книги из ГПНТБ / Цейтлин Ю.А. Установки для кондиционирования воздуха в шахтах [Текст] 1974. - 166 с

12. Схемы ПКХУ и их нормальная эксплуатация

Схема ПКХУ зависит от вида хладагента, мощности, нали­ чия промежуточного холодоносителя и т. п.

На рис. 41 показана схема холодильного агрегата МФ-350,

ОФ-50 4, фильтра 5, испари­ теля ИТР-210 6, теплооб­ менника (переоXладителя) ТФ-15 7, терморегулирую­ щих вентилей ТРВ-І60Ф 8. Трубопроводы, по которым движутся пары хладагента, показаны двойной сплошной

линией, трубопроводы жидкого хладагента — сплошной линией, вспомогательные линии — пунктиром.

Пар хладагента, выходящий из теплообменника'7, засасы­ вается компрессором и сжимается до давления конденсации. Сжатый перегретый пар поступает по трубопроводу через за­ порный вентиль / в межтрубное пространство конденсатора 2, по трубам которого циркулирует охлаждающая вода. Сконден­

закрыты. Если линейный ресивер 3 включен в рабочую линию,

80

иовкой проходит в испаритель через терморегулирующие вен­ тили 8 (автоматическое регулирование) или через ручной ре­ гулирующий вентиль 10. Жидкий фреон, направляемый в тепло­ обменник, после переохлаждения дросселируется в ручном ре­ гулирующем вентиле 11. Соленоидные вентили 12 служат для автоматического отключения соответствующих линий после остановки двигателя компрессора. При работе холодильной установки контролируется давление в конденсаторе и испари­ теле. Кроме того, для предотвращения замерзания воды при использовании ее в качестве холодоносителя установлено спе­ циальное термореле ТРДК-3, выключающее двигатель компрес­ сора при опасном снижении температуры воды.

На рнс. 42 показана схема фреоновой турбокомпрессорпон холодильной установки ХТМФ-248-4000, используемой при кон­ диционировании воздуха на шахтах. Холодильная мощность установки 4000 квт при температуре конденсации +35°С и температуре кипения —5° С.

Установка состоит из центробежного двухступенчатого иеохлаждаемого компрессора ТК-2-1, соединенного через мульти­ пликатор с синхронным электродвигателем СТМ-1500-2; двух параллельно соединенных конденсаторов К.ТР-600Б; поплав­ кового бака и испарителя ИТР-1800.

Пары фреона из испарителя засасываются турбокомпрессо­ ром, где они сжимаются до давления конденсации. После сжа­ тия пар направляется в конденсатор и сконденсировавшийся хладагент сливается в поплавковый бак. Для повышения эф­ фективности работы применяется двухступенчатое дросселиро­ вание: сначала жидкий хладагент дросселируется в регулирую­ щем вентиле высокого давления до давления, создаваемого первой ступенью компрессора. Образовавшийся при дроссели­ ровании пар отсасывается второй ступенью компрессора, а жидкий хладагент дросселируется в регулирующем вентиле низкого давления до давления р„ и направляется в испаритель. Установка снабжается вспомогательным поршневым компрес­ сорным холодильным агрегатом АК-ФУ-40-1 (на схеме не пока­ зан), который предназначен для отсасывания парообразного фреона из испарителя основного агрегата (при необходимости уменьшения количества циркулирующего в системе хладагента пли полной эвакуации хладагента из системы) и зарядки или добавления фреона в систему из линейного ресивера. Вспомо­ гательный агрегат предназначен также для охлаждения хлад­ агента в контуре основной установки перед ее пуском.

В установке предусмотрено автоматическое устройство, под­ держивающее температуру хладоносителя постоянной. Регули­ рование мощности установки осуществляется направляющим аппаратом, установленным на входе в первую ступень компрес­ сора. Направляющий аппарат с поворотными лопатками позво­ ляет плавно регулировать холодильную мощность установки от

S 1

50 до 100% номинальной. Установки ХТМФ-248-4000 исполь­ зуются на поверхностных холодильных станциях некоторых шахт Центрального района Донбасса.

