Методы регулирования холодопроизводительности компрессора




Естественно, простейшим является метод пусков и остановок (ВКЛ/ВЫКЛ), но в зависимости от требований он может привести к плохой характеристике регулирования, сильным изменениям рабочих условий и большому числу пусков, в результате чего снижается эффективность и сокращается эксплуатационный ресурс компрессора и других элементов системы. Поэтому данный метод должен быть ограничен холодильными системами с высокой аккумулирующей способностью и/или относительно постоянной нагрузкой.

Значительно лучшие методы регулирования, но также сопровождаемые большими изменениями нагрузки, - параллельная работа нескольких компрессоров, тандем компрессоров или разделение системы на несколько независимых контуров. Однако подобные решения также не исключают значительного числа циклов регулирования (либо при очень высоких требованиях к точности регулирования, либо при очень быстром изменении требуемой холодопроизводительности). В таких случаях необходимо сочетание с механическим регулированием холодопроизводительности компрессора (ступенчатым или плавным) и с соответствующей системой управления. Ниже рассмотрению подлежит регулирование поршневых, винтовых и спиральных компрессоров [22]. К механическому регулированию их холодопроизводительности (встроенные регуляторы) возможны различные подходы, которые могут в корне отличаться в зависимости от типа компрессора.

Основные способы регулирования холодопроизводительности холодильных компрессоров

Поршневые компрессоры:

§ отжим всасывающих клапанов;

§ внутренний перепуск части пара с нагнетания на всасывание;

§ изменение мертвого объема цилиндра;

§ сокращение хода сжатия;

§ блокировка всасывающих каналов отдельных цилиндров или групп цилиндров;

§ изменение частоты вращения.

Винтовые компрессоры:

§ внутренний перепуск пара части пара с нагнетания на всасывание;

§ внутренние управляющие поршни;

§ регулирующий золотник, параллельный оси вала;

§ изменение частоты вращения.

Спиральные компрессоры:

§ внутренний перепуск пара части пара с нагнетания на всасывание;

§ отжим спиралей;

§ изменение частоты вращения.

Критерии выбора способа регулирования холодопроизводительности

В зависимости от конкретной холодильной системы требования к регулированию могут существенно различаться, причем следует тщательно рассматривать следующие критерии:

ü характеристика регулирования (грубое либо точное ступенчатое или плавное);

ü энергопотребление (холодильный коэффициент);

ü стоимость выбранного решения;

ü эксплуатационная надежность;

ü область применения компрессора;

ü минимальное время работы компрессора;

ü нагрузка электросети.

Известно, что полное энергопотребление холодильной установки, системы кондиционирования воздуха или теплового насоса в течение срока службы, являющееся значительной статьей расходов, зачастую многократно превышает начальные капиталовложения. Как следствие и с учетом косвенного воздействия на окружающую среду (выделение CO2 при выработке электроэнергии) оптимальное регулирование холодопроизводительности должно быть направлено на точное соответствие потребности в холоде. В зависимости от аккумулирующей способности системы и изменений нагрузки методы, основанные на ступенчатом регулировании, могут быть достаточными, но, исходя из чисто энергетических соображений, плавное регулирование является предпочтительным. В стационарных условиях работы при различных нагрузках существенные различия между ступенчатым и плавным регулированием не всегда можно заметить с первого взгляда. Но сравнительные исследования показали, что динамические свойства и конечная эффективность системы существенно зависят от способа регулирования.

При грубом ступенчатом регулировании снижение холодопроизводительности вызывает значительное падение температуры конденсации, что приводит к сбою в регулировании поступления хладагента в испаритель. Подобным же образом резкое повышение холодопроизводительности приводит к резким колебаниям в цепи регулирования, включая значительное снижение температуры кипения, часто сопровождающееся недостаточным перегревом всасываемого газа.

Как правило, с течением времени ступенчатое регулирование приводит к значительным отклонениям от оптимальных рабочих условий. При этом ограничения, касающиеся частичных нагрузок, распространяются даже на системы с очень хорошими характеристиками регулирования. Например, оптимальное поступление хладагента в испаритель с непосредственным кипением не гарантировано при низких массовых расходах. Более того, эффективное регулирование при частичной нагрузке также требует контролируемого снижения давления конденсации и увеличения давления всасывания.

