Трубки холодильного контура
Применение трубок в холодильном контуре
Главные элементы холодильного контура - компрессор, конденсатор, испаритель и регулятор потока - соединены между собой металлическими трубками, по которым перемещается хладагент. Линии переноса хладагента делятся на три группы:
- Линии нагнетания, по которым хладагент в газообразном состоянии под высоким давлением проходит от компрессора к конденсатору.
- Жидкостные линии, по которым жидкий хладагент проходит от конденсатора к испарителю.
- Линии всасывания, по которым хладагент в газообразном состоянии под низким давлением проходит от испарителя к компрессору.
Для максимальной эффективности работы холодильного контура важно правильно подобрать трубки и смонтировать их. При выборе трубок нужно учитывать приведенные ниже факторы.
Потери давления в трубках холодильного контура
Потери давления хладагента в трубках холодильного контура снижают эффективность работы холодильной машины, уменьшая ее холодо- и теплопроизводительность. Поэтому нужно стремиться к уменьшению потерь давления в трубках.
Поскольку температура кипения и конденсации зависит от давления (практически линейно), потери давления часто оценивают потерями температуры конденсации или кипения в °С.
- Пример: для хладагента R-22 при температуре испарения +5°С давление равно 584 кПа. При потере давления, равной 18 кПа, температура кипения снизится на 1°С.
Потери в линии всасывания
При потере давления на линии всасывания компрессор работает при меньшем входном давлении, чем давление испарения в испарителе холодильной машины. Из-за этого снижается расход хладагента, проходящего через компрессор, и уменьшается холодопроизводительность кондиционера. Потери давления в линии всасывания наиболее критичны для работы холодильной машины. При потерях, эквивалентных 1°С, производительность снижается на целых 4.5%!
Потери в линии нагнетания
При потере давления на линии нагнетания компрессору приходится работать с более высоким давлением, чем давление конденсации. При этом производительность компрессора тоже снижается. При потерях в линии нагнетания, эквивалентных 1°С, производительность снижается на 1.5%.
Потери в жидкостной линии
Потери давления в жидкостной линии слабо влияют на холодопроизводительность кондиционера. Зато они вызывают опасность закипания хладагента. Это происходит по следующим причинам:
1. из-за уменьшения давления в трубке может оказаться, что температура хладагента будет выше, чем температура конденсации при этом давлении.
2. хладагент нагревается из-за трения о стенки труб, поскольку механическая энергия его движения переходит в тепловую.
В результате кипение хладагента может начаться не в испарителе, а в трубках перед регулятором. Регулятор не может устойчиво работать на смеси жидкого и парообразного хладагента, поскольку расход хладагента через него сильно уменьшится. Кроме того, холодопроизводительность снизится, поскольку охлаждаться будет не только воздух в помещении, но и пространство вокруг трубопровода.
Допустимы следующие потери давления в трубках:
- в линии нагнетания и всасывания - до 1°С
- в жидкостной линии - 0.5 - 1°С
Проблема возврата масла в компрессор
Для нормальной работы компрессора холодильной машины его подвижные контактирующие части должны быть смазаны. Для смазки применяют специальные масла, которые заливают в картер компрессора перед заправкой хладагента. Количество масла примерно в 10 раз меньше объема хладагента.
При запуске кондиционера масло вместе с газообразным хладагентом выходит в трубки линии нагнетания. После этого оно может вернуться в компрессор, только пройдя весь холодильный контур. Если же масло не будет возвращено в компрессор, то он постепенно совсем обезмаслится и выйдет из строя.
Из жидкостных линий масло возвращается в компрессор в смеси с жидким хладагентом. Проблем здесь не возникает.
В линиях нагнетания и всасывания находится парообразный хладагент, не смешивающийся с маслом. Поэтому оно может передвигаться по газовым линиям или под действием силы тяжести (только вниз), или увлекаться потоком пара.
- В горизонтальных участках линий нагнетания и всасывания для переноса масла достаточно низкой скорости пара. Но для облегчения переноса масла часто предусматривают слабый наклон трубопровода в направлении движения потока хладагента (около 0.5%).
- В вертикальных участках линий нагнетания и всасывания для переноса масла снизу вверх нужен достаточно сильный поток пара. Скорость паров хладагента должна быть не менее 5м/с при любом режиме работы (даже с пониженной мощностью). Существует минимальная холодопроизводительность, при которой в газовых линиях масло может подниматься по вертикальным трубкам. Она зависит от диаметра трубок.
