсорбер, II – насос, III – теплообменник растворов, IV – генератор, V – конденсатор, VI – дроссель, VII – испаритель, VIII – дроссель раствора.

Существенное влияние на процессы абсорбционных ХМ, их производительность и энергетическую эффективность оказывают температуры греющего источника, охлаждающей среды и охлаждаемого объекта.

Поделитесь с друзьями

5.1.2. Принципиальная схема паровой холодильной машины и ее изображение в диаграмме

При описании принципа действия паровой холодильной машины различают теоретический и действительный циклы.
    Теоретическим считается цикл, при котором пар хладагента из испарителя засасывается в компрессор в состоянии насыщения при температуре и давлении кипения, а жидкость из конденсатора поступает в регулирующий вентиль в состоянии насыщения при температуре и давлении конденсации. Кроме того, считается, что в системе нет потерь давления из-за сопротивления трубопроводов и аппаратов, а процесс сжатия в компрессоре — адиабатический (без теплообмена с окружающей средой).

    Для эксплуатации холодильных установок интерес представляет действительный цикл холодильной машины, который и будет рассмотрен ниже.

    На рис. 57 показаны принципиальная схема и цикл паровой холодильной машины, состоящей из четырех основных элементов, которые соединены трубопроводами в замкнутую герметичную систему. В основе искусственного охлаждения лежит процесс кипения хладагента в испарителе И, в результате чего он превращается из жидкости в пар и поглощает определенное количество теплоты от объекта охлаждения. По техническим требованиям необходимо, чтобы хладагент имел постоянную и строго определенную температуру кипения t₀, что достигается поддержанием в испарителе определенного и постоянного давления кипения P₀. Кроме того, t₀ хладагента должна быть ниже конечной температуры охлаждаемого объекта.

    Пар, образующийся в результате кипения, отсасывается из испарителя компрессором КМ. В теоретическом цикле считается, что из испарителя в компрессор поступает насыщенный пар, в действительности из испарителя может поступать влажный, насыщенный или перегретый пар, в зависимости от интенсивности теплопритока к испарителю и количества находящегося в нем жидкого хладагента. Во всасывающем трубопроводе перед компрессором пар дополнительно перегревается за счет теплопритока от окружающего воздуха и поступает в компрессор в перегретом состоянии. Перегрев пара перед компрессором несколько снижает эффективность работы установки, но является необходимой мерой для защиты компрессора от работы в режиме «влажного хода» и связанного с этим явлением гидравлического удара. В компрессоре пар сжимается, t и Р его повышаются, и горячий пар высокого давления нагнетается через нагнетательный трубопровод в конденсатор КД.
    В конденсаторе пар хладагента в результате конденсации снова превращается в жидкость, и цикл становится замкнутым. При этом теплота от хладагента отводится в конденсаторе водой или воздухом. Хладагент охлаждается до температуры насыщения и конденсируется при постоянных температуре t_к и давлении конденсации Р_к.
    В теоретическом цикле из конденсатора в регулирующий вентиль РВ поступает насыщенная жидкость. В действительном цикле в РВ может поступать как насыщенная, так и переохлажденная жидкость, которая дополнительно переохлаждается в самом конденсаторе либо в специальных аппаратах. В любом случае переохлаждение является положительным процессом, так как при этом увеличивается холодопроизводительность установки. Жидкость с высоким давлением в насыщенном или переохлажденном состоянии поступает к РВ, где дросселируется в проходном сечении соответствующего размера от Р_к до Р₀.
   При дросселировании температура хладагента снижается до t₀ за счет мгновенного испарения части жидкости. Теплота испарения отводится от остальной массы хладагента, температура которого снижается. Так как теплота отводится и передается внутри системы, без теплообмена с окружающей средой, то теплосодержание (энтальпия) вещества в процессе дросселирования остается постоянным. Поскольку часть жидкости испаряется, то после РВ хладагент представляет собой парожидкостную смесь (влажный пар). Парообразование при дросселировании называют дроссельными потерями, поскольку, попадая затем вместе с жидкостью в испаритель, пар не производит в нем эффекта охлаждения. Регулирующий вентиль предназначен не только для дросселирования хладагента, но и для регулирования его подачи в испаритель.
   Холодильную систему можно условно разделить на два участка, давления хладагента в которых разные. Сторона высокого давления начинается от нагнетательной полости компрессора, проходит через конденсатор и заканчивается в регулирующем вентиле. Все трубопроводы и сосуды, находящиеся на этом участке установки, относятся к стороне высокого давления. Манометры, установленные на аппаратах и трубопроводах высокого давления, показывают Р_к (или Р нагнетания). Сторона низкого давления начинается от РВ, проходит через испаритель и заканчивается во всасывающей полости компрессора. Все трубопроводы и сосуды, находящиеся в этой части системы, относятся к стороне низкого давления. Мановакуумметры, установленные на них, показывают Р₀ или Р_BC.
   Для построения рабочего цикла в диаграмме обычно задаются конкретными параметрами, а именно:
   t₀ — температурой кипения;
   t_к — температурой конденсации;
   t_BС — температурой всасывания;
   t_П — температурой переохлаждения.

