Обслуговуючий персонал неавтоматизованої холодильної установки пускає та зупиняє холодильну машину, регулює подачу рідкого агента у випарник, регулює температурний режим холодильних камерахта холодопродуктивність компресорів, спостерігає за роботою апаратів, механізмів тощо.
При автоматичному регулюванні холодильних машин ці ручні операції відпадають. Експлуатація автоматизованої установки набагато дешевша, ніж експлуатація установки з ручним регулюванням (скорочення витрат на утримання обслуговуючого персоналу). Автоматизована установка економічніша за витратами енергії, точніше підтримує задані температурні режими. Прилади автоматики швидко реагують на будь-які відхилення від нормальних умов роботи, а при виникненні небезпеки вимикають установку.
Застосовують різні автоматичні прилади - управління, регулювання, захисту, сигналізації та контролю.
Прилади автоматичного керуваннявключають або вимикають у певній послідовності машини та механізми; включають резервне обладнання під час перевантаження системи; включають допоміжні апарати при відтаванні інею з поверхні охолоджуючих батарей, випуск масла, повітря і т.п.
Прилади автоматичного регулювання підтримують у певних межах основні параметри (температуру, тиск, рівень рідини), від яких залежить нормальна робота холодильної установки або регулюють їх відповідно до заданої програми.
Прилади автоматичного захистуу разі виникнення небезпечних умов (надмірне підвищення тиску нагнітання, переповнення відділників рідким аміаком, пошкодження системи мастила) вимикають холодильну установку або її частини.
Прилади автоматичної сигналізації подають світлові або звукові сигнали, коли контрольована величина досягає заданих або гранично допустимих значень.
Н. Д. Кочетков
322 Автоматизація холодильних установок
Прилади автоматичного контролю (прилади-самописці) реєструють параметри машини (температуру в різних точках, тиск, кількість циркулюючого агента тощо).
Комплексна автоматизація передбачає обладнання холодильної установки автоматичними пристроями управління, регулювання та захисту. Засоби контролю та сигналізації необхідні лише для спостереження за правильною дієюцих пристроїв.
В даний час установки невеликої та значної частини установок середньої продуктивності автоматизовані повністю; великі установки здебільшого автоматизовані частково (напівавтоматичні установки).
АВТОМАТИЧНЕ РЕГУЛЮВАННЯ ХОЛОДИЛЬНИХ
УСТАНОВОК
Прилади автоматичного регулювання, що застосовуються, відрізняються різноманітністю виконуваних функцій і принципів дії.
Кожен автоматичний регулятор складається з чутливого елемента, що сприймає зміну регульованого параметра; регулюючого органу; проміжного зв'язку, що з'єднує чутливий елемент та регулюючий орган. Розглянемо способи регулювання основних параметрів та найбільш характерні прилади.
Регулює температуру холодильних камер.У холодильних камерах необхідно підтримувати постійні температури, навіть якщо змінюється теплове навантаження на батареї, що охолоджують.
Постійна температура підтримується регулюванням холодопродуктивності батарей. Простою та поширеною є двопозиційна система регулювання. При цій системі в кожній камері встановлюється індивідуальне реле температури, наприклад типу ТДДА - двопозиційне дистанційне термореле (мал. 193), або інших типів. На трубопроводі рідкого холодильного агента або розсолу перед входом батареї встановлюється соленоїдний вентиль (мал. 194). При підвищенні температури повітря до верхньої заданої межі регулятор температури автоматично замикає електричний ланцюг соленоїдного вентиля. Вентиль повністю відкривається, і рідина, що охолоджує, надходить в батареї; камери охолоджуються. При зниженні температури повітря до нижньої заданої межі регулятор температури розмикає ланцюг вентиля, припиняючи подачу холодної рідини в батареї.
Термобалон 1
(чутливий патрон) регулятора температури ТДДА (див. мал. 193), частково заповнений рідким фреоном-12,
Автоматичне регулювання холодильних установок 323
розміщують у холодильній камері, температуру якої потрібно регулювати. Тиск фреону в термобаллоні залежить від його температури, що дорівнює температурі повітря камери. З підвищенням цієї температури тиск у термобаллоні збільшується. Підвищений тиск через капілярну трубку 2 передається в камеру 3, в якій розташований сильфон 4, представляю-
щий собою гофровану трубку. Сильфон стискається і переміщує в осьовому напрямку голку 5, яка повертає кутовий важіль 6 (див. також схему справа) навколо осі 7 проти годинникової стрілки, долаючи опір пружини 22. Важіль 6 песет на собі пластинчасту пружину з прикріпленою до неї тягою 8 яка під час руху важеля проти годинникової стрілки переміщається вліво. З тягою 8 скріплений палець 10, що переміщається в прорізи контактної пластинки 12. У деякий момент палець стикається з важелем 9 і повертає цей важіль, а також контактну пластинку 12 (пов'язана з важелем пружиною 11) навколо осі 13 даному випадкупроти годинникової стрілки). В це
324 Автоматизація холодильних установок
час нижній кінець контактної пластинки наближається до постійного магніту підковообразного 18 і швидко притягується ним. Основний 17 і іскрогасний контакти 26 при цьому замикаються. Ланцюг управління соленоїдного вентиля, встановленого на рідинній лінії, замикається, вентиль відкривається, і рідина надходить у батареї.
З пониженням температури повітря тиск у термобаллоні і камері 3, де знаходиться сильфон, зменшується і кутовий важіль 6 під дією пружини 22 повертається за годинниковою стрілкою. Палець 10 переміщається від важеля 9 до кінця прорізу в контактній пластинці 12 (вільний хід), натискає на пластинку і, долаючи тяжіння магніту, різко повертає її за годинниковою стрілкою. У цей момент електричні контакти розмикаються, соленоїдний вентиль закривається і подача рідини в батареї припиняється.
