книги из ГПНТБ / Толшин В.И. Основы автоматики и автоматизации энергетических установок учебник

Системы автоматического регулирования

Регулирование температуры в охлаждаемом помещении (ка­ мере). Температура в охлаждаемом помещении или камере (с пи­ щевыми продуктами и т. п.) является одним из наиболее важных регулируемых параметров. Назначением холодильной установки является поддержание этой температуры в определенных пре­ делах.

Тр<

Т = C o n s t

Рис. 12.9. Схемы регулирования температуры при рассольном охлаждении

При рассольном охлаждении регулировать температуру можно различными способами:

— изменением коэффициента теплопередачи путем периоди­ ческого включения вентилятора от реле температуры РТ

(рис. 12.9, а);

— изменением количества подаваемого рассола плавным регу­ лированием с помощью пропорционального регулятора темпера­ туры ПРТ (рис. 12.9,6);

— двухпозиционным регулированием (рис. 12.9,б). В послед­ нем случае датчик температуры через реле РТ и промежуточ­ ное реле РП включает или выключает соленоидный вентиль СВ.

Имеется также способ регулирования путем изменения охлаж­ дающей поверхности.

При перечисленных способах регулирование температуры должно обеспечиваться постоянство температуры рассола Гр1 путем регулирования холодопроизводительности компрессоров.

При непосредственном охлаждении регулирование температуры

вкамерах производится также различными способами (рис. 12.10):

—изменением коэффициента теплопередачи периодическим включением вентилятора от реле температуры (рис. 12.10, а). При

381

этом способе регулирования предусмотрен регулятор — терморегулпрующий вентиль ТРВ, обеспечивающий постоянное заполнение испарителя. В случае отсутствия ТРВ уровень ХА в испарителе будет изменяться при работе п остановке вентилятора в недо­ пустимых пределах;

РВс=Const

— изменением подачи жидкости в испаритель с помощью про­ порционального регулятора температуры ПРТ (рис. 12.10,6);

При понижении температуры в камере клапан ПРТ прикрывается, что приводит к увеличению давления и температуры в испарителе и снижает его холодопроизводнтельность.

В приведенных схемах регулирования температуры давление во всасывающем коллекторе р вс поддерживается постоянным за счет регулирования холодопроизводительности компрессоров.

Регулирование заполнения испарителя холодильным агентом. Работа испарителя холодильной установки будет наиболее эффек­ тивной в том случае, когда, жидкий агент соприкасается со всей теплопередающей поверхностью. Уменьшение, так же как и повы­ шение, уровня ХА в испарителе приведет к ухудшению эффектив­ ности работы испарителя. Таким образом, САР заполнения испа­ рителя ХА служит для обеспечения эффективной работы испари­ теля.

Параметром, позволяющим наиболее точно судить об эффек­ тивности испарителя, является перегрев пара, который должен быть небольшим (не более 5—15°С). При отсутствии перегрева возникает опасность гидравлического удара в компрессоре. Вто­

382

рым показателем эффективности работы испарителя может яв­ ляться уровень ХА в испарителе. Выбор регулируемой величины (перегрева всасываемого пара или уровня) зависит от вида холо­ дильного агента и конструкции испарителя.

В фреоновых машинах с сухими испарителями, где осущест­ вляется подача жидкости сверху, а также с затопленными испа­ рителями, где осуществляется подвод жидкости снизу, регулиро­ вание заполнения испарителя осуществляется только по перегреву всасываемого пара, т. ё. по разности температуры всасываемого пара н кипения. Это объясняется тем, что уровень жидкости при бурном кипении нестабилен не только в первом, по №во втором случае.

В аммиачных установках, в которых уровень в испарителе с нижним подводом жидкости более стабилен, регулирование за­ полнения испарителя можно осуществлять не только по перегреву, но и по уровню.

На рис. 12.11 представлена схема регулятора подачи холодиль­ ного агента в испаритель по перегреву всасываемого пара. Такие

Как видно из рис. 12.11, жидкий холодильный агент (фреон-12) с давлением р к дросселируется через отверстие клапана 5 до дав­ ления кипения (например, до Л~ 1,86 бар, что соответствует тем­

пературе кипения —15°), которое поддерживается компрессором. Термобаллон Г и капиллярная трубка 8 заполнены насыщенным паром фреона-12 (для аммиачных ТРВ он заполнен фреоном-22, у которого зависимость давления от температуры аналогична та­ кой зависимости для аммиака). Давление в термочувствительном

383

баллоне, а следовательно и под мембраной, соответствует темпе­ ратуре того места (точка Б), где установлен термобаллон. Напри­ мер, при температуре перегретого пара фреона —10° С (перегрев пара 5°) давление равно 2,23 бар. В этом случае будет обеспечено такое открытие клапана, при котором перегрев будет поддержи­ ваться 5°.

