Автоматическое управление холодильными установками. Принципы автоматизации холодильных установок

Автоматизация производственных процессов является важнейшим условием технического прогресса любой отрасли промышленности.

Цель автоматизации холодильных установок - замена ручного труда, точное поддержание заданных параметров, предотвращение аварий, увеличение срока службы оборудования, сокращение затрат, повышение культуры производства.

Эксплуатация автоматизированных холодильных установок обходится дешевле, так как отпадает необходимость в части обслуживающего персонала, занятого ручными операциями по пуску, регулированию и остановке холодильного оборудования, визуальному наблюдению за работой машин и аппаратов.

Устройства автоматизации могут выполнять как отдельные операции: контроль, сигнализация, включение и выключение исполнительных механизмов, так и совокупность этих операций: автоматическая защита и регулирование.

Любая операция, осуществляемая машинистом современных холодильных установок, поддается автоматизации. Однако не все операции целесообразно автоматизировать.

Автоматизация процессов регулирования и защиты необходима в тех случаях, когда эти процессы требуют затрат ручного труда и когда машинист не может обеспечить точное регулирование и надежную защиту. Очень важно также автоматизировать работы во вредных и взрывоопасных помещениях.

Абсорбционные и пароэжекторные холодильные машины ввиду отсутствия движущихся механизмов (кроме насосов) легче поддаются полной автоматизации, чем крупные компрессионные, которые требуют непрерывного наблюдения и квалифицированного обслуживания.

Крупные и средние холодильные установки снабжают частичной автоматизацией, при которой автоматически регулируется лишь часть процессов. Чаще такие холодильные установки работают на полуавтоматическом режиме, при котором остановка машины происходит автоматически, а пуск вручную.

Основными частями любой автоматической системы являются: измерительный (чувствительный) элемент, или датчик, воспринимающий изменение регулируемой величины; регулирующий орган, изменяющий по сигналу измерительного элемента подачу вещества или энергии в регулируемый объект, и передаточное устройство, соединяющее датчик с исполнительным механизмом. Измерительный элемент снабжен обычно приспособлением для настройки на заданное значение регулируемой величины.

Приборы автоматического управления должны включать или выключать компрессоры и насосы при изменениях нагрузки. Компрессорами управляют с помощью реле температуры, останавливающих компрессоры при понижении температуры рассола или давления в испарителях ниже заданного предела и включающих их при повышении температуры в испарителе. Иногда холодильные машины включают с помощью реле времени, которому задают время включения компрессора.

Приборы автоматического регулирования предназначены для поддержания заданных параметров работы холодильной установки: температуры, давления, уровня. Благодаря плавному регулированию холодопроизводительности можно поддерживать заданную температуру хладоносителя при понижении тепловой нагрузки. Достигается оно следующими путями:
установкой регуляторов давления «до себя», поддерживающих постоянное давление в испарителях и дросселирующих пары перед компрессором;
установкой регуляторов давления «после себя», перепускающих часть паров из нагнетательной линии во всасывающую. За счет этого часть паров, которая могла бы поступить в компрессор из испарителя, отсекается и холодопроизводительность установки падает;
подключением дополнительного вредного пространства в поршневом компрессоре, уменьшающего отсос паров хладагента из испарителя.

Регулирование подачи хладагента в испаритель преследует две цели: обеспечение безопасной работы компрессора, путем защиты его от гидравлического удара и уменьшение или увеличение холодопроизводительности установки.

Автоматическая сигнализация оповещает о изменениях режима, которые могут повлечь за собой срабатывание элементов автоматической защиты, и извещает о включении и выключении машин, магнитных вентилей, задвижек и приборов. Примером сигнального прибора служит дистанционный указатель уровня ДУ, соединяемый с исполнительными механизмами - соленоидными вентилями или звуковыми сигнальными устройствами - ревунами.

Автоматическая защита позволяет избегать опасных для холодильной машины последствий чрезмерного повышения давления нагнетания, понижения давления и температуры испарения, нарушений режима работы смазочных устройств и т. д.