Основная задача нормальной эксплуатации ПКХУ состоит в обеспечении падежной, безопасной и экономичной работы уста­ новки в заданном режиме.

Главными условиями, способствующими нормальной эксплу­ атации холодильной установки, являются: высокое качество про­ ектирования и монтажа установки; надежность и экономичность установленного оборудования; высокая квалификация обслужи­ вающего персонала.

Работу установки можно разделить на три основных перио­ да: пуск, нормальная работа и останов. Рассмотрим вопросы нормальной эксплуатации установок во время каждого из пере­ численных периодов.

Пу с к п а р о к о м и р е с с о р н о й х о л о д и л ь н о й у с т а- II о в к и. Рассмотрим текущий пуск установки после технологи­ ческой паузы в ее работе. Первоначальный пуск установки после

еемонтажа или ремонта имеет ряд специфических особенностей

ирассматривается в L28],

Перед пуском установку осматривают' для выяснения ис­ правности ее узлов. Перед пуском установки рекомендуется про­ вернуть вручную на один-два оборота компрессоры, насосы и вентиляторы, имеющиеся в установке.

У поршневых агрегатов проверяют количество масла в кар­ тере компрессора (по масломерному стеклу). Затем подготав­ ливают установку к пуску, для этого открывают вентили на жидкостных и паровых трубопроводах, идущих к охлаждаемым

it хладокосителя в испарителе. Разгружается двигатель комп­ рессора за счет включения байпаса, соединяющего нагнетатель­ ный трубопровод со всасывающим, или отжима всасывающих клапанов.

После выполнения указанных операций запускают электро­ двигатель и когда скорость вращения вала достигнет номиналь­ ной скорости, выключают байпас или регулятор производитель­ ности. Затем постепенно открывают вентиль на всасывающем трубопроводе компрессора и наблюдают за давлением и темпе­ ратурой пара, всасываемого компрессором. Если температура пара резко падает, то вентиль закрывают, а затем снова мед­ ленно открывают, так чтобы температура всасываемого пара менялась постепенно. Если пуск агрегата производится после длительной остановки и в качестве хладагента используется фреон 12, то необходимо следить за тем, чтобы компрессор при пуске не работал длительное время с закрытым всасывающим

83

вентилем, так как в этом случае будет происходить отсасыва­ ние из картера растворенного во фреоне масла и унос его в систему. После того как всасывающий вентиль откроется на три — четыре оборота, открывают регулирующий вентиль и на­ страивают установку на нужный режим работы. Если при запу­ ске установки нет отклонений от нормальных Показателей, то оставляют ее в работе. Если же почему-либо давление хлад­ агента чрезмерно повышается, появляется стук в компрессоре или другие признаки ненормальной работы, установку необходи­ мо немедленно отключить, выяснить причины неисправности и устранить их.

При пуске турбокомпрессориого агрегата после продолжи­ тельного останова, когда имеет место «отепление» установки, т. е. когда температура и давление хладагента в испарительной системе и всасывающем трубопроводе повысились, возникает необходимость предварительного понижения давления в испа­ рителе для предотвращения перегрузки двигателя и резких из­ менений давления хладагента в системе. В этом случае снижают давление охлаждением хладагента в испарителе с помощью вспомогательного холодильного агрегата. Компрессор вспомога­ тельного агрегата засасывает хладагент из испарителя, сжи­ мает его и подает в конденсатор основной установки, откуда сжиженный хладагент перепускается через ресивер вспомога­ тельного агрегата в испаритель. Вспомогательный агрегат рабо­ тает до тех пор, пока давление в испарителе не будет близко к нормальному. Если холодильная установка состоит из несколь­ ких рабочих агрегатов, то охлаждение испарительной системы запускаемой машины может осуществляться за счет подачи в ее испаритель охлажденного холодоносителя из испарителя работающего агрегата.