   Этих параметров достаточно для построения на диаграмме полного цикла холодильной машины. Прежде всего следует определить по диаграмме (см. рис. 53) Р₀ и Р_к по соответствующим температурам и провести на диаграмме две горизонтальные прямые — изобары Р_к и Р₀ (рис. 57).
   Пересечение изобары давления кипения Р₀ с кривой насыщенного пара показывает состояние хладагента на выходе из испарителя (точка 1» на диаграмме). Перегрев пара во всасывающем трубопроводе перед компрессором происходит при Р₀ до t_ВС. Поэтому точка всасывания 1 лежит на пересечении изобары Р₀ и изотермы t_ВС в области перегретого пара. При сжатии в компрессоре давление пара повышается до Р_к, а сам процесс сжатия считается адиабатическим, поэтому точка конца сжатия 2 лежит на пересечении адиабаты, проведенной из точки 1, и изобары Р_к. Температуру этой точки называют температурой нагнетания компрессора. Из компрессора перегретый пар поступает в конденсатор, где сначала охлаждается до состояния насыщения (точка 2»), а затем конденсируется при постоянной температуре до состояния насыщенной жидкости (точка 3′). Если в цикле имеет место переохлаждение жидкости, то состояние хладагента определяется в точке пересечения изобары Р_к и изотермы t_П в области переохлажденной жидкости (точка 3). Переохлажденная или насыщенная жидкость поступает в РВ и дросселируется до давления кипения Р₀ при i = const. Линии изоэнтальпий проходят вертикально, поэтому точку 4 (5) — состояние перед испарителем — находят как пересечение вертикали, опущенной из точки 3 (3′) и изобары Р₀. В состоянии влажного пара 4 (5) хладагент поступает в испаритель, где кипит при постоянных температуре и давлении кипения до состояния насыщенного пара (точка 1»). На этом цикл замыкается и повторяется. Таким образом, действительный цикл холодильной машины состоит из отдельных, следующих друг за другом процессов:

   1» — 1 — перегрев пара на всасывании в компрессор при Р₀ = const;

   1 — 2 — адиабатическое сжатие в компрессоре от Р₀ до Р_к при S = const;

   2 — 2» — сбив перегрева в конденсаторе при Р_к = const;

   2» — 3′ — конденсация пара в конденсаторе при Р_к = const, t_к = const;

   3′ — 3 — переохлаждение жидкости в конденсаторе или ином аппарате при Р_к = const;

   3 — 4 — дросселирование в регулирующем вентиле от Р_к до Р₀ при t = const;

   4 —1» — кипение жидкости в испарителе при Р₀ = const и t₀ = const.

Соответствующие точки цикла расставлены на схеме. После построения цикла холодильной машины в диаграмме можно определить все термодинамические параметры каждой точки цикла. На практике интерес представляют узловые точки, проставленные на диаграмме и схеме.

    Зная параметры узловых точек цикла, можно определить следующие показатели:

   удельную холодопроизводительность хладагента, кДж/кг, q₀ = i_1» — i₄;

   удельную работу сжатия в компрессоре, кДж/кг, l = i₂ — i₁ ;

   удельную тепловую нагрузку на конденсатор, кДж/кг, q_к = i₂ — i_3(3′) ; в зависимости от того, где происходит переохлаждение;

   холодильный коэффициент цикла ε = q₀/l = (i_1» — i₄) / (i₂ — i₁).

   Холодильный коэффициент цикла — это КПД цикла, который выражается в виде отношения поглощенной от охлаждаемого объекта теплоты к энергии, израсходованной при этом компрессором. Чем больше е, тем выше эффективность цикла.

Пример. Определить параметры узловых точек цикла для аммиака при t₀ = — 10 °С, t_к = +30°С, t_ВС = 0°С, t_П0 = +25°С и основные показатели цикла.

    Определяем параметры узловых точек по диаграмме:

    q₀ = i_1» — i₄ = 1670 — 530 = 1140 кДж/кг;

    l = i₂ — i₁ = 1900 — 1693 = 207 кДж/кг;

    q_к = i₂ — i₃ = 1900 — 530 = 1370 кДж/кг;

    ε = q₀/l = 1370/207 = 6,61.