Автоматичне регулювання холодильних установок 325
Температура камери, при якій розмикаються електричні контакти, встановлюється залежно від натягу пружини 22. Для налаштування приладу на певну температурурозмикання переміщають каретку 21 з покажчиком 20 на відповідне розподіл температури шкали 19, що досягається при обертанні гвинта 23 ручкою 24.
Прилад регулюється на певну різницю температур замикання та розмикання електричних контактів. Ця різниця залежить від величини вільного ходу пальця 10 у прорізі контактної пластинки. Вільний же хід змінюється при переміщенні верхнього кінця важеля 9 вздовж прорізу, що досягається при повороті кулачка 14 навколо осі 13. Чим більший радіус кулачка в місці торкання важеля 9, тим більший вільний хід і тим більша різниця температур замикання та розмикання контактів.
Регулятор температури ТДДА забезпечує вимикання соленоїдного вентиля в межах шкали температур від -25 до 0 ° С. Можлива похибка ±1 ° С. Мінімальний диференціал приладу становить 2 ° С, максимальний - не менше 8 ° С. Маса приладу 3,5 кг , Довжина капіляра 3 м.
Для великих холодильниківрозроблено багатоточкову централізовану систему автоматичного регулювання температури в камерах - машина «Амур». Такі машини виготовляють па 40, 60 та 80 точок регулювання. Вони можуть бути використані не тільки для регулювання температури повітря, але і температури кипіння холодильного агента, температури розсолу тощо. Машина має пристрої для вимірювання температури в точках регулювання.
Соленоїдні (електромагнітні) вентилі (див. рис. 194) працюють наступним чином. При подачі напруги на котушку електромагніту виникає електричне поле, що втягує сердечник; пов'язаний з ним розвантажувальний клапан піднімається, відкриваючи сідло малого діаметра. Після цього рідина з нагнітального боку, тобто з порожнини над клапаном (у вентилі СВА) або над мембраною (у вентилі СВМ) через наскрізні отворип мале сідло надходить у порожнину під клапаном. Клапан розвантажується від тиску, який притискав його до сідла, і відкривається для протоки рідини під напором нагнітального трубопроводу. Після вимкнення соленоїдної котушки, навпаки, сердечник із розвантажувальним клапаном опускаються вниз, перекриваючи сідло малого діаметра. Тиск зверху на основний клапан збільшується, і він під дією власної ваги та пружини опускається на своє сідло, перекриваючи потік рідини.
Соленоїдні вентилі відносяться до найбільш поширених приладів автоматизації аміачних і фреонових холодильних вуст-
326 Автоматизація холодильних установок
Новик. Для рідкого та газоподібного фреону та аміаку, розсолу та води соленоїдні вентилі випускають з діаметром умовного проходувід 6 до 70 мм. Раніше використовувалися переважно поршневі соленоїдні вентилі типу СВА; в Останнім часомзастосовують мембранні вентилі типу СВМ удосконаленої конструкції. Температура робочого середовища може коливатися від -40 до +50 ° С. Соленоїдний вентиль (з фільтром перед ним) встановлюють на горизонтальній ділянці трубопроводу у вертикальному положенні.
Регулювання температури повітря можливе також шляхом зміни температури або витрати холодильного агента (при розсольному охолодженні холодоносія) в батареях з використанням пропорційних регуляторів температури ПРТ. Такі регулятори застосовують рідко.
Для автоматичного регулювання температури повітря при використанні малих фреонових установок з одним охолоджуваним об'єктом застосовують включення і вимкнення компресора. Для включення та вимикання використовують прилади, що реагують на температуру чи тиск кипіння у випарнику, або безпосередньо на температуру повітря камери.
Регулювання холодопродуктивності компресорів. Теплове навантаження холодильних камер може змінюватися в широких межах залежно від кількості та температури продуктів, що надходять, температури навколишнього середовища та інших факторів. Холодопродуктивність встановлюваних компресорів вибирають з розрахунком підтримки необхідних температур за найважчих умов.
У невеликих фреонових установках безпосереднього випаровування продуктивність компресорів регулюють одночасно з регулюванням температури об'єкта, що охолоджується, методом пуску і зупинок при відповідних значеннях одного з регульованих параметрів.
У машинах з розсольним охолодженням найбільш зручним параметром для регулювання продуктивності компресора є температура розсолу при виході з випарника. У разі зменшення теплового навантаження температура розсолу у випарнику швидко знижується до нижньої заданої межі і регулятор температури (наприклад, типу ТДДА), розмикаючи ланцюг котушки магнітного пускача, зупиняє електродвигун компресора. При підвищенні температури до верхньої заданої межі регулятор температури включає компресор знову в роботу. Чим більше теплове навантаження на випарник (охолодні батареї), тим довше працює компресор. Зміною коефіцієнта робочого часу досягається необхідна Автоматичне регулювання холодильних установок 327
середня продуктивність компресора.
У середніх та великих установках система містить велику кількість батарей, призначених для охолодження багатьох приміщень. При досягненні заданих температур в окремих приміщеннях частина охолоджуючих батарей повинна бути вимкнена н холодопродуктивність компресорів відповідно зменшена.
Найбільш прийнятним у такому випадку є багатопозиційне (ступінчасте) регулювання шляхом зміни робочого об'єму, що описується поршнями компресорів. У установках з декількома компрессорами багатопозиційне регулювання здійснюють включенням та вимкненням окремих компресорів, керованих регуляторами температури зі зміщеними межами налаштування. Наявність двох однакових компресорів дозволяє отримати три ступені холодопродуктивності: 100-50-0%. Два компресори АВ-100 і АУ-200 дають чотири ступені холодопродуктивності: 100-67-33-0%. Ступінчасте регулювання багатоциліндрових непрямоткових компресорів можливе виключенням з роботи окремих циліндрів шляхом відтискання всмоктувальних клапанів спеціальним механізмом, керованим реле низького тиску.