Перед запуском двигателя турбокомпрессора включают пу­ сковой маслонасос, проверяют исправность антипомпажной за­ щиты, регулятор производительности устанавливают в положе­ ние, обеспечивающее минимальную нагрузку двигателя, после этого включают двигатель.

После достижения двигателем синхронной скорости враще­ ния отключается пусковой маслонасос (обычно это делается автоматически); медленно (в течение 10—15 мин) перекры­ вается байпасный вентиль, при этом давление в испарителе из­ меняется со скоростью около 0,1 бар/мин. Затем плавно откры­ вают задвижку на всасывании во вторую ступень турбокомпрес­ сора, следя при этом через смотровое стекло, чтобы поплавко­ вая камера высокого давления не переполнилась жидкостью.

Если после пуска не обнаружены ненормальности в работе агрегата (перегрузки двигателя, повышенная вибрация компрес­ сора и т. п.), переходят ко второму этапу обслуживания агре­ гата — нормальной эксплуатации.

Н о р м а л ь н а я р а б о т а ПКХУ. Обслуживание установки

8 4

при нормальном режиме ее эксплуатации сводится к обеспече­ нию безопасной работы всех машин и аппаратов, регулирова­ нию режима работы установки и наблюдению за показаниями :контрольно-измерителы-юй аппаратуры.

Одним из важнейших моментов при работе ПКХУ является ■поддержание оптимального режима ее работы в случае изме­ няющихся характеристик обслуживаемых объектов.

Оптимальный режим работы установки — режим, соответст­ вующий минимальным затратам на получение единицы холо­ дильной мощности установки при условии одновременного под­ держания параметров охлаждаемой среды в необходимых пре­ делах. Энергоемкость процесса охлаждения при использовании ПКХУ определяется в основном • температурами испарения и конденсации хладагента. Большое влияние на характеристики ПКХУ и на экономичность ее оказывают разности температур сред и изменение температуры каждой среды в теплообменных аппаратах.

При эксплуатации ПКХУ обслуживающему персоналу долж­ ны быть известны значения оптимальных температур испарения и конденсации, а также перегрева пара перед компрессором. •Отклонения от оптимального режима определяются сравнением фактических температур или температурных перепадов с опти­ мальными. Для устранения отклонений фактического режима работы установки от оптимального необходимо правильно опре­ делить причины таких отклонений. В основном при эксплуата­ ции ПКХУ наблюдаются следующие отклонения режима работы ■от расчетного: понижение температуры кипения хладагента в испарителях, повышение температуры конденсации в конденса­ торах, повышениё температуры пара после компрессора.

Понижение температуры кипения хладагента может быть ■следствием ухудшения качества испарителя чаше всего за счет ■снижения коэффициента теплопередачи аппарата. Причиной это­ го могут быть загрязнение маслом внутренних поверхностей ис­ парителя (в аммиачных установках) или скопление большого количества масла в аппарате (во фреоновых установках, при неудовлетворительной организации возврата масла в компрес­ сор); ухудшение теплообмена со стороны охлаждаемой среды за счет образования снеговой шубы (в испарителях непосредст­ венного охлаждения) или обмерзания труб (в испарителях, охлаждающих жидкости).

Для предотвращения снижения коэффициента теплопереда­ чи испарителя необходимо при эксплуатации аммиачных уста­ новок следить за работой маслоотделителей, а во фреоновых установках — за возвратом масла в компрессор. Кроме того, испарители непосредственного охлаждения должны регулярно ■освобождаться от инея. Систематически следует освобождать испаритель от хладагента и продувать его либо паром хлад­ агента, либо сжатым воздухом.4

85

Понижение температуры кипения может быть и следствием изменения характеристики нагрузки установки. В этом случае необходимо уменьшить холодопроизводнтелыюсть компрессора или изменить качество испарителя. Следует помнить, что пони­ жение температуры кипения только на 1°С уменьшает холодопронзводительность компрессора примерно на 4% и на столько же увеличивает удельный расход энергии [6]. Поэтому поддер­ жание оптимальной температуры кипения при эксплуатации ГІКХУ — один из важных путей снижения энергоемкости этих установок.

