Схемы холодильных установок с парокомпрессионными холодильными машинами

Системы хладоснабжения холодильников бывают централизованные и децентрализованные. Централизованные применяют главным образом на крупных и средних холодильниках, децентрализованные — чаще на небольших холодильниках, в основном емкостью до 2000 т.

Централизованная система хладоснабжения располагается в общем машинном отделении. Оно состоит из компрессорного цеха, где установлены компрессоры, и аппаратного отделения, где размещены теплообменные аппараты, ресиверы, насосы, вспомогательное оборудование. На небольших предприятиях компрессорный цех и аппаратное отделение совмещены — занимают одно помещение.

Недостатками централизованной системы хладоснабжения являются значительная протяженность и разветвленность трубопроводов, большое число запорной и распределительной арматуры, относительно сложная автоматизация.

При компоновке холодильной установки ее узлы стремятся расположить так, чтобы уменьшить протяженность трубопроводов и облегчить обслуживание.

Выбор схемы подключения компрессоров и число ступеней сжатия холодильной установки зависят от температуры кипения хладагента, а также от ее производительности, типа применяемого оборудования, вида хладагента. В централизованных системах хладоснабжения в качестве хладагента обычно используют аммиак.

Схема подключения одноступенчатых компрессоров холодильной установки, работающей на три температуры кипения t₀₁, t₀₂, t₀₃, показана на рис. 1.

Рис. 1. Узел подключения одноступенчатых компрессоров:

/, 2, 3 — отделители жидкости, 4 — компрессор, 5 — обратный клапан

На нагнетательной линии каждого компрессора установлен обратный клапан для предотвращения обратного тока пара при остановке компрессора. Нагнетательные трубопроводы компрессоров подключены к общему нагнетательному трубопроводу сверху. Из испарительной системы пар хладагента через отделитель жидкости или защитный ресивер поступает в общий всасывающий трубопровод, а оттуда направляется к компрессору.

Схема подключения двухступенчатой холодильной установки, в которой установлен промежуточный сосуд со змеевиком, показана на рис. 2.

Рис. 2. Узел подключения двухступенчатых компрессоров:

1•— отделитель жидкости, 2 — компрессор низкой ступени, 3 — маслоотделитель, 4 — промежуточный сосуд. 5 — регулирующий вентиль, 6 — соленоидный вентиль, 7 — компрессор высокой ступени

Для разгрузки компрессоров при их последующем пуске и предотвращения гидравлических ударов линии всасывания обеих ступеней сжатия соединены между собой трубопроводом, на котором смонтирован электромагнитный (соленоидный) вентиль, открывающийся при остановке компрессоров.

Применяют также схемы двухступенчатого сжатия, в которых циркуляционные ресиверы, работающие при более высоком давлении кипения, выполняют одновременно функцию промежуточного сосуда. Такие схемы называют компаудными. В них промежуточный сосуд может быть как со змеевиком, так и без змеевика (рис. 3, а, б). Преимущества компаундных схем по сравнению с обычными двухступенчатыми схемами с индивидуальными промежуточными сосудами: меньшее число аппаратов и запорной арматуры, меньшие металлоемкость системы и занимаемая площадь компрессорного цеха, более простое обслуживание холодильной установки. Однако такие схемы имеют термодинамические недостатки, так как промежуточное давление в них отличается, как правило, от оптимального.

Масло отделяется от хладагента на нагнетательной стороне компрессора с помощью индивидуального маслоотделителя, которым укомплектован каждый компрессор, и автоматически перепускается из маслоотделителя в его картер. При установке общего маслоотделителя масло из него выпускается в маслосборник (рис. 4). Фильтры на всасывающих линиях защищают компрессоры от механических загрязнений.

Пар хладагента из маслоотделителя направляется в конденсатор. Образовавшийся в конденсаторе жидкий хладагент сливается в линейный ресивер. Конденсатор размещают над линейным ресивером, чтобы жидкий хладагент сливался в него самотеком (рис. 5). Паровая уравнительная линия служит для уравнивания давлений в обоих аппаратах.

ильной машины, монтаж, различ­ные вспомогательные приспособле­ния и материалы.

Рис. 3. Компаундные схемы с двумя температурами кипения:

а — со змеевиковым промежуточным сосудом, б — с промежуточным сосудом без змеевика, / — линейный ресивер, 2 — конденсатор, 3 — компрессор высокой ступени, 4 — циркуляционный ресивер, 5 — промежуточный сосуд — циркуляционный ресивер, 6 — компрессор низкой ступени, 7 — регулирующий вентиль, 8 — аммиачный насос

Рис. 4. Схема подключения маслосборника:

1 – маслоотделитель; 2 – маслосборник

Рис. 5. Схема подключения кожухотрубного конденсатора к линейному ресиверу:

1 – конденсатор; 2 – линейный ресивер; 3 – уравнительная линия

Уровень жидкого хладагента в линейном ресивере служит гидравлическим затвором, препятствующим проникновению парообразного хладагента к регулирующему вентилю.