Значно рідше застосовують плавне регулювання продуктивності компресора-дроселювання всмоктується пари, зміною величини мертвого обсягу компресора і т. п. Ці способи енергетично невигідні. Порівняно перспективним є метод регулювання холодопродуктивності зміною числа оборотів компресора (застосування багатошвидкісних електродвигунів).
Регулювання подачі холодоагенту у випарник. Незалежно від величини теплового навантаження, прилади автоматичного регулювання повинні забезпечувати. правильне заповненнявипарника холодильним агентом. Надлишку рідини у випарнику допускати не можна, оскільки це призводить до зниження економічності роботи та виникнення гідравлічного удару(Вологий хід).
У разі нестачі рідини деяка частина поверхні не використовується, що також погіршує режим роботи внаслідок зниження температури випаровування.
Приладами, що регулюють подачу рідини у випарник, є терморегулюючі вентилі ТРВ і регулюючі поплавцеві вентилі ПРВ. У цих приладах здійснюється процес дроселювання рідини.
Основний тип виготовлених терморегулюючих вентилів -мембранні, в металевому корпусі. Схема включення ТРВ наведено на рис. 195. Дія приладу залежить від перегріву бенкету, що виходить з випаровування.
328 Автоматизація холодильних установок
теля. Відсутність перегріву вказує на надлишок рідини у випарнику та на можливість попадання її у всмоктувальну лінію та компресор. В цьому випадку ТРВ автоматично припиняє подачу рідини у випарник. Великий перегрів парів холодоагенту при всмоктуванні є, навпаки, ознакою нестачі його у випарнику. За цієї умови ТРВ посилює подачу рідини.
В аміачному вентилі ТРВА термобалон (чутливий елемент приладу) заповнений фреоном-22, близьким по робочому тиску до аміаку. Термобалон щільно прикріплюють до всмоктуючого трубопроводу; він має температуру парів аміаку, що виходять із випарника.
Автоматичне регулювання холодильних установок 329
При зміні температури тиск у термобалоні змінюється. Клапан вентиля механічно пов'язаний з мембраною, на яку зверху діє тиск пари з термобаллона, що передається по капілярної трубці, а знизу - тиск з випарника по зрівняльній трубці (через штуцер 7). Від різниці зазначених тисків, пропорційної перегріву пари на виході з випарника, залежить переміщення мембрани, а разом з тим і відкривання клапана, що регулює подачу рідини у випарник. Аміак надходить у ТРВА через штуцер 10. Дроселювання відбувається і клапанному отворі і частково в дросельній трубці 8, яка забезпечує більш спокійне і рівномірне протікання агента через вентиль.
Під час роботи машини ТРВА підтримує постійний перегрів пари; відповідним налаштуванням величину перегріву можна змінювати в межах від 2 до 10 ° С. Налаштування здійснюється за допомогою гвинта 4 і пов'язаних з ним регулювальних зубчастих коліс. При обертанні гвинта змінюється натяг пружини 3, що протидіє відкриванню клапана.
ТРВА дозволяє надійно регулювати подачу аміаку у випарники різних типівпри температурах кипіння від 0 до -30 ° С. Харчування ко-жухотрубних випарників для охолодження розсолу налаштовують при невеликих перегрів (від 2 до 4 ° С). Випускаються різні моделі ТРВА, розраховані на холодопродуктивність від 6 до 230 кВт (~5-200 Мкал/год).
ТРВ на 12-190 квт 10-160 Мкал/год для фреонових установок по конструкції близькі до вентилів типу ТРВА. У малих фреонових машинах застосовують мембранні ТРВ без зрівняльних ліній.
Регулювання подачі аміаку у випарники та судини з вільним рівнем рідини можливе за допомогою поплавкових регулюючих вентилів низького тиску ПВР (рис. 196).
ПРВ встановлюють на тому рівні, який бажано підтримувати у випарнику (або іншій посудині). Корпус приладу з'єднують з випарником зрівняльними лініями (рідинною та паровою). Зміна рівня рідини у випарнику призводить до зміни рівня корпусу ПРВ. Одночасно змінюється положення поплавця всередині корпусу, що викликає переміщення клапана та зміну площі перерізу для протоку рідини з конденсатора у випарник.
У поплавкових вентилях непрохідного типу холодильний агент після дроселювання в клапанному отворі надходить безпосередньо у випарник, минаючи поплавцеву камеру. У вентилях прохідного типу холодоагент після дроселювання надходить у камеру поплавця, а з неї відводиться у випарник.
330 Автоматизація холодильних установок
Автоматичне регулювання холодильних установок 331
ня рівня рідини у випарниках та судинах. На відміну від вентилів низького тиску ПР-1 можна встановлювати на різних рівнях по відношенню до випарника та конденсатора.
До корпусу вентиля приварений штуцер, що з'єднує вентиль нижньою частиноюконденсатора. Усередині корпусу розташований поплавець, пов'язаний з допомогою важеля з голчастим клапаном. Аміак через отвір у сідлі клапана, канал та дросельну трубку проходить до вихідного
штуцеру та через нього в трубопровід до випарника. Всередині корпусу вентиля є капілярна трубка. Верхній кінець її відкритий, а нижній за допомогою каналів з'єднаний із дросельною трубкою. Тиск у вентилі встановлюється трохи нижче, ніж у конденсаторі; рідина з нього надходить у корпус вентиля. Під дією рідини поплавець виринає. Чим більше рідини надходить у корпус поп-лавка, тим більше відкривається клапан для проходу її у випарник. При користуванні вентилем типу ПР-1 конденсатор вільний від рідини. Тому кількість аміаку в системі має бути такою, щоб при повному перетіканні аміаку у випарник рівень рідини в ньому знаходився не вище, ніж між першим та другим зверху рядами труб випарника. При такому заповненні
332 Автоматизація холодильних установок
виключається небезпека попадання рідкого аміаку у всмоктувальну лінію та створюються сприятливі умови для інтенсивного теплообміну у випарнику.
