3.3. Классификация и основные элементы приборов автоматики
По назначению приборы автоматики можно разделить на четыре основные группы: регулирования, защиты, контроля, сигнализации.
Приборы автоматического регулирования обеспечивают включение или выключение холодильной установки и отдельных ее аппаратов, а также управляют процессами работы. В холодильных установкахподвижногосоставаприборырегулированияосуществляют следующие функции:
правильно заполняют испаритель хладагентом (терморегулирующие вентили и др.);
поддерживаюттемпературувохлаждаемыхпомещенияхвзаданных интервалах (термостаты, дуостаты);
регулируютдавлениевконденсаторевзаданноминтервале(прессостаты);
обеспечиваютсвоевременноеоттаиваниеинеясиспарителя(прессостаты, программные реле, термостаты);
открывают или прекращают подачу жидкого или парообразного хладагента (электромагнитные вентили, обратные клапаны);
ограничивают поступление хладагента в компрессор из испарителя (регуляторы давления всасывания).
Приборыавтоматическойзащитывыключаютвсюхолодильную установку или отдельные аппараты при наступлении опасных режимов работы:
при достижении предельно допустимого давления нагнетания (прессостаты);
при вакууме на стороне всасывания (прессостаты); припадениидавлениямаславсистемесмазкикомпрессора(реле
разности давлений); принизкойтемпературемаславкартерекомпрессора(термостаты) ;
при высокой температуре паров хладагента, сжатых в компрессоре (реле температуры);
приперегрузкеэлектродвигателяиликороткомзамыкании(тепловые реле, автоматические выключатели, плавкие предохранители).
Приборы автоматического контроля осуществляют измерения, а в некоторых случаях и записи определенных параметров работы холодильной установки, например температуры в охлаждаемом
202
помещении(термограф), расходаэлектроэнергии(электросчетчик), времени работы оборудования (счетчики моточасов) и др.
Приборы автоматической сигнализации включают световые или звуковые сигналы при достижении заданного значения контролируемой величины или при приближении к опасному режиму работы машины.
Приборыавтоматикисостоятизследующихосновныхчастей: чувствительного элемента (датчика), передающего механизма, регулирующего (рабочего) органа, устройства для настройки (задатчика).
Чувствительный элемент воспринимает контролируемую величину (температуру, давление, уровень жидкости и т.п.) и преобразует ее в удобный вид энергии для дистанционной передачи.
Передающий механизм соединяет чувствительный элемент с регулирующим (рабочим) органом.
Регулирующийоргандействуетпосигналучувствительногоэлемента. Вприборахдвухпозиционногодействия(реле) рабочийорган может занимать только два положения. Например, электрические контакты реле давления (прессостата) или реле температуры (термостата) могут быть замкнуты или разомкнуты, клапан электромагнитного вентиля — закрыт или открыт. В приборах плавного (пропорционального) действия каждому изменению регулируемой величины соответствует перемещение регулирующего органа (например, плавноеперемещениеклапанарегулирующеговентиляпри изменении тепловой нагрузки на испаритель).
Устройстводлянастройкиприбораустанавливаетзаданноезначениерегулируемойиликонтролируемойвеличины. Отклонениерегулируемой величины, не вызывающее перемещение регулирующего органа, называется зоной нечувствительности, или дифференциалом прибора.
Чувствительные элементы приборов давления выполняются в видесильфоновимембран. Сильфонпредставляетсобойтонкостенную гофрированную трубку. Изготавливают сильфоны из латуни, бронзы, нержавеющей стали. При изменении давления в сильфоне длина его может значительно изменяться.
Мембраныизготавливаютввидекруглыхэластичныхпластин, закрепленных по периметру. Мембраны могут быть упругие (металлические) имягкие(резиновые, пластмассовые, изпрорезиненныхтканей).
203
Рис. 3.6. Дилатометрические чувствительные элементы
Температурные чувствительные элементы выполняют в виде биметаллических пластин и термочувствительных систем с различными наполнителями. В элементах, основанных на расширении твердых тел при нагревании, температура преобразуется в механическое перемещение (дилатометрические элементы). Перемещение происходит за счет неодинаковых коэффициентов линейного расширения у различных металлов. На рис. 3.6 а, б показаны элементы с двумя металлическими деталями 1 и 2 из разного материала, на рис. 3.6 в, г — чувствительный элемент из биметалла, т.е. из двух слоев металлов, сваренных между собой.
В элементах с тепловым расширением жидкостей используется зависимость изменения объема жидкости от температуры. Датчики, заполненные ртутью (рис. 3.7, а, б), используются для преобразования температуры в электрический сигнал без промежуточной механической системы. Датчик на рис. 3.7, а имеет релейную характерис-
тику, на рис. 3.7, б — плавную. Применявшиеся ранее на рефрижераторных поездах ртутноконтактныедатчикитемпературыоказалисьнедостаточнонадежными, таккакиз-завибраций и толчков на ходу появлялись разрывы ртутного столба и нарушалась электрическая цепь. Кроме того, ртутно-контактные датчики рассчитаны на малую электрическую мощность сигнала.
Рис. 3.7. Жидкостные термочувствительные элементы
204
3.4. Регуляторы заполнения испарителя хладагентом
Испаритель работает наиболее эффективно, когда вся его теплопередающаяповерхностьомываетсякипящимхладагентом. Чтобы правильно заполнить испаритель, регулирующий вентиль должен подавать в единицу времени такое количество хладагента, какое успевает откачать компрессор за это же время. Если в испаритель подавать хладагента меньше, то в нем произойдут следующие явления: понизится уровень жидкости; увеличится перегрев паров на выходе, так как удлинится их путь и увеличится время соприкосновения с теплопередающей поверхностью; понизится давление, поскольку с уменьшением поверхности теплопередачи образуется меньше пара; повысится уровень жидкого хладагента в линейном ресивере. При чрезмерном открытии регулирующего вентиля в испарителе произойдут противоположные явления.
Автоматический регулятор может реагировать на любое из перечисленных явлений и воздействовать на регулирующий орган, увеличиваяилиуменьшаяподачухладагента. Взависимостиоттого, на какое из перечисленных явлений реагируют автоматические регулирующие вентили, они подразделяются на поплавковые (ПРВ), терморегулирующие (ТРВ), барорегулирующие (БРВ).
Впростейшиххолодильныхмашинахмалойхолодопроизводительностиприменяютдроссельныеустройства(шайбы, капиллярныетрубки) с постоянным поперечным сечением каналов. Их производительность зависит от разности давлений в конденсаторе и испарителе.
Вхолодильныхмашинах, имеющихвиспарителе определенный уровеньхладагента, чащеприменяют поплавковые регулирующие вентили или поплавковые реле уровня (ПРУ). В змеевиковых испарителях нет определенного уровня жидкого хладагента. Правильное заполнение такого испарителя обеспечивает терморегулирующий вентиль.
Барорегулирующиевентилиприменяютсявмалыххолодильных машинах для поддержания определенной температуры в охлаждаемом помещении, соответствующей отрегулированному давлению в испарителе. Основной недостатом БРВ — невозможность обеспечить правильное заполнение испарителя при переменной тепловой нагрузке, поэтому их применяют редко.
205