Для защиты установок от аварийного режима в схемах автоматизации предусматривают приборы, отключающие холодильные агрегаты при резких нарушениях режима работы.

Вынос вторичных показаний приборов контроля и измерения (термометров, манометров, расходомеров, указателей уровня) на центральный щит, где расположена и регулирующая станция, позволяет управлять работой холодильной установки централизованно. Часть измерений записывают самопишущие приборы (термометры, манометры).

Комплексная автоматизация холодильной установки состоит в оснащении ее устройствами автоматического управления, регулирования и защиты, а также средствами контроля и сигнализации, обеспечивающими исправную работу этих устройств.

Контрольные вопросы
1. Что дает автоматизация холодильных установок?

2. Назовите основные элементы автоматизации.

3. Из каких элементов состоит система автоматического регулирования?

4. Расскажите об устройстве ТРВ,
170
5. Объясните конструкцию и принцип работы соленоидного вентиля.

6. Как работают мембранные пневматические клапаны?

7. Назовите способы регулирования холодопроизводительности.

8. Расскажите о работе реле давления.

9. Расскажите об устройстве РУКЦ.

10. Что вы знаете о водорегулирующем вентиле?

11. Перечислите способы защиты компрессора от опасности гидравлического удара.

12. Объясните устройство и принцип работы дистанционного указателя уровня.

13. Какие виды автоматической сигнализации вы знаете?

14. Проследите работу приборов автоматизации в схеме двухступенчатой холодильной установки.

15. Расскажите об особенностях автоматизации холодильных турбоагрегатов.

16. Расскажите о схемах автоматизации отдельных узлов аммиачных холодильных установок.

Страница 4 из 5

Система автоматизации представляет собой последовательное объединение при помощи трубопроводов всех элементов холодильной установки, обеспечивающее точное поддержание заданной температуры охлаждения, непрерывный контроль и защиту машины от аварий, а также надежность эксплуатации холодильного оборудования. В системе должна быть предусмотрена возможность простой регулировки температуры и экономичной эксплуатации установки. Схему системы автоматизации выбирают в зависимости от холодопроизводительности и назначения установки.

Применяют системы автоматизации холодильных машин с регулированием производительности посредством отжатия электромагнитных клапанов, а также включения и выключения холодильных агрегатов. На транспорте наиболее распространены системы автоматики, устроенные по второму принципу.

Устройство системы автоматического регулирования фреоновой машины обусловливается типом компрессора, испарителя и конденсатора, способом изменения холодопроизводительности, а также числом ступеней сжатия или каскадов охлаждения.

Характерная особенность автоматизации аммиачных холодильных установок - повышенные требования в отношении безопасности эксплуатации вследствие высокой токсичности аммиака, его взрывоопасности, а также опасности разрушения компрессоров от гидравлических ударов.

В вагонах рефрижераторного подвижного состава, вагонах-ресторанах, в пассажирских вагонах с кондиционированием воздуха для охлаждения шкафов и небольших камер краткосрочного хранения продуктов применяют следующие автоматизированные фреоновые холодильные агрегаты :

• компрессор-двигатель;
• компрессор-конденсатор;
• испаритель-регулирующая станция;
• испаритель-конденсатор;
• компрессор-конденсатор-испаритель.

Компрессоры этих агрегатов обычно вертикальные или V-образные, многоцилиндровые блок-картерные, с воздушным охлаждением цилиндров. Существуют также герметичные агрегаты, в которых компрессор вместе с электродвигателем помещен в герметичный кожух. К таким агрегатам относятся установки домашних холодильников.

Рис. 1 - Схема холодильника «ЗИЛ» Москва

Холодильник «ЗИЛ-Москва» оборудован компрессором (7) (рис. 1) с электродвигателем (5), конденсатором (1), испарителем (2), термостатом (5), капиллярной трубкой (4), фильтром (5), пусковым и силовым реле. Компрессор имеет штуцер (6) для зарядки хладоном-12. Работа агрегата регулируется с помощью термостата, который автоматически поддерживает заданную температуру в холодильном шкафу. Включение электродвигателя осуществляется пусковым реле, в одном корпусе с которым смонтировано тепловое реле, защищающее двигатель от перегрузки.