Параметры узловых точек после построения цикла в диаграмме сведены в табл. 48.

Схемы узлов холодильных установок | Холод

25.04.2016

Схема холодильной установки – это упрощенное изображение холодильной системы (реальной или проектируемой), позволяющее оценить количество элементов и их взаимное расположение, благодаря которым осуществляется стабильная и безопасная работа агрегатов. Из-за большого числа объектов охлаждения, часто располагающихся далеко от машинного отделения, сложной системы трубопроводов, использования токсичных хладагентов и других факторов обслуживание промышленных холодильных установок значительно усложняется. Грамотное проектирование холодильных установок позволяет поддерживать заданный температурный режим в охлаждаемых объектах, дает возможность изменять условия работы отдельных агрегатов и осуществлять их ремонт в случае различных неполадок.

 

Наглядная и простая схема узлов холодильных установок обеспечивает безопасность обслуживающего персонала и долговечность используемого оборудования, способствует быстрой эффективной работе с минимальным количеством ошибок. В случае перемены тепловых нагрузок эффективная система холодильной установки должна быть подготовлена к полной или частичной автоматизации. В хорошо продуманных схемах минимизируется количество циркулирующего хладагента, необходимого для интенсивной теплоотдачи поверхностей охлаждающих приборов; также немаловажно обеспечить функционирующую систему удаления вредных примесей (воздуха, грязи, масла, влаги, инея).

 

В холодильных складах, на предприятиях разных отраслей промышленности, на молокозаводах и пивзаводах – схема любой холодильной установки состоит из постоянных узлов, отличающихся специфическими особенностями.

 

Узел подключения компрессоров в схемах холодильных установок

Схемы узла подключения компрессоров различаются количеством единиц подключаемых аппаратов холодильных установок и ступеней сжатия компрессоров, а также количеством рабочих температур кипения.

 

Нагнетательные и всасывающие магистрали часто объединяют в общие коллекторы в системах, в которых несколько компрессоров работают с одной температурой испарения; таким образом, достигается возможность взаимного резервирования компрессорного оборудования и быстрой замены одного из агрегатов при поломке. При различных температурах испарения также возможен вывод магистралей в общий коллектор: давление нагнетания не зависит от температуры испарения, а для всасывающих магистралей общий коллектор разделяют на участки с помощью запорной арматуры.

 

 

Но в общих случаях если температуры кипения у компрессоров разные, то испарительная система соединяется со своей группой компрессоров с помощью отдельных всасывающих трубопроводов и отделителей жидкости, количество которых равняется количеству рабочих температур кипения. На всасывающих трубопроводах располагаются вентили для переключения компрессоров на разные температуры кипения. Также всасывающие магистрали компрессора оснащаются грязеуловителями для очистки пара хладагента от механических загрязнений (в некоторых схемах они встраиваются во всасывающий коллектор, расположенный прямо на компрессоре).

Нагнетательные магистрали всех компрессоров, вне зависимости от того, на какую они работают испарительную систему, объединяются в общую нагнетательную магистраль, которая идет к общему конденсаторному узлу. Для защиты оборудования от гидравлического удара и «влажного хода» необходимо соблюдать требования при подключении агрегатов:

•  каждая всасывающая магистраль (в зависимости от количества температур кипения) должна оснащаться отделителем жидкости;
•  в схемах с верхней разводкой трубопроводов всасывающие и нагнетательные трубопроводы соединяются с коллекторами сверху, чтобы исключить скопление масла и жидкого хладагента;
•  независимо от разводки в нижних точках трубопроводов должны располагаться дренажные вентили для выпуска скопившейся жидкости после длительной остановки;
•  необходимо предусматривать небольшой уклон всасывающих магистралей в сторону отделителей жидкости или циркуляционных ресиверов.

 

Узел конденсатора и регулирующей станции в схемах холодильных установок

Конденсаторный узел проектируется для сбора жидкого хладагента и конденсации его паров, для удаления воздуха и других неконденсирующихся газов, а также масла из систем аммиачных холодильных установок. Пар хладагента поступает от маслоотделителей в верхнюю зону конденсаторных установок, а сконденсированная жидкость стекает в линейные ресиверы, которые для обеспечения свободного слива жидкости устанавливаются ниже конденсаторов. Ресивер и конденсатор соединены друг с другом уравнительными линиями и оснащены сдвоенными предохранительными клапанами, присоединенными через трехходовые вентили.