Повышение температуры конденсации приводит к снижению показателей работы и ухудшению условий эксплуатаціи} ПКХУ. В этом случае снижается холодильная мощность и увеличи­ вается удельный расход энергии установки. Повышение темпе­ ратуры конденсации па 1°С приводит к увеличению удельного расхода энергии на 2—2,5%. Причиной повышения температуры конденсации при работе ПКХУ могут быть снижение расхода или повышение температуры среды, охлаждающей конденса­ тор, и снижение качества конденсатора.

Уменьшение расхода охлаждающей среды может быть заме­ чено по увеличенному перепаду температуры ее в аппарате. Причиной уменьшения расхода охлаждающей среды может быть засорение труб и арматуры в контуре, по которому эта среда циркулирует, снижение производительности насосов пли вентиляторов, осуществляющих циркуляцию.

Повышение температуры среды (воды или воздуха), охлаж­ дающей конденсатор, может быть вызвано увеличением темпе­ ратуры атмосферного воздуха пли снижением производительно­ сти водоохлаждающпх устройств.

Если повышение температуры конденсации объясняется снижением качества аппарата, то обычно главной причиной этого является уменьшение коэффициента теплопередачи пли активной поверхности конденсатора.

Коэффициент теплопередачи может уменьшиться за счет: загрязнения поверхности труб, омываемых охлаждающей сре­ дой (отложение водяного камня, ила или пыли), образования масляной пленки на поверхностях, омываемых хладагентом,, ограниченно растворяющим масло (например, аммиаком), или повышенной концентрации масла в хладагенте, неограниченно-

свою очередь, быть следствием: отсутствия линейного ресивера,, служащего для сбора жидкого , хладагента, и использования части объема конденсатора для этой цели; переполнения систе­ мы хладагентом; неравномерного орошения поверхности аппа­ рата оросительного типа из-за засорения форсунок или по ка­ кой-либо другой причине.

8 6

Снижение коэффициента теплопередачи или активной по­ верхности теплообмена можно обнаружить по уменьшению пе­ репада температур охлаждающей конденсатор среды и увеличе­ нию температуры конденсации хладагента. Накопление воздуха в конденсаторе, кроме того, сопровождается повышением дав­ ления в аппарате и нарушением соответствия между этим дав­ лением и температурой конденсации (давление в конденсаторе -больше давления насыщения при температуре конденсации).

Повышение температуры пара после компрессора не всегда •свидетельствует о ненормальном режиме работы установки, од­ нако наблюдение за этой температурой при работе ПКХУ помо­ тает оценивать условия ее работы.

Повышение температуры пара после компрессора (по срав­ нению с нормальным значением этой величины) может быть вызвано чрезмерным перегревом пара перед компрессором (не­ достаточная подача хладагента в испаритель) или дефектами в работе компрессора (износ цилиндров, неплотность клапанов, недостаточная смазка цилиндров, ухудшение охлаждения).

В турбокомпрессорных установках одним из наиболее опас­ ных нарушений нормального режима работы является возник­ новение помпажа. Помпаж возникает в случае, если вследствие увеличения степени повышения давления компрессора (обычно из-за увеличения давления конденсации), она достигает крити­ ческого значения. Для предотвращения помпажа турбокомпрес­ соры снабжаются специальной системой антипомпажной защи­ ты, которая при приближении режима работы установки к кри­ тическому производит перепуск пара из нагнетательного во вса­ сывающий трубопровод, предотвращая дальнейшее повышение

.давления н возникновение помпажа.