Для позиційного регулювання рівня рідини в апаратах холодильної установки часто використовують регулятори рівня непрямої дії, що складаються з дистанційного покажчика рівня (наприклад,
ДУ-4, РУ-4, ПРУ-2) та керованого ним соленоїдного вентиля. Ці прилади включають у схему (рис. 198) так, що у разі надмірного підвищення рівня рідини в апараті дистанційний покажчик розмикає електричний ланцюг управління соленоїдного вентиля і він закривається, припинивши подачу холодильного агента у випарник.
Якщо ж рівень рідини у випарнику знизиться порівняно з оптимальним, то дистанційний покажчик знову замкне електричний ланцюг соленоїдного вентиля; подання рідини буде відновлено.
Регулювання подачі води на конденсатор.
Вода на конденсатор подається через водорегулюючий вентиль
(рис. 199), який підтримує приблизно постійний тиск і температуру конденсації при різних навантаженнях. Тиск конденсації сприймає мембрана вентиля або сильфон, що змінюють положення шпинделя і перетин для проходу води. В установках із градирнями водорегулюючі вентилі не застосовують.
Автоматичний захист та сигналізація 333
Автоматизація холодильних установок передбачає оснащення їх автоматичними пристроями (приладами та засобами автоматизації), за допомогою яких забезпечуються безпечна роботата проведення виробничого процесу чи окремих операцій без безпосередньої участі обслуговуючого персоналу або з частковою його участю.
Об'єкти автоматизації спільно з автоматичними пристроями утворюють системи автоматизації з різними функціями: контролю, сигналізації, захисту, регулювання та управління. Автоматизація підвищує економічну ефективність роботи холодильних установок, оскільки зменшується чисельність обслуговуючого персоналу, знижується витрата електроенергії, води та інших матеріалів, збільшується термін служби установок через підтримку автоматичними пристроями оптимального режиму їх роботи. Автоматизація вимагає капітальних витрат, тому проводити її треба, виходячи з результатів техніко-економічного аналізу.
Холодильне встановлення можна автоматизувати частково, повністю або комплексно.
Часткова автоматизаціяпередбачає обов'язковий для всіх холодильних установок автоматичний захист, а також контроль, сигналізацію та нерідко керування. Обслуговуючий персонал регулює основні параметри (температура та вологість повітря в камерах, температура кипіння та конденсації холодильного агента тощо) при відхиленні їх від заданих значень та порушенні роботи обладнання, про що інформують системи контролю та сигналізації, а деякі допоміжні періодичні процеси ( відтавання інею з поверхні охолоджуючих приладів, видалення олії із системи) виконуються вручну.
Повна автоматизаціяохоплює всі процеси, пов'язані з підтриманням необхідних параметрів в приміщеннях, що охолоджуються, і елементах холодильної установки. Обслуговуючий персонал може бути лише періодично. Повністю автоматизують невеликі за потужністю холодильні установки, безвідмовні та довговічні.
Для великих промислових холодильних установок характерніша комплексна автоматизація(автоматичний контроль, сигналізація, захист).
Автоматичний контроль забезпечує дистанційний вимір, інколи ж і запис параметрів, визначальних режим роботи устаткування.
Автоматична сигналізація - сповіщення за допомогою звукового або світлового сигналу про досягнення заданих величин, тих чи інших параметрів, включення або вимкнення елементів, холодильної установки. Автоматичну сигналізацію поділяють на технологічну, попереджувальну та аварійну.
Технологічна сигналізація – світлова, інформує про роботу компресорів, насосів, вентиляторів, наявність напруги в електричних ланцюгах.
Попереджувальна сигналізація на захисних, циркуляційних ресиверах повідомляє, що величина контрольованого параметра наближається до максимально допустимого значення.
Аварійна сигналізаціясвітловим і звуковим сигналами повідомляє про те, що спрацював автоматичний захист.
Автоматичний захист, що забезпечує безпеку обслуговуючого персоналу, є обов'язковим для будь-якого виробництва. Вона запобігає виникненню аварійних ситуацій, виключаючи окремі елементи або установку в цілому, коли контрольований параметр досягає гранично допустимого значення.
Надійний захист у разі виникнення небезпечної ситуації має забезпечувати система автоматичного захисту (САЗ). У найпростішому варіанті САЗ складається з датчика-реле (реле захисту), що контролює величину параметра і виробляє сигнал при досягненні її граничного значення, і пристрою, що перетворює сигнал реле захисту сигнал зупинки, який направляється в систему управління.
На холодильних установках великої потужності САЗ виконують так, щоб після спрацьовування реле захисту автоматичний пуск елемента, що відмовив без усунення причини, що викликала зупинку, був неможливий. На невеликих холодильних установках, наприклад на підприємствах торгівлі, де аварія не може призвести до важких наслідків, немає постійного обслуговування, об'єкт включається автоматично, якщо величина контролю за параметром повертається в допустиму область.
Найбільше видів захисту мають компресори, оскільки з досвіду експлуатації 75 % всіх аварій на холодильних установках відбуваються саме з ними.
Кількість параметрів, контрольованих САЗ, залежить від типу, потужності компресора та виду холодильного агента.
Види захисту компресорів:
від неприпустимого підвищення тиску нагнітання - запобігає порушенню щільності з'єднань або руйнування елементів;
неприпустимого зниження тиску всмоктування - запобігає підвищенню навантаження на сальник компресора, спінювання масла в картері, замерзання холодоносія у випарнику (релі високого та низького тиску, оснащують практично всі компресори);
зменшення різниці тисків (до і після насоса) в масляній системі - запобігає аварійному зносу деталей, що труться, і заклинювання механізму руху компресора, реле різниці тисків контролює різницю тисків на стороні нагнітання і всмоктування масляного насоса;
неприпустимого підвищення температури нагнітання - запобігає порушенню режиму мастила циліндра і аварійне зношування деталей, що труться;
підвищення температури обмоток вбудованого електродвигуна герметичних та безсальникових хладонових компресорів - запобігає перегріву обмоток, заклинювання ротора та роботу на двох фазах;
гідравлічного удару (попадання рідкого холодильного агента в порожнину стиснення) – запобігає серйозній аварії поршневого компресора: порушення щільності, а іноді й руйнування.
