Производительность компрессора

Регуляторы давления испарения.

Регуляторы производительности.

Пусковые регуляторы.

10. Соленоидные вентили и клапаны обратимости цикла

11. Автоматическое оттаивание испарителей.

12. Микропроцессорные приборы управления для холодильных установок.

13. Схемы автоматизации торгового холодильного оборудования.

1. Системы автоматического регулирования

Для обеспечения нормальной работы холодильной установки необходимо поддерживать в определенных пределах или регули­ровать в соответствии с заданной программой значения целого ряда физических величин или параметров, основными из кото­рых являются:

Температура в охлаждаемом объеме.

Оптимальное заполнение испарителя хладагентом.

3. Давления кипения и кон­денсации хладагента.

Производительность компрессора.

Автоматическое регулирование холодильной машины позво­ляет обеспечить точность поддержания заданных параметров. В ре­зультате поддержания оптимального режима эксплуатации холо­дильного оборудования сокращаются потери пищевых продуктов в холодильной камере, сохраняется их качество, снижаются экс­плуатационные затраты, увеличивается срок службы холодильных установок.

Автоматизация процессов регулирования, защиты и сигнализации. Автоматизация холодильной установки включает автоматизацию процессов сигнализации, защиты и регулирования.

Регулирование — это процесс поддержания значения па­раметра (температуры, давления и т.п.), называемого регулируе­мым, постоянным либо в заданных пределах. Процесс поддержа­ния постоянной температуры в охлаждаемом помещении называется регулированием температуры. Соответственно сама тем­пература будет регулируемым параметром. Система автоматичес­кого регулирования обеспечивает поддержание регулируемого параметра (температуры, давления или уровня) в заданных пре­делах.

Она включает в себя объект регулирования, автомати­ческий регулятор, регулирующий орган, а также связи между ними (рис. 12.1).

Рис. 12.1. Структурная схема системы автоматического регулирования

Объект регулирования — это помещение, емкость, система или механизм, в которых регулируется протекающий процесс, т.е. под­держивается постоянное значение регулируемого параметра. Так, при регулировании температуры в охлаждаемом помещении объек­том регулирования будет само помещение.

Автоматический регулятор - контролирует заданный процесс в объекте регулирования и управляет работой регулирующего орга­на в соответствии с задачей регулирования.

Регулирующий орган (клапан, механизм) служит для измене­ния расхода вещества (хладагента, воздуха, рассола), подводимо­го к объекту регулирования.

Система автоматического регулирования работает следующим образом. Автоматический регулятор постоянно замеряет значение регулируемого параметра и сравнивает его с заданным. При от­клонении регулируемого параметра от заданного значения авто­матический регулятор через регулирующий орган изменяет рас­ход подводимого вещества таким образом, чтобы регулируемый параметр вернулся в исходное состояние. Например, увеличение тепловой нагрузки в охлаждаемом помещении вызовет в нем рост температуры. Автоматический регулятор, определив значение и знак отклонения регулируемой температуры от заданной, даст управляющий сигнал на регулирующий орган. Он увеличивает отвод теплоты из помещения, и его температура вернется к заданному значению.

Системы автоматической защиты - устраняют возможность ава­рий при внезапном изменении режима работы агрегата. При дос­тижении предельного значения контролируемого параметра авто­матический регулятор через регулирующий орган либо выключа­ет контролируемый агрегат, либо ограничивает рост параметра во избежание разрушения механизма.

Системы автоматической сигнализации в зави­симости от назначения делятся на две группы:

1. Системы аварийно-предупредительной сигнализации.

2. Системы сигнализации рабо­тающих механизмов.

Система аварийно-предупредительной сигнализации - при дости­жении контролируемым параметром предельного значения выда­ет световой или звуковой сигнал. Обслуживающий персонал из­меняет опасный режим работы механизма, воздействуя на регу­лирующий орган.

Система сигнализации работающих механизмов - дает световую индикацию на пульте управления о включении в работу наиболее важных механизмов.

Приборы автоматического регулирования и контроля процес­сов, протекающих при работе холодильной установки, предназ­начены для обеспечения безопасной эксплуатации установки и повышения эффективности ее работы. Экономичность эксплуата­ции повышается главным образом за счет уменьшения затрат тру­да на обслуживание холодильной установки и повышения произ­водительности труда персонала. Использование приборов автоматики и защиты позволяет решить главную задачу — поддержание заданной температуры охлаждаемого объекта. К за­дачам автоматизации процессов установки относят также поддер­жание определенного уровня жидкого хладагента в аппаратах и постоянной температуры конденсации; обеспечение защиты от гидравлического удара, перегрева отдельных частей установки, взрыва аппаратов, замерзания хладоносителя, срыва работы насоса.

Задачей обслуживающего персонала является грамотное тех­ническое обслуживание приборов, входящих в состав схемы, и периодическая проверка их исправности: защитных реле уровня — один раз в 10 дней, других приборов автоматики — один раз в месяц. Среди приборов автоматики наибольшее применение на­ходят реле температуры, давления и разности давлений, регуля­торы уровня и реле уровня с исполнительными механизмами, терморегулирующие вентили, реле протока и расхода. Настройка этих приборов, как правило, производится при пусконаладочных работах. Современные торговые хладоновые холодильные маши­ны оснащены рядом приборов, полностью или частично автома­тизирующих рабочие процессы. Применяются различные схемы автоматизации. При полной автоматизации отпадает необходимость в систематическом контроле за работой холодильной машины, и обслуживающий персонал осуществляет лишь периодическое наблюдение, проверяя исправность оборудования и устраняя воз­никшие технические неполадки.