Кроме отклонений от нормального режима, вызванных при­ чинами о которых говорилось выше, при работе ПКХУ могут иметь место нарушения, объясняющиеся большей частью меха­ ническими неисправностями некоторых узлов установки. К та­ ким нарушениям нормальной работы относятся: повышение тем­ пературы трущихся деталей, основной причиной которого яв­ ляется ненормальная работа системы смазки или неправильная сборка узлов компрессора; появление стуков в компрессоре из-за поломки деталей, увеличения зазоров между отдельными движущимися деталями, влажного хода компрессора; утечка хладагента вследствие разгерметизации системы.

Во всех перечисленных случаях установка должна быть оста­ новлена и повторный пуск ее допускается лишь после устране­ ния неполадок.

О с т а н о в ПКХУ. Различают кратковременный и длитель­ ный останов ПКХУ. Кратковременный останов вызван времен­ ным снижением нагрузки установки. Длительный останов вы­ зван длительным снижением нагрузки, необходимостью ремонта установки и другими причинами.

87

При кратковременном останове ПКХУ прекращается подача жидкого хладагента в испаритель, для чего закрывают вен­ тиль VI (см. рис. 41), затем закрывают регулирующие вентили, всасывающий вентиль XI, и компрессор останавливается. После этого прекращают подачу хладоносителей и воды, охлаждаю­ щей компрессор и конденсатор; закрывают нагнетательный вен­ тиль компрессора и останавливают двигатели вспомогательно­ го оборудования.

При длительном останове ПК.ХУ кроме перечисленных выше операции следует выпустить воду из охлаждаемых полостей и по возможности освободить от хладагента испаритель, а также связанные с ним трубопроводы и ресиверы.

13. Основы проектирования ПКХУ

Исходными данными при проектировании ПКХУ являются: необходимые температура охлаждаемой средьГи холодильная мощность установки (мощность установки берется из характе­ ристики охлаждаемого объекта); температура и вид среды, охлаждающей конденсатор.

Проектирование начинают с выбора хладагента и схемы установки. Если расстояние между холодильной установкой и охлаждаемым объектом невелико и подача хладагента к объек­ ту не противоречит условиям безопасной работы его, то прини­ мают схему непосредственного охлаждения. Если же охлаждае­ мый объект находится на значительном расстоянии от ПКХУ или подача хладагента к объекту недопустима но условиям без­ опасности (например, подача аммиака в подземные выработ­ ки), то принимают схему с использованием промежуточного хо­ лодоносителя.

После выбора схемы установки определяют характерные температуры хладагента в цикле:

температуру конденсации

8 8

Ata — разность между средней температурой охлаждае­ мой среды и температурой испарения, принимаемая

Таким образом, при использовании промежуточного холодо­ носителя разность между средней температурой охлаждаемого воздуха и температурой испарения составляет 11 —16°С.

Если в установке принят регенеративный теплообмен между паром и конденсатом, то принимается величина перегрева пара перед компрессором. Для установок кондиционирования возду­ ха, использующих фреон-12, перегрев принимается в пределах

В аммиачных установках регенеративный теплообмен из-за сни­ жения экономичности установки не используется, однако если имеется некоторое количество холодной воды, то ее можно ис­ пользовать для переохлаждения конденсата.

После определения температуры хладагента в характерных точках цикла по диаграммам или таблицам находим соответст­ вующие давления рк и рп. Нанося цикл на і—lg/7-диаграмму, определяем основные показатели работы установки. По форму­ ле (37) или (41) определяют удельную холодопроизводитель-

Полная нагрузка на конденсатор (тепловая мощность)

Теоретическая мощность и объемная производительность компрессора

где щ — удельный объем хладагента на входе в компрессор, определяемый по диаграмме, м3/кг.

1 Следует учитывать, что для определенных1условий существуют опти­ мальные значения разности температур сред в теплооб.менных аппаратах, которые могут быть определены из условия минимума приведенных годовых затрат на эксплуатацию установки.

89