Если разность высоты между компрессором и испарителем превышает 3-4 м, перемещение масла по трубопроводу проблематично. Возможны 2 варианта их размещения:
- Компрессор выше испарителя. При остановке компрессора (выключении кондиционера) в нижней части трубопровода скопится масло. Частично масло может стекать и из испарителя. При последующем запуске холодильной машины большое количество масла попадет во всасывающую полость компрессора и вызовет гидравлический удар.
- Коденсатор выше компрессора. При остановке компрессора (выключении кондиционера) в нижней части трубопровода скопится масло. Если температура воздуха невысока, то конденсируются пары хладагента и тоже стекут в нижнюю часть трубопровода. При последующем запуске может возникнуть гидравлический удар из-за скопления жидкостей в нагнетающей полости компрессора.
Маслоподъемные петли
Чтобы избежать поломки компрессора из-за скопления масла, нужно устанавливать в нижней части подъема линий нагнетания и всасывания маслоподъемную петлю. Если же разность высот больше 7 м, то маслоподъемные петли надо устанавливать через каждые 6-7 м.
Маслоподъемная петля представляет собой изогнутый участок трубки с малым радиусом изгиба (см. схему выше). Чем больше масла скопилось в петле, тем выше его уровень. При этом снижается сечение прохода газа, и скорость газа постепенно увеличивается. При высокой скорости газа с поверхности масла капельки масла увлекаются в вертикальный трубопровод. Они образуют масляную пленку, передвигающуюся по стенкам газовой линии.
Перетекание хладагента
В момент выключения кондиционера часть хладагента находится в жидкостной линии, испарителе и конденсаторе. После выключения хладагент начинает перетекать к более охлажденным частям холодильного контура.
Если испаритель расположен выше компрессора, то остатки хладагента могут стечь вниз под действием силы тяжести. При этом они смешаются с маслом и могут наполнить выпускные клапаны компрессора. Это вызовет гидравлический удар при последующем запуске кондиционера.
Чтобы избежать гидравлического удара, надо сделать маслоподъемную петлю на трубке, соединяющей испаритель и компрессор (схема выше).
Замечание: Если в жидкостной линии установлен электромагнитный клапан, который перекрывает ее при отключении компрессора, можно не устанавливать маслоподъемную петлю.
Подбор диаметра трубок
Диаметр трубопровода холодильной машины должен быть таким, чтобы обеспечить:
- допустимые потери давления
- cкорость потока на вертикальных участках - не менее 5 м/с
- допустимый уровень шума (если нормируется).
Поскольку в линиях всасывания, нагнетания и жидкостных линиях хладагент имеет разные давление и агрегатное состояние, диаметры трубко в разных линиях будут различны.
В нижеприведенной таблице дана зависимость холодопроизводительности от диаметров трубок в разных линиях холодильной машины при использовании хладагента R-22 (при температуре конденсации 40 градусов, а испарения 5 градусов и Р = 0,731 кПа/м)).
| Диаметр трубок, мм | Холодопроизводительность, кВт | ||
| линия всасывания | линия нагнетания | жидкостная линия | |
| - | - | 4.37 | |
| 1.76 | 2.60 | 11.24 | |
| 2.83 | 4.16 | 18.10 | |
| 4.19 | 6.15 | 26.80 | |
| 5.85 | 8.59 | 37.49 | |
| 10.31 | 15.07 | 66.10 | |
| 20.34 | 29.70 | 131.0 | |
| 37.31 | 54.37 | 240.7 | |
| 61.84 | 90.00 | 399.3 | |
| 122.7 | 178.1 | 794.2 | |
| 188.9 | 273.8 | 1223.9 |
При стандартной установке несложных систем достаточно выбрать трубки того размера, какой указан в документации на кондиционер.
Расчет потерь давления осложняется тем, что трубопровод имеет повороты, ветвления и другие элементы, оказывающие сопротивление движению хладагента.
(См.: "Гидравлический расчет жидкостных коммуникаций в системах кондиционирования")
При увеличении диаметра труб потери давления сокращаются. Но при этом в паровых линиях возникают проблемы с возвратом масла в компрессор, а в жидкостных линиях приходится увеличить количество хладагента.