Види захисту інших елементів холодильної установки:
від замерзання холодоносія - запобігає розриву труб випарника;
переповнення лінійного ресивера - оберігає від зниження ефективності конденсатора внаслідок заповнення частини його обсягу рідким холодильним агентом;
випорожнення лінійного ресивера - запобігає прориву газу високого тискув випарну системута небезпека гідравлічного удару.
Запобігання аварійній ситуації забезпечує захист від неприпустимої концентрації аміаку в приміщенні, що може спричинити пожежу та вибух. Концентрація аміаку (максимум 1,5 г/м 3 або 0,021 % за обсягом) у повітрі контролюється газоаналізатором.
Холод застосовують у технологіях багатьох процесів переробки сільськогосподарської продукції. Завдяки холодильникам значно скорочуються втрати під час зберігання продукції. Охолоджені продукти можна транспортувати великі відстані.
Молоко, призначене для переробки або реалізації, зазвичай, попередньо охолоджують. Перед відправкою на підприємство молочної промисловості молоко допускається зберігати не більше 20 год. при температурі не вище 10°С.
В сільському господарствім'ясо охолоджують в основному на фермах та птахофабриках. При цьому використовують наступні способи охолодження: у повітрі, холодній воді, у воді з льодом, що тане, і зрошенням холодною водою. Підморожування м'яса птиці роблять або холодним повітрям, або зануренням у холодний розсіл. Повітряне підморожування здійснюють при температурі повітря в холодильних камерах від -23 до -25 °З швидкості руху повітря 3...4 м/с. Для підморожування зануренням у розсіл застосовують розчини хлористого кальцію або пропіленгліколю з температурою від -10 ° С і нижче.
М'ясо, призначене для тривалого зберігання, заморожують тими самими способами, що й підморожування. Заморожування
повітрям здійснюють при температурі повітря, що охолоджується, від -30 до -40 °С, при заморожуванні в розсолі температура розчину дорівнює -25...-28 °С.
Яйця зберігають у холодильниках при температурі -1...-2 °С та відносній вологості 85...88 %. Після охолодження до 2...3 °З поміщають їх у камеру зберігання.
Фрукти та овочі охолоджують у стаціонарних сховищах. Плодоовочеву продукцію зберігають у холодильних камерах з батареями, що охолоджують, в яких циркулює холодний агент або розсіл.
У системах з повітряним охолодженням спочатку охолоджується повітря, яке потім вентиляторами нагнітається в камери зберігання. У змішаних системах продукти охолоджуються холодним повітрям та від батареї.
У сільському господарстві холод отримують як безмашинним способом (льодовики, льодосолене охолодження), так і за допомогою спеціальних холодильних машин. При машинному охолодженні теплота від середовища, що охолоджується, відводиться в зовнішній навколишній простір за допомогою низькокиплячих холодильних агентів (фреон або аміак).
У сільському господарстві широко застосовують парові компресори та абсорбційні холодильні машини.
Найпростіший спосіб отримання температури робочого тіла нижче за температуру навколишнього середовища полягає в тому, що це робоче тіло (холодильний агент) стискають у компресорі, потім охолоджують до температури навколишнього середовища і після цього піддають адіабатичного розширення. При цьому робоче тіло здійснює роботу за рахунок своєї внутрішньої енергії та температура його зменшується порівняно з температурою навколишнього середовища. Таким чином, робоче тіло стає джерелом одержання холоду.
Як холодильні агенти в принципі можна застосовувати будь-яку пару або газ. По-перше холодильних машинахз механічним приводом як холодильний агент застосовували повітря, але вже з кінця XIXв. він був замінений аміаком і вуглекислотою, оскільки повітряна холодильна машина менш економічна і більш громіздка, ніж парова, через велику витрату повітря, зумовлену його малою теплоємністю.
У сучасних холодильних установках робочим тілом є пари рідин, які при тисках, близьких до атмосферного, киплять при низьких температурах. Прикладами таких холодильних агентів можуть бути аміак NH3, сірчистий ангідрид SO2, діоксид вуглецю С0 2 і фреони - фторохлорпохідні вуглеводні типу C m H x F y Cl2. Температура кипіння аміаку при атмосферному тиску становить 33,5 ° С, "Фреона-12" -30 ° С, "Фреона-22" -42 ° С.
Як холодильні агенти широко застосовують фреони - галоїдні похідні насичених вуглеводнів (C m H n), отримані шляхом заміни атомів водню атомами хлору та фтору. У техніці через велику різноманітність фреонів і щодо складного їх найменування встановлено умовну числову систему позначення, згідно з якою кожне таке з'єднання залежить від хімічної формулимає своє число. Перші цифри у цьому числі умовно позначають вуглеводень, похідним якого є даний фреон: метан - 1, етан - 11, пропан - 21. Якщо з'єднанні присутні незаміщені атоми водню, їх кількість додають до цих цифр. Далі до отриманої суми або до первісного числа (якщо всі атоми водню в з'єднанні заміщені) дописують у вигляді наступного знака цифру, що виражає число атомів фтору. Так отримують позначення: R11 замість монофтортрихлорметану CFCI2, R12 замість дифтордихлорметану CF2C12 і т.д.
У холодильних установках як холодильний агент зазвичай використовують R12, а в перспективі широко застосовуватимуть R22 і R142. Переваги фреонів - відносна нешкідливість, хімічна інертність, негорючість та вибухобезпека; недоліки - низька в'язкість, що сприяє витоку, та можливість розчинятися в маслі.