Вагоны-рестораны оборудованы фреоновыми установками ФРУ и ФАК для охлаждения холодильных шкафов и камер. Схема фреоновой ротационной установки (ФРУ) показана на (рис. 2), а установки с поршневым компрессором - на рисунке 3.

Рис. 2 - Схема фреоновой ротационной холодильной установки: 1 - испаритель; 2 - терморегулирующий вентиль; 3 - жидкостная линия; 4 - предохранители; 5 - всасывающая линия; 6 - реле давления; 7 - арматурный щиток; 8 - выключатели; 9 - штепсельная розетка; 10 - магнитный пускатель; 11 - нагнетательный вентиль; 12 - газовый фильтр; 13 - ротационный компрессор; 14 - воздушный конденсатор; 15 - электродвигатель; 16 - всасывающий патрубок; 17 - обратный клапан; 18 - фильтр для жидкости; 19 - ресивер; 20 и 21 - запорные вентили ресивера

Рис. 3 - Схема фреоновой холодильной машины ИФ-50: 1 - испарительная батарея; 2 - терморегулирующий вентиль; 3 - магнитный пускатель; 4 - чувствительный патрон терморегулирующего вентиля; 5 - теплообменник; 6 - реле давления; 7 - компрессорно-конденсаторный агрегат

Холодильное оборудование цельнометаллического вагона-ресторана состоит из трех автоматических компрессорно-конденсаторных агрегатов типа ФАК-0,9ВР, снабженных приводом от электродвигателей постоянного тока ПНФ-5 напряжением 50 В. Каждый агрегат охлаждает два ящика или шкафа, оборудованных испарительными батареями и аккумуляционными плитами. В вагоне имеется три подвагонных ящика для хранения рыбы, мяса и напитков. В раздаточном отделении установлен шкаф для хранения кондитерских изделий; холодильный шкаф, который размещен на кухне, служит для хранения гастрономических продуктов; рядом с ним расположен шкаф для холодных блюд.

В холодильных установках вагонов-ресторанов используются две системы охлаждения - с непосредственным кипением хладагента и аккумуляционная. Для охлаждения подвагонных ящиков и шкафов применены трубчатые испарители из медных труб с плоскими латунными ребрами, а также испарители из медных труб сечением 12×1 мм с ребрами из тонкой латунной ленты. В подвагонном ящике для напитков и шкафу для кондитерских изделий установлены аккумуляционные плиты. Они представляют собой сварные баки из нержавеющей стали, внутри которых размещены трубчатые пластинчатые испарители. Межтрубное пространство внутри баков залито водой, которая замерзает во время работы установки и аккумулирует холод.

Все ящики и шкафы оборудованы терморегулирующими вентилями. Цикличность работы холодильных агрегатов обеспечивает реле давления РД-1, которое автоматически воздействует на пусковую аппаратуру электродвигателей.

Рис. 4 - Схемы автоматизированных поршневых холодильных установок с несколькими охлаждаемыми объектами: а - при двухпозиционном регулировании; б - при обслуживании двух камер; в - при регулировании температуры с помощью терморегуляторов; 1 - компрессор; 2 - ресивер; 3 - конденсатор; 4 - испаритель; 5 - терморегулирующие вентили; 6 - реле давления; 7 - магнитный пускатель; 8 - электродвигатель; 9 - автоматический дроссель давления; 10 - обратный клапан; 11 - промежуточное реле; 12 - соленоидный вентиль; 13 - терморегулятор; 14 - водорегулирующий вентиль

Типовые схемы автоматизации компрессионных поршневых холодильных установок с несколькими охлаждаемыми объектами могут быть выполнены в различных вариантах. Схема автоматизации при двухпозиционном регулировании в одном или двух испарителях с одинаковой температурой охлаждения воздуха камеры (рис. 4, а) предусматривает применение реле температуры испарителя, камеры или реле низкого давления компрессора. При обслуживании одной холодильной машиной двух камер с различными температурами (рис. 4, б) используют автоматический дроссель давления (9) (АДД). Схема регулирования температуры с помощью терморегуляторов показана на рисунке 4, в.

