Розділ 1. Регулювання температури в об’єкті охолодження

Завдання автоматизації холодильної установки можна розглядати як основне і допоміжне.

Основним завданням є підтримання заданої температури в об’єкті охолодження або температури холодоагенту.

До допоміжних завдань автоматизації відносять живлення випарників рідким холодоагентом, підтримання тиску конденсації тощо.

1. Регулювання температури в одному об’єкті охолодження

Холодильна машина підтримує задану температуру в одному об’єкті: шафі, прилавку, камері або у випарнику, у якому теплота відводиться від охолоджуваного середовища до холодоагенту. Температура тримається постійною, якщо холодопродуктивність компресора дорівнює тепло притоку в об’єкт(навантаження). Якщо>, то температура в об’єктізнижується і може порушитися технологічний режим зберігання продукції (перемерзання і погіршення її якості) і збільшуються затрати електроенергії.

В камерах довгострокового зберігання продуктів відхилення температури від заданого значення не повинно перевищувати , а для короткострокового зберігання.

Щоб регулювати , тобто підтримувати її в заданих межах, потрібно мати можливість змінювати холодопродуктивність машини.

1. Статична характеристика холодильної машини

Розглянемо найпростішу установку (рис.1), яка складається із об’єкта охолодження випарника ,розміщеного в об’єкті, компресора , конденсатораі регулювального вентиля. Нехай установка призначається для підтримання в об’єкті температури. На об’єкт діє зовнішній чинник – температураоточуючого середовища.

Рис. 1. Схема найпростішої холодильної установки.

, - температури оточуючого середовища і в об’єкті;

; - величина, що характеризує теплопередачу через огорожу об’єкта;-

коефіцієнт теплопередачі через огорожу; - площа об’єкта;

- температура кипіння у випарнику;

; - величина, що характеризує теплопередачу через стінки випарника до

об’єкта; - коефіцієнт теплопередачі через огорожу випарника;- площа випарника;

- витрата холодоагенту;

- витрата охолоджуючого середовища (води);

- температура води або повітря;

- температура конденсації;

; - величина, що характеризує теплопередачу через огорожу

конденсатора.

Як видно із схеми, режим роботи холодильної установки (ХУ) характеризується значною кількістю термодинамічних і конструктивних параметрів і температури холодоагенту в різних точках, температурою охолоджуючого середовища, витратами середовищ, розмірами і параметрами тепло передавальних поверхонь.

Для простоти домовимося, що теплопередача через стінку випарника і температура конденсації. Обидві умови легко реалізуються на практиці: перша – шляхом застосування автоматичних регулювальних вентилів, що змінюють витрату холодоагентуі забезпечують постійне заповнення випарника, друга – за допомогою автоматичного регулятора, який змінює витрату охолоджуючого середовищаі підтримуєприблизно постійною.

Тепловий стан об’єкта в усталеному процесі описується системою із трьох рівнянь:

(1)

(2)

, (3)

де і- кількість теплоти, яка проходить за одиницю часу відповідно через

огорожі об’єкта та тепло передавальну поверхню випарника;

- холодопродуктивність компресора.

Рівняння (3) являє собою характеристику компресора, яка одержується як правило експериментальним шляхом.

Потрібно відзначити, що в установленому режимі:

(4)

З’ясуємо, які значення буде приймати температура за різних значеньі безперервно працюючому компресорі. Для цього побудуємо три сумісні графіки (рис.2):

Рис. 2. Побудова сумісних графіків статичних характеристик холодильної

установки.

На графіку I сумістимо характеристики компресора і випарника(остання побудова для 3-х значень температури в об’єкті,і). Точки,іє робочими для вибраних значень.

На графіку II побудуємо характеристику за рівнянням (1) для тих самих значень.

Виходячи із умов усталеного режиму (4), можна стверджувати, що точки ,ітакож відповідають тим самим трьом усталеним режимам. З’єднавши ці точки плавною кривою, одержимо статичну характеристику ХУ, яка дозволяє визначити фактичне теплове навантаження на об’єкт за різних значень зовнішньої температури.

Графік III є допоміжним. Для значень ,іі навантажень,ізнайдені точки,і, які належать статичній характеристиці установки у вигляді.

Приклад. Нехай зовнішня температура буде . Необхідно визначити відповідні температури в об’єкті і кипіння, а також фактичне теплове навантаження. На графікуза значеннямзнаходимо робочу точку, яка відповідає навантаженням, температурам в об’єкті(див. графік) і кипіння(див. графік). Якщозмінюється віддо, тобуде в межах, то- в межах, а навантаження – віддо.

Із викладеного можна зробити такі висновки. ХУ являє собою об’єкт із самовирівнюванням. Це означає, що кожному значенню навантаження, у даному випадку , відповідає визначений зрівноважений стан, що характеризується деяким набором параметрів. Причому у достатньо широких межах зміни навантаження ХУ зберігає працездатність. Якщо зміниє допустимими з точки зору технологічних вимог, то така ХУ в принципі не потребує регулювання.

Описані статичні характеристики дозволяють оцінити вплив навантаження на вихідну величину, і прийняти рішення щодо необхідності регулювання (ручного, автоматичного, позиційного чи аналогового).