На малюнку 8.15 показано принципову схему парокомпресорної холодильної установкита її ідеальний цикл у 75-діаграмі. У компресорі 1 стискається волога пара холодильного агента, внаслідок чого (дільниця а-Ь)виходить суха насичена або перегріта пара. Зазвичай ступінь перегріву не перевищує
130... 140 “С, щоб не ускладнювати експлуатацію компресора через підвищені механічні напруження та не застосовувати масла
Рис. 8.15.
/ - компресор; 2 - приміщення, що охолоджується; 3- дросельний вентиль; 4 - конденсатор спеціальних сортів. З компресора перегріта пара з параметрами piі 02 надходить у охолоджувач (конденсатор 2). У конденсаторі при постійному тиску перегріта пара віддає охолодній воді теплоту перегріву (процес Ь-с)та її температура стає рівною температурі насичення 0 н2 . Віддаючи надалі теплоту пароутворення (процес c-d),насичена пара перетворюється на киплячу рідину (точка d).Ця рідина надходить до дросельного вентиля. 3, пройшовши через який вона перетворюється на насичену пару невеликого ступеня сухості (х 5 = 0,1 ... 0,2).
Відомо, що ентальпія робочого тіла до і після дроселювання однакова, а тиск і температура знижуються. На 7s-діаграмі зображена штрихова лінія постійної ентальпії d-e,крапка еякою характеризує стан пари після дроселювання.
Далі волога пара надходить у ємність, що охолоджується, звану рефрижератором 4. Тут при постійних тиску і температурі пара розширюється (процес е-а),забираючи певну кількість теплоти. Ступінь сухості пари у своїй збільшується (х| = 0,9...0,95). Пара з параметрами стану, що характеризуються точкою 1, засмоктується в компресор і робота установки повторюється.
Насправді пара після дросельного вентиля надходить над рефрижератор, а випарник, де забирає теплоту у розсолу, який, своєю чергою, забирає теплоту від рефрижератора. Це пояснюється тим, що в більшості випадків холодильна установка обслуговує ряд споживачів холоду, і тоді незамерзающий розсіл служить проміжним холодоносієм, безперервно циркулюючи між випарником, де він охолоджується, і спеціальними охолоджувачами повітря в рефрижераторах. Як розсоли застосовують водні розчини хлориду натрію і хлориду кальцію, що мають досить низькі температури замерзання. Розчини придатні для використання лише при температурах, що перевищують ті, за яких вони замерзають як однорідна суміш, утворюючи солоний лід (так звана кріогідратна точка). Кріогідратної точки для розчину NaCl з масовою концентрацією 22,4 % відповідає температура -21,2 "З, а для розчину СаС1 2 з концентрацією 29,9 - температура -55 °С.
Показником енергетичної ефективності холодильних установок служить холодильний коефіцієнт е, що є відношенням питомої холодопродуктивності до витраченої енергії.
Дійсний цикл парокомпресорної холодильної установки відрізняється від теоретичного тим, що через наявність внутрішніх втрат на тертя стиснення в компресорі відбувається не адіабат, а по політропі. В результаті зменшується витрата енергії в компресорі та знижується холодильний коефіцієнт.
Для отримання низьких температур (-40...70 °С), потрібних в деяких технологічних процесах, одноступінчасті парокомпресорні установки виявляються або неекономічними, або непридатними через зниження ККД компресора, обумовленого високими температурамиробочого тіла в кінці процесу стиснення. У таких випадках застосовують або спеціальні холодильні цикли, або у більшості випадків двоступінчасте або багатоступінчасте стиснення. Наприклад, двоступінчастим стиском аміачної пари отримують температури до -50 °С, а триступінчастим - до -70 °С.
Основна перевага абсорбційних холодильних установокв порівнянні з компресорними - використання для вироблення холоду не електричної, а теплової енергії низького та середнього потенціалів. Останню можна отримати від водяної пари, що відбирається, наприклад, з турбіни на теплоелектроцентралях.
Абсорбцією називається явище поглинання пари рідкою речовиною (абсорбентом). При цьому температура пари може бути нижче температури абсорбенту, що поглинає пару. Для процесу абсорбції необхідно, щоб концентрація пара, що абсорбується, була дорівнює або більше рівноважної концентрації цієї пари над абсорбентом. Природно, що в абсорбційних холодильних установках рідкі абсорбенти повинні з достатньою швидкістю поглинати холодильний агент і при однакових тисках температура їх кипіння повинна бути значно вищою за температуру кипіння холодильного агента.
Найбільш поширені водно-аміачні абсорбційні установки, в яких аміак є холодильним агентом, а вода - абсорбентом. Аміак добре розчинний у воді. Наприклад, при 0 ° С в одному об'ємі води розчиняється до 1148 об'ємів пароподібного аміаку, і при цьому виділяється теплота близько 1220 кДж/кг.
Холод в абсорбційній установці виробляється за схемою, зображеною малюнку 8.16. На цій схемі нанесено зразкові значення параметрів робочого тіла в установці без урахування втрат тиску в трубопроводах та втрат температурного тиску в конденсаторі.
У генераторі 1 відбувається випарювання насиченого аміачного розчину при підігріву його водяною парою. В результаті цього відганяється легкокиплячий компонент - аміачна пара з незначною домішкою пар води. Якщо підтримувати температуру розчину близько 20 С, то тиск насичення парів аміаку складе приблизно 0,88 МПа. Щоб вміст NH 3 в розчині не зменшилося, за допомогою насоса, що перекачує 10 з абсорбера в генератор безперервно подається міцний концентриро-
Рис. 8.16.