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.

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

2. Регулирование температуры в охлаждаемом объекте

3. Регулирование давления хладагента

4. Реле контроля смазки

5. Регулирование холодопроизводительности

6. Регулирование давления конденсации

7. Регуляторы давления испарения.

8. Регуляторы производительности.

9. Пусковые регуляторы.

10. Соленоидные вентили и клапаны обратимости цикла

11. Автоматическое оттаивание испарителей.

12. Микропроцессорные приборы управления для холодильных установок.

13. Схемы автоматизации торгового холодильного оборудования.

1. Системы автоматического регулирования

Для обеспечения нормальной работы холодильной установки необходимо поддерживать в определенных пределах или регули­ровать в соответствии с заданной программой значения целого ряда физических величин или параметров, основными из кото­рых являются:

1. Температура в охлаждаемом объеме.

2. Оптимальное заполнение испарителя хладагентом.

3. Давления кипения и кон­денсации хладагента.

4. Производительность компрессора.

Автоматическое регулирование холодильной машины позво­ляет обеспечить точность поддержания заданных параметров. В ре­зультате поддержания оптимального режима эксплуатации холо­дильного оборудования сокращаются потери пищевых продуктов в холодильной камере, сохраняется их качество, снижаются экс­плуатационные затраты, увеличивается срок службы холодильных установок.

Автоматизация процессов регулирования, защиты и сигнализации. Автоматизация холодильной установки включает автоматизацию процессов сигнализации, защиты и регулирования.

Регулирование - это процесс поддержания значения па­раметра (температуры, давления и т.п.), называемого регулируе­мым, постоянным либо в заданных пределах. Процесс поддержа­ния постоянной температуры в охлаждаемом помещении называется регулированием температуры. Соответственно сама тем­пература будет регулируемым параметром. Система автоматичес­кого регулирования обеспечивает поддержание регулируемого параметра (температуры, давления или уровня) в заданных пре­делах.

Она включает в себя объект регулирования, автомати­ческий регулятор, регулирующий орган, а также связи между ними (рис. 12.1).

Рис. 12.1. Структурная схема системы автоматического регулирования

Объект регулирования - это помещение, емкость, система или механизм, в которых регулируется протекающий процесс, т.е. под­держивается постоянное значение регулируемого параметра. Так, при регулировании температуры в охлаждаемом помещении объек­том регулирования будет само помещение.

Автоматический регулятор - контролирует заданный процесс в объекте регулирования и управляет работой регулирующего орга­на в соответствии с задачей регулирования.

Регулирующий орган (клапан, механизм) служит для измене­ния расхода вещества (хладагента, воздуха, рассола), подводимо­го к объекту регулирования.

Система автоматического регулирования работает следующим образом. Автоматический регулятор постоянно замеряет значение регулируемого параметра и сравнивает его с заданным. При от­клонении регулируемого параметра от заданного значения авто­матический регулятор через регулирующий орган изменяет рас­ход подводимого вещества таким образом, чтобы регулируемый параметр вернулся в исходное состояние. Например, увеличение тепловой нагрузки в охлаждаемом помещении вызовет в нем рост температуры. Автоматический регулятор, определив значение и знак отклонения регулируемой температуры от заданной, даст управляющий сигнал на регулирующий орган. Он увеличивает отвод теплоты из помещения, и его температура вернется к заданному значению.

Системы автоматической защиты - устраняют возможность ава­рий при внезапном изменении режима работы агрегата. При дос­тижении предельного значения контролируемого параметра авто­матический регулятор через регулирующий орган либо выключа­ет контролируемый агрегат, либо ограничивает рост параметра во избежание разрушения механизма.

Системы автоматической сигнализации в зави­симости от назначения делятся на две группы:

1. Системы аварийно-предупредительной сигнализации.

2. Системы сигнализации рабо­тающих механизмов.