Если температура перегрева превышает установленное значе­ ние, например вследствие уменьшения подачи жидкости в испа­ ритель, давление фреона под мембраной 7 увеличится. Мембрана через толкатели 6 опустит вниз иглодержатель 4 с иглой 5 и при­ откроет доступ жидкости в испаритель.

Установленное значение температуры перегрева может регу­ лироваться с помощью винта 1 и гайки 2, сжимающей пружину 3.

Терморегулирующие веитиЛп с внешним уравновешиванием (выравниванием) давления применяют на испарителях с большим (более 0,2 бар) гидравлическим сопротивлением, V. е. когда давле­ ние на выходе испарения меньше, чем на входе. Поэтому, чтобы ТРВ поддерживал необходимый перегрев, давление под мембрану следует подвести с выхода испарителя, где также установлен термочувствительный баллон. В противном случае (при использо­ вании ТРВ с внутренним выравниванием давления) вентиль будет регулировать подачу при слишком большом перегреве всасывае­ мого пара (в рассматриваемой схеме более 10° вместо 5°).

В испарителях с явновыраженным уровнем (особенно в амми­ ачных кожухотрубиых испарителях) параметром регулирования подачи является уровень заполнения, который косвенно влияет па поддержание основного параметра — перегрева всасываемого пара. Чувствительными элементами в регуляторах уровня служат датчики уровня различного типа (поплавковые, индуктивные, маг­ нитные, емкостные).

Заполнение охлаждаемых приборов жидкостью производится под действием столба жидкости из отделителя жидкости. Недо­ статком этого способа является зависимость температуры кипе­ ния от столба жидкости. Этого недостатка лишен способ заполне­ ния охлаждаемых приборов жидкостью с помощью насосов.

При регулировании температуры в камере путем изменения сте­ пени заполнения испарителя (см. рис. 12.10) специальный регуля­ тор заполнения испарителя не требуется.

В некоторых случаях обходятся без регулятора заполнения испарителя, используя свойство самовыравнивания испарителя при установке на входе специальной диафрагмы. С уменьшением уровня тепловая нагрузка и расход из испарителя будут умень­ шаться, что обеспечивает постоянство уровня в определенных пре­ делах. _

Регулирование холодопроизводительности компрессора. Регули­ рование холодопроизводительиости компрессора имеет целью обес­ печить необходимый отвод тепла от холодильного агента в соот­ ветствии с заданным температурным режимом в помещениях и

384

камерах. В качестве регулируемой величины при непосредствен­ ном охлаждении принимается давление во всасывающем коллек­

объема или перепуска части сжатых паров на сторону всасы­ вания) .

Широкое применение получил способ регулирования холодопроизводительности компрессора путем его пуска и остановки. Для облегчения пуска применяется отжим всасывающих клапаноз или другие способы.

Регулирование давления конденсации и расхода воды, охлаж­ дающей конденсатор. От'величины давления конденсации рк (и температуры конденсации tK) зависит экономичность работы установки. При уменьшении значения р к уменьшаются затраты энергии на компрессор, но вместе с тем увеличиваются затраты энергии на охлаждение конденсатора водой, от расхода которой зависят величины р к и tK. Поэтому назначением САР расхода охлаждающей воды на конденсатор является поддержание опти­ мального для каждой установки давления р к. Для этой цели используют регуляторы давления конденсации — водорегулирую­ щие вентили (ВРВ). Они представляют собой регуляторы прямого

установках применяют также системы автоматического удаления инея с охлаждающих приборов и регулирования влажности воз­ духа н охлаждаемом помещении, описание которых имеется, на­ пример, в работах [16, 3].

Аварийная защита и сигнализация

Системы управления холодильных установок обеспечивают вы­ полнение следующих операций аварийной' защиты и сигнализации:

— защиту от опасного давления нагнетания и от пониженного давления в испарителе. Увеличение давления на стороне нагнета­ ния может произойти вследствие уменьшения количества охлаж­ дающей воды или воздуха, переполнения конденсатора жидким холодильным агентом, а также загрязнения поверхностей тепло­ обмена, и привести к поломке компрессора. При снижении тепло­ вой нагрудки и нарушении регулирования температуры в камерах может недопустимо снизиться температура в объекте и замерзнуть вода или рассол в испарителе. Защита от повышения и понижения давления осуществляется с помощью реле давления, например РД (см. гл. 3), которые останавливают компрессор. Кроме того, на

стороне высокого давления могут устанавливаться предохрани­ тельные клапаны, перепускающие сжатые пары на сторону всасы­ вания, и реле расхода, останавливающие компрессор при пониже­ нии давления, уменьшении расхода охлаждающей воды и рассола;

—защиту от влажного хода, имеющую целью предотвратить гидравлические удары в компрессоре при переполнении испари­ теля; для этого используются датчики перегрева на всасывании и реле уровня в испарителе, отключающие компрессор;

—защиту компрессора от перегрева, от нарушения системы смазки;

—защиту от перегрева обмоток электродвигателей с помощью тепловых реле.