Жидкий хладагент из линейного ресивера подается к регулирующей станции, состоящей из коллекторов с регулирующими и запорными вентилями. Через нее осуществляется раздача жидкого хладагента по потребителям. На регулирующей станции имеется также вентиль для первоначального заполнения системы хладагентом и периодического пополнения в процессе эксплуатации.

Децентрализованная система хладоснабжения холодильников состоит из нескольких блочных автоматизированных холодильных машин (или агрегатов), обслуживающих каждая свой охлаждаемый объект.

В децентрализованной системе схема охлаждения прямоточная безнасосная (рис. 6). Хладагент, обычно фреон, подается в каждый прибор охлаждения (испаритель) с помощью терморегулирующего вентиля (ТРВ). Степень его открытия регулируется автоматически в зависимости от величины перегрева пара на выходе из испарителя, что, в свою очередь, зависит от тепловой нагрузки на него.

Рис. 6. Схема прямоточной фреоновой системы непосредственного охлаждения с расположением компрессора:

а – ниже приборов охлаждения; б – выше приборов охлаждения; 1 – компрессор; 2 – конденсатор; 3 – фильтр-осушитель; 4 – регенеративный теплообменник; 5 – термобаллон ТРВ; 6 – ТРВ; 7 – прибор охлаждения; 8 – гидравлический затвор (сифон)

На холодильниках с децентрализованной системой хладоснабжения машинное отделение не требуется. Автономно работающие холодильные машины можно располагать под навесом, на открытых площадках у здания холодильника, в вестибюлях, коридорах.

По сравнению с централизованной системой у децентрализованной есть ряд преимуществ: быстрота монтажа, более короткая протяженность трубопроводов, меньшее число запорной и распределительной арматуры. Применение воздушных конденсаторов позволяет экономить пресную охлаждающую воду и сократить расход электроэнергии вследствие полной автоматизации, отсутствия насосов для хладагентов и воды. Кроме того, при эксплуатации благодаря полной автоматизации требуется меньше персонала для обслуживания децентрализованной системы.

Блочные холодильные машины работают, как правило, на фреонах. С такими основными свойствами фреонов, как большая текучесть, практическая нерастворимость в воде, хорошая растворимость в смазочных маслах, связаны особенности проектирования, монтажа и эксплуатации фреоновых систем охлаждения. Главные требования: обеспечение высокой степени герметичности системы, предотвращение попадания влаги в нее, организация непрерывной циркуляции масло-фреоновой смеси и возврата масла из испарителя в компрессор.

Проще всего возвращать масло из прямоточных испарителей (охлаждающих батарей или воздухоохладителей) при верхней подаче в них жидкого хладагента. При стекании масло-фреоновой смеси по испарителю сверху вниз фреон выкипает. Пар фреона и масло с остатками неиспарившегося фреона движутся в одном направлении. Возврату масла в картер компрессора способствует регенеративный теплообменник, который обеспечивает доиспарение фреона из масла и необходимый перегрев пара за счет теплоты переохлаждаемого хладагента, выходящего из конденсатора.

Таким образом, регенеративный теплообменник, помимо улучшения характеристик термодинамического цикла холодильной машины (на R12 и R502), повышения рабочих коэффициентов компрессора, предотвращает «влажный ход» компрессора.

Применение регенеративного теплообменника позволяет уменьшить перегрев пара в испарителе и таким образом повысить эффективность его работы.

Равномерное распределение пo секциям многосекционного испарителя (воздухоохладителя) жидкого хладагента при верхней подаче обеспечивается с помощью специальных распределителей («пауков»), устанавливаемых после ТРВ (рис. 7, а). Это позволяет получить одинаковые гидравлические сопротивления на входе в каждую секцию. По величине они оказываются значительно больше сопротивлений в каждой секции.

Рис. 7. Принципиальные схемы подачи фреона в испарители:

а – многосекционный испаритель (воздухоохладитель) с верхней подачей; б – параллельно работающие змеевиковые испарители; 1 – регенеративный теплообменник; 2 – ТРВ; 3 – многосекционный испаритель; 4 – распределитель жидкого хладагента («паук»)

При наличии нескольких охлаждаемых объектов питание испарителей в каждом объекте осуществляется индивидуальными ТРВ (рис. 7,6).