Основные функции линейного ресивера:

• сбор конденсата;
• равномерная подача хладагента благодаря его накапливанию при изменении тепловой нагрузки;
• создание гидравлического затвора, препятствующего перетоку паров жидкого хладагента в испарительную систему со стороны нагнетания;
• запас хладагента на случай его утечек из системы;
• вместилище для хладагента во время ремонта холодильной системы.

 

Стабильность уровня жидкости в ресивере служит показателем хорошо функционирующей холодильной системы, в которой поддерживается баланс между количеством жидкости в испарительной системе, тепловой нагрузкой и производительностью компрессора. Изменение уровня в линейном ресивере, сигнализирующее об изменении ее количества в испарительной системе, осуществляется персоналом визуально или производится автоматически с холодильного щита управления.

 

Узел испарительной системы непосредственного охлаждения в схемах холодильных установок

Сложность выбора наилучшей схемы испарительного узла состоит в том, что в условиях переменных тепловых нагрузок он должен обеспечивать безопасный «сухой ход» компрессора, одновременно способствуя заполняемости испарителя жидким хладагентом для интенсивного теплообмена. Проектирование узла испарительной системы может осуществляться исходя из способа подачи хладагента в испарительную систему: безнасосные схемы холодильных установок объединяют варианты поступления холодильного агента под действием разности давлений кипения и конденсации, а также под напором столба жидкости; в насосных схемах подача (нижняя или верхняя) хладагента осуществляется насосом.

 

Схема холодильной установки может быть спроектирована исходя из одного варианта, а может сочетать несколько способов подачи хладагента в зависимости от условий функционирования оборудования. Так безнасосные прямоточные схемы без отделителя жидкости используются в небольших фреоновых холодильных установках, а безнасосные схемы с нижним расположением отделителя жидкости характерны для сложных аммиачных установок с несколькими объектами охлаждения. Насосные схемы непосредственного охлаждения проектируются с двумя циркуляционными контурами холодильного агента с разной кратностью циркуляции; циркуляционный ресивер в данном варианте построения холодильной установки выполняет функцию отделителя жидкости. 

 

Также рекомендуем статьи:

Техническое перевооружение аммичной холодильной установки

Монтаж систем холодоснабжения

Принцип работы маслоотделителя холодильной установки

АНО ДПО «УКЦ «УНИВЕРСИТЕТ КЛИМАТА»

Общий вид моноблочной холодильной машины внутренней установки.

Рисунок 23

В данной принципиальной схеме холодильного центра применяются моноблочные холодильные машины, которые устанавливаются внутри отапливаемого помещения холодильного центра.

Для обдува конденсаторов холодильных машин наружным воздухом необходимо предусмотреть сеть воздуховодов

Наружный воздух забирается через воздухозаборную решётку и по сети теплоизолированных воздуховодов поступает непосредственно к воздушным конденсаторам холодильных машин. Нагреваясь в конденсаторах, тёплый воздух по сети воздуховодов через вытяжную решётку выбрасывается на улицу.

Для преодоления аэродинамического сопротивления при движении воздуха по воздушному в моноблочных холодильных машинах предусматривается установка центробежных вентиляторов, которые могут иметь различные варианты конфигурации.

Варианты конфигурации установки центробежных вентиляторов в холодильной машине внутренней установки.

Аэродинамическое сопротивление воздушного тракта складывается:

• из аэродинамического сопротивления воздушного конденсатора, который входит в состав холодильной машины;
• из потерь давления на трение воздуха о внутренние поверхности воздуховодов;
• из потерь давления на преодоление местных сопротивлений. К местным сопротивлениям относятся:
  • фасонные части воздуховодов,
  • решётка на заборе наружного воздуха,
  • вытяжная решётка на выбросе тёплого воздуха на улицу,
  • воздушные клапаны и регулирующие дроссель — клапаны на сети воздуховодов.

Достоинства одноконтурной принципиальной схемы холодильных центров с моноблочными холодильными машинами внутренней установки при сравнении с другими принципиальными схемами холодильных центров приведённых в данном курсе заключаются в следующем:

• необходимостью установки только одной группы циркуляционных насосов;
• экономическая составляющая — сравнительно небольшая стоимость гидравлической трубопроводной системы.

Недостатки:

• для установки оборудования и прокладки воздуховодов в холодильном центре требуется сравнительно большая площадь и значительная высота;
• ограниченный напор центробежных вентиляторов холодильных машин;
• дополнительная электрическая мощность на потребление электродвигателями центробежными вентиляторами;
• необходимо предусмотреть определённые мероприятия для запуска холодильных машин в холодный период года;
• экономическая составляющая — дополнительные капитальные вложения на сеть воздуховодов.