Применяют также автоматизацию вспомогательных операций: удаления инея, выпуска воздуха из системы и др.

Системы аварийной сигнализации предназначены для свето­ вой и звуковой сигнализации об аварии и фиксации причин ава­ рийной остановки компрессора.

Схема комплексной автоматизации холодильной установки

Система комплексной автоматизации холодильной установки включает системы регулирования и управления и обеспечивает, как отмечалось, повышение надежности и экономичности холо­ дильной установки, сокращение обслуживающего персонала.

Сложность системы автоматизации зависит от производитель­ ности и назначения холодильной установки. Наиболее простыми являются системы автоматизации установок малой производи­ тельности. Схема системы автоматизации фреоновой установки средней производительности (35 000—190 000 ккал/час) представ­ лена на рис. 12.12. Установка состоит из компрессорно-конденса­ торного и испарительно-регулирующего агрегатов, а также авто­ матических систем: управления пуском и остановом, регулирова­ ния, защиты и сигнализации (схема на рис. 12.12 упрощена).

Система автоматического регулирования обеспечивает:

— регулирование холодопроизводительности компрессора пу­ тем отключения цилиндров. Это достигается отжимом всасываю­ щих клапанов с электромагнитными приводами 8а и 86. Попарное отключение цилиндров компрессора позволяет получать значения холодопроизводительности 100; 75; 50 и 25% от номинальной. В качестве регулируемой величины принята температура рассола. Датчиком регулятора температуры Р служит термосопротивле­ ние 10;

—регулирование правильности заполнения испарителя по импульсу от температуры перегрева регулятором 11.

Система аварийной защиты и сигнализации обеспечивает за­ щиту (остановку) компрессора:

—от повышения давления нагнетания сверх нормы и пониже­ ния давления всасывания ниже допустимого регулятором 12;

386

—от нарушения режима смазки компрессора регулятором /,?;

—от понижения температуры теплоносителя ниже допустимой регулятором 14\

—от перегрузки электродвигателя — тепловым реле, встроен­ ным в магнитный пускатель 16.

Для быстрого определения и устранения неисправностей имеется аварийная сигнализация с расшифровкой и запоминанием причины, вызвавшей аварийное отключение.

§12.5. Автоматизация компрессорных установок

Системы автоматизации компрессорных установок обеспечи­ вают:

а) автоматическое регулирование производительности компрес­ сорной станции или давления воздуха в баллонах сжатого воз­

компрессоров; в) автоматический контроль работы компрессора, аварийную

сигнализацию и защиту при отклонении контролируемых парамет­ ров от заданных значений на предельно допустимые величины;

г) автоматическое обслуживание компрессорной станции во время работы: автоматическая продувка, добавка масла в лубри­ каторы и т. п.

Схема и элементы автоматизации компрессоров в значитель­ ной степени определяются назначением компрессоров. Ниже в ка­ честве примера рассматривается автоматизированный электроком­ прессор с довольно сложной системой автоматизации.

Система автоматизации компрессорной установки ЭК2-150/2 обеспечивает:

1) автоматическое регулирование давления воздуха в балло­ нах независимо от его расхода;

2)автоматическую продувку сепараторов ступеней компрессо­

ров;

3)автоматизацию операций пуска компрессоров;

4)аварийно-предупредительную сигнализацию, а также защиту компрессоров по перегреву и понижению давления охлаждающей воды;

5)дистанционный контроль за работой компрессорной уста­

новки.

Системы автоматизации продувки и управления пуском выпол­ нены пневмоэлектрич'ескими. На рис. 12.13 представлена принци­ пиальная схема пневмоавтоматики компрессора ЭК2-150/2.

Сжатый до давления 150 кгс/см2 воздух через фильтр 1, редук­ ционный клапан 2 и дополнительную емкость 3 подводится к элек­ тромагнитным клапанам 5, которые управляют продувочными устройствами 7 и автоматическим устройством охлаждения 4. Про­ дувочные устройства предназначены для: а) разгрузки компрессо-

388