Ниже более подробно рассмотрены возможные способы регулирования холодопроизводительности поршневых компрессоров.

Механическое регулирование

Для поршневых компрессоров прежде всего используются методы "разгрузки цилиндра", требующие относительно низких затрат и применяе-

мые обычно для многоцилиндровых компрессоров. Достижимая градация холодопроизводительности зависит от конструкции компрессора. В случае 4- 6- и 8-цилиндровых компрессоров обычно отключают 2 цилиндра на каждой ступени нагрузки, что позволяет регулировать холодопроизводительность с интервалами (25)-50-(75)-100 % или 33-66-100 %. В комбинации с тандем-компрессорами или с параллельной работой компрессоров возможна даже более тонкая градация.

Для крупных промышленных компрессоров обычно применяются системы "отжима всасывающих клапанов" с использованием гидравлического масляного привода. Пар, всасываемый соответствующими цилиндрами, при

нагнетании поступает на сторону всасывания. При этом цилиндр работает практически на холостом ходу. Такой метод регулирования может также

применяться для разгруженного пуска компрессора. Метод высокоэффективен, потери энергии возникают лишь вследствие механической работы трения колец и сопротивления во всасывающем клапане.

Другим вариантом регулирования является "изменение мертвого объема цилиндра" поршневого компрессора. Головка цилиндра оснащена дополнительной камерой высокого давления, которая посредством управляемого клапана может быть соединена с цилиндром, что увеличивает его мертвый объем. В процессе сжатия часть газа отводится в камеру высокого давления, откуда он возвращается в цилиндр под высоким давлением при обратном ходе поршня. Это позволяет значительно уменьшить объем цилиндра при нормальной работе компрессора. Данная система применяется на компрессорах с числом цилиндров менее четырех. Однако высокие потери при обратном расширении приводят к существенному падению эффективности при частичной нагрузке. Более того, диапазон регулирования существенно зависит от отношения давлений. Так, при небольших отношениях давлений возможно лишь незначительное уменьшение холодопроизводительности.

Для герметичных поршневых компрессоров также используется другое решение – "механически изменяемый ход поршня" (сокращение хода сжатия).

Наиболее распространенным методом механического регулирования холодопроизводительности поршневых компрессоров для коммерческого холода является метод отключения цилиндров путем "блокировки всасывающих каналов" отдельных цилиндров или групп цилиндров. Эта концепция была разработана BITZER уже в 70-е годы и благодаря постоянному усовершенствованию достигла высокого уровня. В режиме полной нагрузки работают все цилиндры компрессора; соленоидный клапан отключен. Как следствие, все газовые каналы в клапанной доске и головке цилиндра, а также регулирующий поршень находятся в открытом положении.

При работе в режиме частичной нагрузки включается соленоидный клапан, его якорь поднимается. В результате регулирующий поршень оказывается под действием высокого давления, движется вниз и закрывает общий впускной канал в клапанной доске. Таким образом, поступление газа прекращается, и соответствующие поршни работают в режиме "холостого хода". Данный метод регулирования чрезвычайно эффективен, поскольку потери ограничиваются лишь механическим трением поршней. В широком рабочем диапазоне энергопотребление электродвигателя при частичной нагрузке уменьшается почти пропорционально снижению холодопороизводительности.

Инверторное регулирование или изменение частоты вращения электродвигателя

Изменение частоты вращения можно осуществить плавно и ступенчато. Для плавного регулирования используют двигатели постоянного тока с дополнительным сопротивлением и двигатели переменного тока с устройством для изменения частоты тока. Для ступенчатого регулирования может использоваться специальный многоскоростной двигатель переменного тока с переключением пар полюсов. Для ступенчатого регулирования также могут использоваться при клиноременной передаче шкивы с различными диаметрами. Этот способ, связанный с изменением частоты вращения самый выгодный, поскольку при его реализации потребляемая мощность компрессора уменьшается практически пропорционально уменьшению холодопроизводительности. При этом холодильный коэффициент практически не изменяется.

Регулирование дросселированием на всасывании

При дросселировании на всасывании уменьшение холодопроизводительности происходит за счет уменьшения коэффициента подачи в результате повышения степени давления в компрессоре, что одновременно приводит к увеличению его потребляемой мощности, а значит и к значительному снижению холодильного коэффициента.

