Методы автоматизации объектов охлаждения

Понятно «автоматизация объекта охлаждения» включает в себя решение различных задач. Рассмотрим наиболее распространенные схемы автоматизации, решающие только одну задачу — поддержание температуры воздуха или жидкого хладоносителя.

Холодильная установка с одним объектом охлаждения

В такую установку (рис. 4, а) входят компрессор КМ и конденсатор КД К компрессору подключен находящийся в холодильной камере К прибор охлаждения ПО, в котором непосредственно кипит хладагент. Управление осуществляет регулирующее устройство Р с температурным датчиком Т. Дополнительное регулирующее устройство РП, в котором происходит дросселирование хладагента, обеспечивает требуемое заполнение прибора охлаждения хладагентом.

Управляющим параметром для поддержания температуры воздуха является температура кипения хладагента. Ее изменяют посредством регулирования холодопроизводительности компрессора. Если, например, температура воздуха повышается по сравнению с заданной, то регулирующее устройство вырабатывает сигнал управления, вызывающий увеличение холодопроизводительности, причем настолько, насколько необходимо для восстановления баланса.

Реализовать управление можно с помощью системы плавного или системы позиционного регулирования1.

Рис. 4. Схема холодильной установки с одним объектом охлаждения (а) и графики процессов при системе плавного (б) и двухпозиционного (в) регулирования

Холодильная установка с системой плавного регулирования должна иметь компрессор и регулирующее устройство с соответствующими характеристиками (например, компрессор с плавным изменением частоты вращения вала или с дроссельным регулятором на всасывающей линии).

Приближенная картина процессов, происходящих в холодильной установке с системой плавного регулирования, представлена на графике (рис. 4, б). По горизонтальным осям отложено время t, а по вертикальным осям — холодопроизводительность компрессора Q_KМ и температуры t_окр, t_в и t₀. До момента t₁, сохранялось равновесие:

t_окр=t_окр1, t_в=t_з, t₀=t₀₁.

Холодопроизводительность компрессора была Q_KM1.

В момент t₁ температура t_окр скачком повысилась до t_окр2 и осталась на этом уровне. Повышение ее вызвало реакцию: начала подниматься температура воздуха, а спустя некоторое время по сигналу регулирующего устройства увеличилась холодопроизводительность компрессора и, как следствие, снизилась температура кипения хладагента.

В переходном процессе, возникшем в холодильной установке, в результате взаимодействия всех ее элементов регулируемая величина — температура воздуха — возвратилась к заданному значению t_з, а холодопроизводительность и температура кипения установились на новых значениях Q_KМ2 и t₀₂.

Подобный же переходный процесс происходит и после скачкообразного понижения температуры воздуха.

При реальной работе холодильной установки внешние воздействия изменяются обычно не скачкообразно, а постепенно, вследствие чего переходные процессы в установке протекают медленнее и часто без колебаний.

В целом система плавного регулирования наилучшим образом обеспечивает поддержание температуры воздуха, однако использование ее, особенно в малых холодильных установках, которые чаще бывают с одним объектом охлаждения, оказывается экономически неоправданным из-за высокой стоимости оборудования.

Холодильная установка с системой двухпозиционного регулирования снабжается регулирующим устройством релейного действия. Оно настроено на два заданных значения регулируемой величины. При повышении температуры воздуха до значения t_в = t_пуск прямое срабатывание регулирующего устройства вызывает пуск компрессора. При снижении температуры воздуха до значения t_в =t_ост происходит обратное срабатывание — компрессор останавливается. Разность между значениями t_пуск и t_ост называют дифференциалом или зоной возврата регулирующего устройства.

Холодильная установка с такой системой регулирования работает в режиме непрерывных колебаний, которые в установившемся процессе происходят с постоянными периодом и частотой. Поясним происходящие процессы с помощью графиков (рис. 4, в).

Для упрощения условимся, что процессы изменения температуры во времени изображаются прямыми, наклон которых зависит от соотношения между холодопроизводительностью компрессора и тепловой нагрузкой. Примем, что при работе компрессора температура воздуха всегда понижается с одинаковой скоростью, а после его остановки скорость повышения температуры воздуха зависит от тепловой нагрузки: при более высоких значениях t_окр температура воздуха поднимается быстрее.

Пусть вначале t_окр = t_окр1. При достижении t_в =t_пуск включается компрессор, его холодопроизводительность становится Q_KM.Р, а температура кипения — t_0р (в действительности изменения происходят не мгновенно, но такое упрощение не искажает качественной картины). При достижении t_в=t_ост компрессор останавливается, его холодопроизводительность падает до нуля, начинается отепление воздуха камеры. При этом температура кипения становится равной температуре воздуха. В момент, когда вновь t_в =t_пуск, цикл повторяется. Таким образом, в промежутке времени от 0 до t₁ устанавливаются колебания с периодом цикла t_ц1, длительностями рабочей части цикла t_p1 и нерабочей t_н1. Средняя температура кипения в этом промежутке времени t_0cр1.