При необходимости подъема масла в начале вертикального участка трубопровода делают маслоподъемную петлю в виде гидравлического затвора (сифона). Масло периодически скапливается в петле и перекрывает проход пару, возникает разность давлений, позволяющая поднять скопившуюся порцию масла на высоту примерно 3 м. Маслоподъемные петли выполняют на трубопроводах малого диаметра и с малым радиусом изгиба, чтобы порция поднимаемого масла была сравнительно невелика. В противном случае возникает опасность поломки клапанов компрессора или гидравлического удара.

Во фреоновых холодильных установках с промежуточным хладоносителем и закрытыми (кожухотрубными) испарителями фреон обычно кипит в межтрубном пространстве. При отсасывании пара из верхней части испарителя масло будет в нем накапливаться. Поэтому возврат масла осуществляется путем отвода из испарителя жидкого хладагента. Проще всего отбирать масло из испарителя вместе с влажным паром, поддерживая относительно высокий уровень жидкого хладагента в испарителе (рис. 8, а). В регенеративном теплообменнике происходит доиспарение жидкого хладагента и отделение от него масла.

Рис. 8. Схемы питания фреоном кожухотрубных испарителей:

а — нерегулируемый возврат масла, б — регулируемый возврат масла; / — кожу-хотрубный испаритель; 2 - ТРВ; 3 — ручной регулирующий вентиль. 4 — регенеративный теплообменник; 5 — соленоидный вентиль; 6 — поплавковый регулирующий вентиль

Указанный способ возврата масла требует достаточно высокой и стабильной тепловой нагрузки на испаритель. При ее уменьшении интенсивность кипения хладагента в испарителе падает, из него отсасывается сухой пар. Его скорость может оказаться недостаточной для уноса капель жидкого хладагента, и возврат масла прекратится.

Чтобы обеспечить надежный возврат из испарителя масла независимо от величины тепловой нагрузки, применяют регулируемый возврат его путем отбора небольшого количества жидкого хладагента (не более 5 % от его расхода) из верхнего слоя, наиболее «богатого» маслом (рис. 8,6). Отведенный из испарителя жидкий хладагент поступает в регенеративный теплообменник, где доиспаряется. Установленный на линии отбора электромагнитный (соленоидный) вентиль закрывается одновременно с остановкой компрессора.

Транспортировка масла по паровым трубопроводам фреоновых машин возможна лишь при определенной скорости пара. Она должна быть не меньшей 8,0 м/с в вертикальных нагнетательных трубопроводах, 4,5 м/с — в горизонтальных всасывающих с уклоном (3—5 %) по ходу пара, 3,5 м/с — в горизонтальных нагнетательных. В местах присоединения вертикальных труб к горизонтальным применяют перевернутые сифоны (грифоны), чтобы масло не стекало обратно.

При параллельной работе двух компрессоров на один испаритель их всасывающие трубопроводы присоединяют к общему магистральному трубопроводу с помощью перевернутых сифонов (сверху), чтобы при остановке одного из компрессоров не произошло опасного накапливания масла на входе в неработающий компрессор (что может привести к гидравлическому удару при его пуске).

Большую опасность для фреоновых холодильных установок представляет вода, остающаяся в системе после монтажа и проникающая в нее и процессе эксплуатации. Вода не растворяется во фреонах и при температурах ниже 0 °С замерзает. Образуемые ледяные пробки закупоривают регулирующие вентили и нарушают работу холодильной установки. Присутствие влаги в системе, заполненной фреоном и смазочным маслом, приводит к образованию в компрессоре; работающем при высоких температурах, минеральных и органических кислот, которые разрушающе действуют на детали компрессора и, в первую очередь, на изоляцию встроенного электродвигателя.

Для удаления влаги на жидкостном трубопроводе перед регулирующим вентилем устанавливают фильтр-осушитель. Он представляет собой цилиндрический сосуд, внутри которого между двумя сетками находится адсорбент, поглощающий влагу. В качестве адсорбентов используют силикагель, активированную окись алюминия, а в последнее время — цеолиты. Все эти материалы имеют пористую, очень развитую поверхность. Адсорбирующая способность, снижающаяся в процессе эксплуатации, восстанавливается регенерацией при высоких температурах. В малых автоматизированных фреоновых холодильных установках фильтр-осушитель постоянно включен в работу. В средних и крупных установках он работает периодически, особенно в первые дни после первоначального пуска холодильной установки.

Список литературы

1.Вайнштейн В. О., Канторович В. И. Низкотемпературные холодильные установки. М. Пищевая промышленность, 1974.

2.Курылев Е. С, Герасимов Н. А. Холодильные установки, Л.: Машиностроение, I980.

3 Чумак И. Г., Чепуриенко В. П., Чуклин С. Г. Холодильные установки М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981.

4 Эксплуатации холодильников. Справочник. М.: Пищевая промышленность, 1977.

5 Якобсон В. Б. Малые холодильные машины. М.: Пищевая промышленность, 1977.

Дата добавления: 2014-01-04