Регулирование байпасированием или внутренним перепуском части пара с нагнетания на всасывание

При этом способе между нагнетательным и всасывающим трубопроводом компрессора устанавливается байпасный вентиль. При открывании байпасного вентиля часть сжатого нагретого пара из нагнетательного трубопровода перетекает во всасывающий трубопровод. При этом в компрессоре будет циркулировать то же самое количество холодильного агента, а в конденсатор и испаритель будет подаваться меньшее его количество на величину, прошедшего пара хладагента через байпас. При байпасировании холодопроизводительность уменьшается, а степень повышения давленияв компрессоре возрастает из-за повышения температуры пара хладагента на всасывании, что в итоге приводит к существенному снижению холодильного коэффициента.

Вопросы к подразделу 4.3

1). Перечислить способы изменения холодопроизводительности поршневых компрессоров.

2). Перечислить способы изменения холодопроизводительности винтовых компрессоров.

3). Перечислить способы изменения холодопроизводительности спиральныхкомпрессоров.

4). Перечислить критерии выбора способа регулирования холодопроизводительности.

5). Какие недостатки ступенчатого регулирования холодопроизводительности?

6). Перечислить и объяснить способы механического регулирования холодопроизводительности поршневых компрессоров.

7). Какие преимущества инверторного регулирования холодопроизводительности компрессоров?

8). Какой основной недостаток регулирования холодопроизводительности на всасывании в компрессор?

9). Какие недостатки регулирования холодопроизводительности при байпасировании хладагента?

4.4.Ресиверы и отделители жидкости

В схему холодильной установки в зависимости от выбранной системы охлаждения могут быть включены циркуляционные, линейные, дренажные, защитные, компаундные ресиверы и отделители жидкости. Ресиверы и отделители жидкости емкостью больше 30л (для фреона) и 60л (для аммиака) должны быть снабжены запорно-регулирующей арматурой (запорными вентилями, манометрами, предохранительными клапанами, указателями уровня, вентилями для удаления воздуха, масла, уравнительными трубками).

Циркуляционный ресивер

Циркуляционный ресивер (ЦР) может быть вертикального и горизонтального исполнения в холодильных установках.

ЦР применяют в насосно-циркуляционных схемах питания систем жидким хладагентом. Циркуляционный насос забирает жидкий хладагент из ЦР и подает его в приборы охлаждения. В случае вертикального размещения неиспарившаяся жидкость и пар возвращаются в ЦР. При этом пар отсасывается компрессором, а жидкость забирается насосом. Таким образом, ЦР служит как для сбора жидкого хладагента при низком давлении, так и для обеспечения им жидким хладагентом приборов охлаждения. Он служит также резервуаром, в котором постоянно содержится жидкий хладагент в количестве, обеспечивающим непрерывную работу циркуляционного насоса. Для исключения попадания паров в полость всасывания насоса в схеме перед ним предусматривается отделение пара в специальном техническом устройстве (пароотделителе). Жидкостные трубопроводы от ЦР до насоса должны иметь минимальные гидравлические сопротивления. На нагнетательной линии после насоса устанавливают обратный клапан и предусматривают трубопровод для возврата жидкости из полости нагнетания через переливной клапан в полость всасывания.

При установке горизонтального ЦР в схеме должен быть предусмотрен отделитель жидкости (ОЖ), который в этом случае выполняет только защитные функции. При этом, как правило, ОЖ и ЦР размещают в машинном отделении, что облегчает эксплуатацию системы.

ЦР, выполняющий одновременно функции ОЖ должен иметь приборы, регулирующие поступление жидкости в сосуд, т.е. ламповые и звуковые сигнализаторы предельного уровня, которые срабатывают при достижении уровня выше рабочего на 300мм. Рабочий уровень жидкости в вертикальном ЦР должен быть 0,25 высоты ресивера. В горизонтальном ресивере рабочее заполнение принимается 0,2 высоты ресивера. Если ЦР имеет жидкостный стояк, то рабочее его заполнение как горизонтального, так и вертикального размещения принимают равным 0,1 высоты (без учета вместимости стояка). ЦР должен иметь регулятор или реле (в комплекте с соленоидным вентилем) для поддержания рабочего заполнения.

Линейный ресивер

Линейный ресивер (ЛР) представляет собой стальной горизонтальный или вертикальный сосуд, устанавливаемый между конденсатором и терморегулирующим вентилем. Он предназначен для освобождения конденсатора от жидкого холодильного агента и обеспечения бесперебойной подачи его в испарительную систему при изменении тепловой нагрузки.