Система аварийно-предупредительной сигнализации - при дости­жении контролируемым параметром предельного значения выда­ет световой или звуковой сигнал. Обслуживающий персонал из­меняет опасный режим работы механизма, воздействуя на регу­лирующий орган.

Система сигнализации работающих механизмов - дает световую индикацию на пульте управления о включении в работу наиболее важных механизмов.

Приборы автоматического регулирования и контроля процес­сов, протекающих при работе холодильной установки, предназ­начены для обеспечения безопасной эксплуатации установки и повышения эффективности ее работы. Экономичность эксплуата­ции повышается главным образом за счет уменьшения затрат тру­да на обслуживание холодильной установки и повышения произ­водительности труда персонала. Использование приборов автоматики и защиты позволяет решить главную задачу - поддержание заданной температуры охлаждаемого объекта. К за­дачам автоматизации процессов установки относят также поддер­жание определенного уровня жидкого хладагента в аппаратах и постоянной температуры конденсации; обеспечение защиты от гидравлического удара, перегрева отдельных частей установки, взрыва аппаратов, замерзания хладоносителя, срыва работы насоса.

Задачей обслуживающего персонала является грамотное тех­ническое обслуживание приборов, входящих в состав схемы, и периодическая проверка их исправности: защитных реле уровня - один раз в 10 дней, других приборов автоматики - один раз в месяц. Среди приборов автоматики наибольшее применение на­ходят реле температуры, давления и разности давлений, регуля­торы уровня и реле уровня с исполнительными механизмами, терморегулирующие вентили, реле протока и расхода. Настройка этих приборов, как правило, производится при пусконаладочных работах. Современные торговые хладоновые холодильные маши­ны оснащены рядом приборов, полностью или частично автома­тизирующих рабочие процессы. Применяются различные схемы автоматизации. При полной автоматизации отпадает необходимость в систематическом контроле за работой холодильной машины, и обслуживающий персонал осуществляет лишь периодическое наблюдение, проверяя исправность оборудования и устраняя воз­никшие технические неполадки.

Широко используемые в торговле хладоновые холодильные машины с непосредственной системой охлаждения, как прави­ло, полностью автоматизированы.

Применение средств автоматизации делает работу холодиль­ных машин более производительной, экономически выгодной и безопасной.

Автоматизация холодильных установок предполагает оснаще­ние их автоматическими устройствами (приборами и средствами автоматизации), с помощью которых обеспечиваются безопасная работа и проведение производственного процесса или отдельных операций без непосредственного участия обслуживающего персо­нала или с частичным его участием.

Объекты автоматизации совместно с автоматическими устрой­ствами образуют системы автоматизации с различными функция­ми: контроля, сигнализации, защиты, регулирования и управле­ния. Автоматизация повышает экономическую эффективность ра­боты холодильных установок, так как уменьшается численность обслуживающего персонала, снижается расход электроэнергии, воды и других материалов, увеличивается срок службы установок вследствие поддержания автоматическими устройствами оптималь­ного режима их работы. Автоматизация требует капитальных зат­рат, поэтому проводить ее надо, основываясь на результатах тех­нико-экономического анализа.

Холодильную установку можно автоматизировать частично, полностью или комплексно.

Частичная автоматизация предусматривает обязательную для всех холодильных установок автоматическую защиту, а также кон­троль, сигнализацию и нередко управление. Обслуживающий пер­сонал регулирует основные параметры (температура и влажность воздуха в камерах, температура кипения и конденсации холодиль­ного агента и т.д.) при отклонении их от заданных значений и нарушении работы оборудования, о чем информируют системы контроля и сигнализации, а некоторые вспомогательные периоди­ческие процессы (оттаивание инея с поверхности охлаждающих приборов, удаление масла из системы) выполняются вручную.

Полная автоматизация охватывает все процессы, связанные с поддержанием требуемых параметров в охлаждаемых помещениях и элементах холодильной установки. Обслуживающий персонал может присутствовать лишь периодически. Полностью автомати­зируют небольшие по мощности холодильные установки, безот­казные и долговечные.