/-генератор; 2- конденсатор; 3 - дросельний вентиль; 4- випарник; 5-насос; б-перепускний вентиль; 7- ємність, що охолоджується; абсорбер; 9-змійовик; 10- насос
ванний аміачний розчин. Насичений аміачний пар (х= 1), одержуваний у генераторі, спрямовується в конденсатор 2, де аміак перетворюється на рідину (х = 0). Після дроселя 3 аміак надходить у випарник 4, при цьому тиск його знижується до 0,3 МПа (/ н = -10 ° С) і ступінь сухості дорівнює приблизно 0,2.„0,3. У випарнику аміачний розчин випаровується за рахунок теплоти, що підводиться розсолом з ємності, що охолоджується 7. При цьому температура розсолу знижується від -5 до -8 °С. За допомогою насосу 5 він назад переганяється в ємність 7 де знову нагрівається до -5 °С, відбираючи теплоту від приміщення і підтримуючи в ньому постійну температуру, приблизно -2 °С. Випарений у випарнику аміак зі ступенем сухості х = 1 надходить в абсорбер 8, де поглинається слабким розчином, що подається через перепускний вентиль 6 із генератора. Оскільки абсорбція – екзотермічна реакція, то для забезпечення безперервності процесу теплообміну абсорбцит відводять охолодною водою. Отриманий в абсорбері міцний розчин аміаку насос 10 перекачує у генератор.
Таким чином, у розглянутій установці є два апарати (генератор і випарник), де теплота підводиться до робочого тіла ззовні, і два апарати (конденсатор та абсорбер), у яких теплота відводиться від робочого тіла. Порівнюючи важливі схемипарокомпресорної та абсорбційної установок, можна відзначити, що генератор в абсорбційній установці замінює нагнітальну, а абсорбер - всмоктувальну частину поршневого компресора. Стиснення холодильного агента відбувається без витрати механічної енергії, якщо не брати до уваги невеликих витрат на перекачування міцного розчину з абсорбера в генератор.
У практичних розрахунках як енергетичного показникаабсорбційної установки також приймають холодильний коефіцієнт е, що є відношенням кількості теплоти q 2сприймається робочим тілом у випарнику до кількості теплоти q uвитрачається в генераторі. Підрахований таким чином холодильний коефіцієнт завжди менше холодильного коефіцієнта парокомпресорної установки. Проте порівняльна оцінкаенергетичної ефективності розглянутих способів одержання холоду в результаті безпосереднього зіставлення способів тільки холодильних коефіцієнтів абсорбційної та парокомпресорної установок неправильна, оскільки вона визначається не лише кількістю, а й видом витраченої енергії. Два методи отримання холоду слід порівнювати за значенням наведеного холодильного коефіцієнта, що є відношенням холодопродуктивності q 2до витрати теплоти палива q itтобто ? пр = Яг Я-Виявляється, що при температурах випаровування від -15 до -20 ° С (використовуваних основною масою споживачів) є абсорбційних установок вище, ніж парокомпресорних, внаслідок чого в ряді випадків абсорбційні установки вигідніші не тільки при постачанні їх парою, що відбирається з турбін, але і при постачанні їх парою безпосередньо з парових казанів.
Для забезпечення неавтономних кондиціонерів холодом застосовують холодильні станції різної холодопродуктивності. Холодильні станції зазвичай комплектуються двома або більше холодильними установками, що працюють із проміжним холодоносієм, як правило водою.
Розглянемо автоматизацію окремих елементівхолодильних установок та холодильної станції в цілому. Захист компресора від підвищеного тискуна нагнітанні та зниженого на всмоктуванні здійснюється за допомогою реле тиску (рис. 8.10, а).Роботу системи контролює реле контролю мастила. Компресори великої холодопродуктивності охолоджуються водою. Для захисту їх від перегріву у разі припинення подачі води, що охолоджує, встановлюють реле витрати. При відхиленні будь-яких параметрів спрацьовує відповідне реле захисту і компресор зупиняється. При зупинці електродвигуна компресора закривається зблокований з ним соленоїдний вентиль трубопроводу води, що охолоджує.
Захист випарника холодильної установки (мал. 8.10, б)передбачається, щоб уникнути замерзання води в трубах випарника. На трубопроводі води, що виходить з випарника, встановлений датчик позиційного терморегулятора, налаштованого на 1-3 °С. При температурі води нижче встановленої контакти регулятора розмикаються і зупиняється електродвигун компресора. Якщо раптово припинився приплив води через випарник, регулятор внаслідок інертності системи може не спрацювати навіть заморожування випарника. Щоб уникнути цього, встановлюють
Рис. 8.10.
- 1 - реле контролю мастила; 2, 3 - реле низького та високого тиску;
- 4 - регулятор витрати; 5 - соленоїдний вентиль; 6 - реле витрати;
- 7 - терморегулятор
реле витрати, яке при зменшенні протоки води до критичного значення спрацьовує та зупиняє електродвигун компресора.
Схема автоматизації холодильної станції наведено на рис. 8.11. Для спрощення на схемі показано одну холодильну машину. З бака 1 насоси подають воду на випарники холодильних машин, охолоджена вода зливається в бак 2 і насосами подається до кондиціонерів, а потім знову зливається в бак 1. На охолодження конденсаторів вода подається із градирні.
Захист компресора здійснюється за допомогою реле 3 , 4 , 5 а випарника - реле б і 7. Якщо який-небудь параметр відхилиться від заданої величини, спрацює відповідне реле, зупиниться компресор, а через невеликий проміжок часу зупиняться і насоси оборотного водопостачання. На щиті автоматики увімкнеться сигнальна лампа того вузла, в якому сталася аварія, і почне подаватися звуковий сигнал 9.
Рис. 8.11.
холодильної станції
Температура води у баку 2 регулюється терморегулятором 10, налаштованим на максимальну та мінімальну температуру (наприклад, 8 та 6 °С). При температурі води 8 °С послідовно через певний проміжок часу за допомогою командного приладу 11 включаються холодильні установки, причому компресор холодильної установки включається тільки в тому випадку, якщо працюють насоси, що подають воду у випарник і конденсатор, і якщо всі параметри, контрольовані зашиті приладами, знаходяться в межах норми. При зниженні температури холодної водидо 6 °С холодильні установки відключаються у тій же послідовності. Для підтримання постійного тиску води, що подається до кондиціонерів, встановлено регулятор тиску прямої дії 8. З метою економії водопровідної водиДля охолодження конденсаторів холодильних машин застосовуються системи оборотного водопостачання, у яких нагріта вода охолоджується у градирнях. Схема автоматизації таких систем охолодження розглянута в розд. 7.5 (див. рис. 7.14).