В момент времени t₁ температура t_окр повышается до t_окр2 и остается такой до момента времени t₂. В этом промежутке времени период цикла становится t_ц2, длительность нерабочей части цикла — t_н2 (по условию длительность рабочей части цикла не меняется). Средняя температура кипения снижается до t_0ср2, чем обусловливается больший отвод теплоты.

Нетрудно сделать подобные построения и для участка, где температура окружающей среды равна t_окр3.

Тепловую нагрузку на холодильную установку принят оценивать коэффициентом рабочего времени b = t_р/t_ц, который изменяется от 0 (при полном отсутствии тепловой нагрузки) до 1 (при непрерывной работе компрессора, когда тепловая нагрузка равна его холодопроизводительности).

При прочих равных условиях частота циклов пуск — остановка компрессора зависит от дифференциала регулирующего устройства: чем он меньше, тем чаще включается и отключается компрессор. Поэтому при выборе дифференциала следует исходить не только из требуемой точности поддержания температуры воздуха, но и допустимой частоты пусков компрессора.

По сравнению с системой плавного регулирования система двухпозиционного регулирования реализуется более простыми и дешевыми средствами. Благодари тому, что из-зa инерционности объектов охлаждения колебания температуры воздуха в значительной степени сглаживаются, а циклы не получаются слишком короткими, система двухпозиционного регулирования в холодильных установках с одним объектом охлаждения получила преимущественное распространение.

Холодильная установка с несколькими объектами охлаждения

Такие установки находят широкое применение на холодильниках промышленности и торговли.

Автоматическое управление их работой, как и холодильных установок с одним объектом охлаждения, может осуществляться с помощью системы плавного или системы позиционного регулирования температуры воздуха в холодильных камерах.

Холодильная установка с системой плавного регулирования (рис. 5, а) состоит из компрессора КМ, конденсатора КД- ресивера PC. К компрессору присоединены приборы охлаждения IIO1, ПО2, ПО3 трех холодильных камер К1, К2 и К3.

Для поддержания температуры воздуха в каждой камере имеются регулирующие устройства PI, P2 и РЗ, которые в зависимости от значения t_в плавно открывают или закрывают клапаны, установленные на всасывающих линиях компрессора от соответствующих приборов охлаждения, изменяя таким образом температуру кипения хладагента в нужных пределах. Соответственно увеличивается или уменьшается отвод теплоты из холодильной камеры, и в ней поддерживается заданная температура воздуха.

Регулирующие устройства РП1, РП2, РПЗ и в этой схеме выполняют функцию питания приборов охлаждения необходимым количеством хладагента.

Средства-автоматики в разных холодильных камерах работают независимо друг от друга, что позволяет поддерживать в них разные температуры воздуха.

Регулятор Р, срабатывающий при изменении давления во всасывающей линии, управляет холодопроизводительностью компрессора. Заданное давление р_вс выбирают с расчетом, чтобы оно было ниже или равно наинизшему расчетному давлению, обеспечивающему требуемую температуру кипения в приборе охлаждения.

Рис. 5. Схема холодильной установки с несколькими объектами охлаждения и системой плавного (а) и двухпозиционного (б) регулирования

При большой тепловой нагрузке на холодильные камеры во всасывающую линию компрессора поступит больше паров хладагента, в результате чего повысится давление р_вс, сработает регулятор Р, который, в свою очередь, увеличит холодопроизводительность компрессора.

Систему плавного регулирования применяют в тех случаях, когда требуется весьма точное поддержание температуры воздуха в холодильных камерах и не допускаются ееколебания.

Энергетическая эффективность установки снижается, если компрессор работает при более низких, чем нужно для отдельных камер, давлениях всасывания.

Холодильная установка с системой двухпозиционного регулирования (рис.5, б) отличается от рассмотренной выше тем, что температура кипенияхладагента в приборах охлаждения всех камер одинакова, связи с чем в камерах поддерживаются близкие температуры. Хладагент подается в приборы охлаждения насосом Н, забирающим его из циркуляционного ресивера ЦР, где он находится при температуре кипения. В связи с тем что кратность циркуляции жидкости больше единицы, неиспарившаяся в приборах охлаждения жидкость возвращается в циркуляционный ресивер, а пар отсасывается компрессором.

Температура воздуха в холодильных камерах регулируется устройствами PI, P2 и РЗ двухпозиционного действия, которые управляют открытием — закрытием электромагнитных (соленоидных) клапанов ЭВ1, ЭВ2 и ЭВЗ (напомним, что в холодильной установке с одним объектом охлаждения подобное регулирующее устройство управляет пуском — остановкой компрессора).

Как и в схеме на рис. 5, а, регулятор Р по давлению всасывания изменяет холодопроизводительность компрессора. Регулирующее устройство РП служит для питания циркуляционного ресивера жидким хладагентом.

Система двухпозиционного регулирования может быть применена не только в насосно-циркуляционных, но и любых других системах охлаждения.

Благодаря простоте осуществления и невысокой стоимости применяемых регулирующих устройств системе двухпозиционного регулирования отдается предпочтение пpи автоматизации установок холодильных камер.

Тема 13

Дата добавления: 2014-01-04