Для крупных промышленных холодильных установок более ха­рактерна комплексная автоматизация (автоматические контроль, сигнализация, защита).

Автоматический контроль обеспечивает дистанционное измерение, а иногда и запись параметров, определяющих режим работы оборудования.

Автоматическая сигнализация - извещение с помощью звукового или светового сигнала о достижении заданных величин, тех или иных параметров, включении или выключении элементов, холодильной установки. Автоматическую сигнализацию подразделяют на технологическую, предупредительную и аварийную.

Технологическая сигнализация - световая, информирует о ра­боте компрессоров, насосов, вентиляторов, наличии напряжения в электрических цепях.

Предупредительная сигнализация на защитных, циркуляционных ресиверах сообщает, что величина контролируемого парамет­ра приближается к предельно допустимому значению.

Аварийная сигнализация световым и звуковым сигналами извещает о том, что сработала автоматическая защита.

Автоматическая защита, обеспечивающая безопасность обслуживающего персонала, обязательна для любого производства. Она предотвращает возникновение аварийных ситуаций, выключая отдельные элементы или установку в целом, когда контролируе­мый параметр достигает предельно допустимого значения.

Надежную защиту в случае возникновения опасной ситуации должна обеспечивать система автоматической защиты (САЗ). В простейшем варианте САЗ состоит из датчика-реле (реле защиты), контролирующего величину параметра и вырабатывающего сигнал при достижении ее предельного значения, и устройства, преобразующего сигнал реле защиты в сигнал остановки, который направляется в систему управления.

На холодильных установках большой мощности САЗ выполняют так, чтобы после срабатывания реле защиты автоматический пуск отказавшего элемента без устранения вызвавшей остановку причины был невозможен. На небольших холодильных установ­ках, например на предприятиях торговли, где авария не может привести к тяжелым последствиям, нет постоянного обслуживания, объект включается автоматически, если величина контролирусмоге параметра возвращается в допустимую область.

Наибольшее число видов защиты имеют компрессоры, посколь­ку по опыту эксплуатации 75 % всех аварий на холодильных установках происходят именно с ними.

Число параметров, контролируемых САЗ, зависит от типа, мощности компрессора и вида холодильного агента.

Виды защиты компрессоров:

от недопустимого повышения давления нагнетания - пре­дотвращает нарушение плотности соединений или разрушение элементов;

недопустимого понижения давления всасывания - предотвра­щает повышение нагрузки на сальник компрессора, вспенивание масла в картере, замерзание хладоносителя в испарителе (реле высокого и низкого давления, оснащают практически все комп­рессоры);

уменьшения разности давлений (до и после насоса) в масля­ной системе - предотвращает аварийный износ трущихся дета­лей и заклинивание механизма движения компрессора, реле раз­ности давлений контролирует разность давлений на стороне на­гнетания и всасывания масляного насоса;

недопустимого повышения температуры нагнетания - предот­вращает нарушение режима смазки цилиндра и аварийный износ трущихся деталей;

повышения температуры обмоток встроенного электродвига­теля герметичных и бессальниковых хладоновых компрессоров - предотвращает перегрев обмоток, заклинивание ротора и работу на двух фазах;

гидравлического удара (попадание жидкого холодильного агента в полость сжатия) - предотвращает серьезную аварию поршневого компрессора: нарушение плотности, а иногда и разрушение.

Виды защиты других элементов холодильной установки:

от замерзания хладоносителя - предотвращает разрыв труб ис­парителя;

переполнения линейного ресивера - предохраняет от сниже­ния эффективности конденсатора в результате заполнения части его объема жидким холодильным агентом;

опорожнения линейного ресивера - предотвращает прорыв газа высокого давления в испарительную систему и опасность гидрав­лического удара.

Предотвращение аварийной ситуации обеспечивает защита от недопустимой концентрации аммиака в помещении, что может вызвать пожар и взрыв. Концентрация аммиака (максимум 1,5 г/м 3 , или 0,021 % по объему) в воздухе контролируется газоанализатором.