Головною умовою технічного розвитку будь-якої галузі промисловості є автоматизація виробничих процесів, тобто. комплекс технічних заходів, що повністю або частково виключають участь людини у певному етапі виробничого процесу.
Головними цілями автоматизації холодильних установокє:
- механізація виробничого процесу;
- точне підтримання заданих параметрів роботи устаткування;
- запобігання поломці обладнання;
- підвищення терміну служби холодильного обладнання;
- скорочення персоналу та зменшення витрат на оплату праці;
- забезпечення безпечної роботи персоналу.
Будь-яка операція, що проводиться машиністом сучасних холодильних машин, піддається автоматизації, але це не означає, що необхідно автоматизувати всі процеси. Автоматика для холодильного обладнаннянеобхідна тільки в тих випадках, коли для виконання операцій взагалі не потрібна кваліфікація виконавця або коли виконавець не зможе домогтися необхідної точності регулювання. Також необхідно обов'язково автоматизувати всі процеси, що проходять у вибухонебезпечних та шкідливих для здоров'я людини умовах.
За ступенем автоматизації холодильне обладнання можна умовно поділити на три групи:
- 1. Холодильне обладнання з ручним керуванням– всі функції управління та контролю холодильної системивиконує персонал.
- 2. У частково автоматизованому холодильному устаткуванні деякі процеси автоматизовані, але обладнання має працювати за постійної присутності персоналу; у таких машинах найчастіше пуск відбувається вручну, а зупинка автоматизована.
- 3. Повністю автоматизоване холодильне обладнання не вимагає постійної присутності обслуговуючого персоналу, але не скасовує необхідності періодичних оглядів та проведення технічне обслуговуванняза встановленим регламентом. В основному повністю автоматизованими бувають пароежекторні і абсорбційні холодильні агрегати через відсутність у них механізмів, що рухаються.
Різновиди систем автоматизації холодильних установок
Система автоматизації – це сукупність об'єкта автоматизації та автоматичних пристроївзавдяки яким можна керувати роботою холодильних систем без участі обслуговуючого персоналу.
Види систем автоматизації:
Розімкнуті системи - застосовуються рідко, діляться на види:
- розімкнена система автоматизації з прямим зв'язком, у якій стеження йде за непрямим параметром (наприклад, в системах вентиляції за температурою зовнішнього повітря);
- розімкнена система автоматизації зі зворотним зв'язком, яка виконує лише інформаційні функції (вимірювання, сигналізація).
Замкнуті системи, принцип яких полягає у визначенні відхилення фактичної величини регулюючого параметра від заданої. Саме такі системи автоматизації застосовуються дляконтролюроботи холодильної установки. Види замкнутих систем автоматизації:
- системи автоматичного регулювання, тобто. ті, що підтримують параметри на заданому рівні;
- системи автоматичного захисту, тобто. ті, що автоматично вимикають обладнання, коли його нормальна робота порушується.
Основні частини та прилади системи автоматизації холодильної установки
Основні частини системи автоматизації холодильної установки:
- вимірювальний (чутливий) елемент, з пристосуванням для налаштування управління холодильнимипараметрами на задане значення;
- датчик, який реєструє зміну регульованої величини;
- холодильний щит управління, тобто. регулюючий орган, який сигналом вимірювального елемента змінює подачу сигналу або енергії в регульований об'єкт;
- передавальний пристрій, який з'єднує датчик із передавальним механізмом.
Щит управління холодильним агрегатом та пристроями автоматизації холодильної установки
Основним елементом, що контролює прилади систем автоматизації холодильної установки, є щит керування холодильним агрегатом. На щиті керування розміщені пристрої автоматичного керування, регулювання та захисту, а також засоби сигналізації, завдяки яким забезпечується нормальне функціонування холодильної системи.
Прилади автоматичного керування, розміщені на щиті управління холодильним агрегатом, регулюють роботу насосів та компресорів при зміні навантаження. При зниженні температури холодоагенту, а також при зниженні тиску у випарниках нижче за граничне значення компресори автоматично зупиняються; при підвищенні температури у випарнику компресори автоматично вмикаються. Іноді для автоматичного керування компресорами використовується реле часу, яке програмують певний час включення агрегатів.
За допомогою приладів автоматичного регулювання на щиті керування підтримуються на оптимальному рівніключові параметри роботи холодильної установки – температура та тиск. При зниженні теплового навантаження температура холодоносія підтримується на заданому рівні завдяки плавному автоматичному регулюванню холодопродуктивності установки, яке може здійснюватися такими шляхами:
- 1) дроселюванням парів холодоагенту перед компресором, внаслідок чого знижується тиск;
- 2) перепуском частини парів із нагнітальної лінії у всмоктувальну;
- 3) збільшенням мертвого простору в поршневому компресорі, внаслідок чого знижується відсмоктування парів холодоагенту з випарника.
За допомогою приладів автоматичного регулювання, що змінюють подачу хладагента у випарник, також забезпечується безпечна робота компресора та його захист від гідравлічного удару.
Автоматична сигналізація застосовується для сповіщення оператора холодильної установки про зміну режиму функціонування обладнання, що може спричинити спрацювання автоматичного захисту. Також автоматична сигналізація звуковим сигналомсповіщає оператора про включення та вимкнення обладнання, арматури та приладів.
Автоматичний захист холодильного обладнання дозволяє уникнути небезпечних наслідків порушення нормальних параметрівроботи холодильних машин При різких змінах параметрів функціонування (сильне збільшення тиску нагнітання, зниження тиску та температури випаровування, недотримання режиму роботи мастильної системи, перевірка холодильної системита інших ситуаціях) спеціально призначені прилади відключають холодильні установки, запобігаючи їх поломці.
Завантаження...