ЛР иногда используют также как емкость для сбора жидкого холодильного агента из охлаждающих приборов во время ремонта и консервации установки. В линейном ресивере хранится резерв холодильного агента для компенсации утечек.

На амиачных установках ЛР имеет отстойник для сбора масла и загрязнений. Для того, чтобы обеспечить надежный сток жидкости линейный ресивер располагается ниже конденсатора, а их паровые пространства соединяются уравнительной линией (трубкой).

Во фреоновых холодильных установках ЛР как правило располагают на одном уровне с конденсатором и в этом случае конденсатор и линейный ресивер не соединяются уравнительной линией.

Жидкий холодильный агент образует в ЛР гидравлический затвор, препятствующий дальнейшему движению воздуха по системе, в которую он попадает при небрежном монтаже или эксплуатации с давлением кипения ниже атмосферного.

При определении объема ЛР следует учитывать, что в соответствии с требованиями правил техники безопасности жидкий холодильный агент должен заполнять его не более, чем на 80%. Поэтому объем ЛР увеличивают на 20%. При превышении предельно допустимого уровня подается сигнал на отключение компрессора. Рабочее заполнение линейного ресивера – 50%. Заниженный объем заполнения может привести к пульсирующей подаче холодильного агента.

ЛР должен быть оборудован приборами световой сигнализации, предельного и минимального допустимого уровня жидкого хладагента.

Дренажный ресивер

Дренажный ресивер (ДР) устанавливают на стороне низкого давления, и он представляет собой стальной резервуар, предназначенный для удаления жидкого хладагента из охлаждающих приборов при оттайке снеговой шубы, ревизии, осмотрах и ремонте. Его функции может выполнять и циркуляционный ресивер.

ДР может быть горизонтальным и вертикальным. Вместимость горизонтального Vдр.г и вертикального Vдр.в ДР определяются по соотношениям

Vдр.г = 1,4 Vж;

Vдр.в = 1,6 Vж,

где Vж – дренируемый объем жидкости.

Дренируемый объем жидкости Vж определяют по емкости приборов охлаждения самой большой камеры на холодильнике. При этом ДР должен вмещать хладагент из любого аппарата (сосуда) или из наиболее емкого прибора охлаждения. В насосно-циркуляционных системах вместимость ДР может быть принята по вместимости наибольшего ЦР.

ДР с помощью трубопроводов соединяется с аппаратами высокого или низкого давления, что позволяет уравнять в нем и аппарате, из которого осуществляется дренаж. Заполнение ДР не должно превышать 80% его объема.

ДР комплектуют двумя поплавковыми реле уровня, которые контролируют нижний и верхний допустимый уровень жидкого хладагента, а при выходе за установленные значения подают световой сигнал по месту и на командно-сигнальный щит.

Защитный ресивер

Защитный ресивер (ЗР) применяют в безнасосных схемах для приема жидкости из ОЖ или из приборов охлаждения. ЗР устанавливают на стороне низкого давления ниже отметки, на которой находятся приборы охлаждения.

ЗР могут быть горизонтальными и вертикальными. Вместимость горизонтального Vзр.г и вертикального Vзр.в защитного ресивера определяются по формулам

Vзр.г = 0,6(Vб + Vво);

Vзр = 0,5(Vб + Vво),

где Vб и Vво – вместимость труб соответственно батарей и воздухоохладителей.

Если в вертикальном защитном ресивере предусмотрено совмещение функций отделителя жидкости, то установку последнего в системе не предусматривают.

Установка ЗР в системе повышает безопасность работы компрессора. ЗР должен вмещать не менее 30% жидкости, которая содержится в приборах охлаждения в случае выброса ее при повышенных тепловых нагрузках.

При нормальной работе ЗР не заполняют жидкостью. Максимально допустимое заполнение ЗР не должно превышать 80% его геометрического объема. Он должен иметь реле допустимого уровня со световой и звуковой сигнализацией.

Вертикальный ЗР, совмещающий функции отделителя жидкости должен иметь два взаимно дублирующих защитных реле уровня, отключающих компрессор при превышении уровня выше допустимого.

Компаундный ресивер

Компаундный ресивер выполняет функцию сосуда для промежуточного охлаждения паров хладагента. Он одновременно выполняет функции ЦР, отделителя жидкости и промежуточного сосуда, а также может выполнять функции ЛР и ДР в зависимости от схемного решения холодильной установки.

Отделитель жидкости

Отделитель жидкости (ОЖ) должен устанавливаться выше ДР, чтобы обеспечить стекание жидкости из него в ДР. ОЖ располагают также выше ЗР.

ОЖ служит как для сбора жидкого хладагента так и для защиты компрессора от попадания жидкого хладагента со стороны всасывания.

ОЖ представляет собой стальной горизонтальный или вертикальный сосуд. В вертикальном ОЖ внутренний его диаметр принимается из условия, чтобы скорость пара в нем не превышала 0,5 м/с. В горизонтальном ОЖ скорость в сечении паровой зоны должна быть не более 1,0 м/с. Предельно допустимый уровень жидкости в ОЖ – 80%. Для исключения вероятности появления конденсата устанавливать ОЖ следует как можно ближе к компрессору. Объем ОЖ принимают из условия вместимости в нем не менее половины объема хладагента, заправленного в холодильную установку, а диаметр выходного патрубка не превышал диаметра патрубка на всасывании в компрессор.

Для увеличения скорости выпаривания жидкости ОЖ может быть выполнен со встроенным теплообменником, внутри трубок которого, протекает теплый и жидкий хладагент из конденсатора, а снаружи его трубки охлаждаются холодной жидкостью, поступающей из испарителя.

Вопросы к подразделу 4.4

1). При каких объемах хладагента ресиверы и ОЖ должны быть снабжены запорно-регулирующей арматурой?

2). Перечислить запорно-регулирующую арматуру ресиверов и ОЖ.

3). Какое назначение ЦР в холодильных системах?

5). Какими приборами должен оснащаться ЦР, выполняющий одновременно функции ОЖ?

6). С помощью какого прибора поддерживается рабочее заполнение ЦР?

7). Для каких целей в холодильных системах предназначен ЦР?

8). На каких уровнях располагают ЛР в аммиачных и фреоновых холодильных установках?

9). До какого уровня должен заполняться ЛР в соответствии с требованиями техники безопасности?

10). Какой уровень рабочего заполнения ЛР?

11). Какими приборами должен быть оборудован ЛР?

12). Где устанавливают ДР и для чего он предназначен?

13). Какая должна быть вместимость горизонтального и вертикального ДР для дренируемого объема жидкого хладагента?

14). Какой принимают дренируемый объем жидкого хладагента?

15). Какая должна быть вместимость ДР в насосно-циркуляционн-

ых системах охлаждения?

16). Какое максимальное заполнение ДР от его геометрического объема?

17) Какими приборами комплектуют ДР?

18). В каких холодильных системах применяю ЗР?

19). Где в холодильном контуре устанавливают ЗР?

20. Как определяется вместимость горизонтального и вертикального ЗР?

21). В каком случае не предусматривается при наличии Зр установка ОЖ?

22). Какой объем жидкого хладагента должен вмещать ЗР при повышенных тепловых нагрузках?

23). Какое предусматривается максимально допустимое заполнение ЗР?

24). Какими приборами комплектуют ЗР?

25). Какое назначение компаундного ресивера и какие одновременно он выполняет и может выполнять функции?

26). На каком уровне должен устанавливаться ОЖ относительно ДР и ЗР?

27). Какое назначение ОЖ в холодильной системе?

28). Какие максимально допустимые скорости пара в вертикальном и горизонтальном ОЖ?

29). Какая должна быть вместимость ОЖ и какой должен быть диаметр выходного патрубка и ОЖ?

...





Читайте также:
Расчет длины развертки детали: Рассмотрим ситуацию, которая нередко возникает на...
Примеры решений задач по астрономии: Фокусное расстояние объектива телескопа составляет 900 мм, а фокусное ...
Виды функций и их графики: Зависимость одной переменной у от другой х, при которой каждому значению...
Технические характеристики АП«ОМЕГА»: Дыхательным аппаратом со сжатым воздухом называется изоли­рующий резервуарный аппарат, в котором...

Поиск по сайту

©2015-2022 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2016-02-16 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту:


Мы поможем в написании ваших работ!
Обратная связь
0.044 с.