Широко используемые в торговле хладоновые холодильные машины с непосредственной системой охлаждения, как прави­ло, полностью автоматизированы.

Применение средств автоматизации делает работу холодиль­ных машин более производительной, экономически выгодной и безопасной.

2. Регулирование температуры в охлаждаемом объекте

Температура в охлаждаемом объекте должна поддерживаться на определенном уровне. Ее отклонение от заданного значения исправляется приборами автоматики — реле температуры. Они применяются также для защиты компрессора от превышения вер­хнего предела температуры нагнетания.

Различают манометрические, биметаллические и полупровод­никовые реле температуры.

Манометрические реле получили наибольшее распространение, однако в настоящее время их вытесняют реле с термисторами.

Принцип действия приборов основан на изменении давления парожидкостной смеси хладона в термосистеме прибора (рис. 12.2) в зависимости от изменения температуры термобаллона (капсу­лы). При повышении температуры термобаллона давление хладо­на возрастает и, воздействуя через капиллярную трубку на сильфон, сжимает его.

Толкатель сильфона действует на основной рычаг, стремясь повернуть его по часовой стрелке. Этому препятствует сжатая пру­жина уставки, которая воздействует на рычаг сверху. При поворо­те основного рычага по часовой стрелке его плечо действует на систему рычагов контактной группы и замыкает контакт для вклю­чения компрессора в работу. Усилие сжатия пружины уставки ре­гулируется винтом-задатчиком. Настройка прибора контролиру­ется по положению стрелки шкалы уставки. Чем сильнее сжата пружина уставки, тем большее давление требуется со стороны сильфона для поворота основного рычага по часовой стрелке. Сле­довательно, замыкание контактов прибора будет происходить при большей температуре контролируемого объекта. Узел дифферен­циала предназначен для установки винтом-задатчиком дифферен­циала определенной разности температур прямого срабатывания прибора (контакт при этом размыкается) и обратного срабатыва­ния (замыкание контактов).

В большинстве случаев применяется двухпозиционное регули­рование температуры, заключающееся в том, что компрессор пе­риодически включается и отключается. При повышении темпера­туры в объекте охлаждения компрессор включается, а при пони­жении температуры выключается. Двухпозиционное регулирова­ние характеризуется коэффициентом рабочего времени, представ­ляющим собой отношение

где τ_р — время работы компрессора; τ_ст — время стоянки компрес­сора.

Суммарное время работы и стоянки компрессора τ_р + τ_ст пред­ставляет собой время полного цикла. Коэффициент рабочего вре­мени зависит от количества охлаждаемого продукта и его свойств, температуры окружающей среды и других факторов.

Реле температуры для защиты от высокой температуры нагне­тания компрессора размещают на щите компрессора. Термобал­лон прикрепляют к нагнетательному трубопроводу на его верти­кальном участке капилляром вверх или вставляют в гильзу трубо­провода, которая должна быть заполнена маслом.

Электронные терморегуляторы — возможности программировать большее число параметров, вынести за пределы регулируемого объекта прибор, а значит, снизить требования по степени его защиты от влаги и пыли.

В настоящее время уже существует достаточно много различ­ных моделей электронных терморегуляторов.

Микроконтроллерный регулятор температуры MPT-11 предназ­начен для двухпозиционного автоматического регулирования тем­пературы в холодильных машинах, системах кондиционирования воздуха и вентиляции. Прибор состоит из блока управления и дат­чика температуры — платинового термопреобразователя сопро­тивления, с помощью которого контролируется температура в охлаждаемом объеме. Прибор имеет реле управления пуском и остановкой компрессора, встроенный блок питания и цифровую индикацию текущей температуры. Предусмотрены установка па­раметров системы с помощью клавиатуры, энергонезависимая память уставок, двухуровневый доступ к программированию кон­тролируемых системой параметров, звуковая и световая аварий­ные сигнализации.

Электронный регулятор температуры ТРЭ974 с цифровой ин­дикацией текущего значения температуры служит для автомати­ческого контроля температурного режима в морозильных каме­рах, холодильных прилавках и другом торговом, а также промыш­ленном холодильном оборудовании. Этот прибор обеспечивает весь цикл работы холодильной установки: поддержание температуры в камере, управление вентилятором и компрессором, периоди­ческое автоматическое оттаивание испарителя, контроль темпе­ратуры при оттаивании, управление ТЭНом, контроль режима «Набор холода», а также функции защиты от несанкционирован­ного изменения параметров и предупреждения об аварийных си­туациях (отказе любого из датчиков и выходе температуры в каме­ре за заданные пределы) путем сигнализации с выдачей диагнос­тического сообщения.

Функционально измерители-регуляторы организованы по схе­ме и состоят из следующих блоков:

входы — служат для согласования прибора с различными ти­пами датчиков;

блок обработки данных — включает измерители входных сиг­налов, вычислители дополнительных параметров (разности, от­ношения и т.п.), цифровые фильтры для повышения помехоус­тойчивости и логические устройства (ЛУ), формирующие управ­ляющие сигналы, которые затем подаются на выходные устрой­ства;

выходные устройства — служат для передачи управляющих сиг­налов на исполнительные механизмы.

Входы приборов предназначены для подключения измеритель­ных датчиков (термопреобразователей сопротивления, термопар с унифицированным выходным сигналом). Сигнал со входов по­ступает на микроконтроллер блока обработки данных. Для изме­рения температур возможно использование любой из модифика­ций входных устройств в зависимости от типа применяемых дат­чиков.

Подключение термопреобразователей сопротивления. Работа таких датчиков основана на температурной зависимости электрического сопротивления металлов. Датчик вы­полнен в виде катушки из тонкой медной или платиновой прово­локи на каркасе из изоляционного материала, заключенной в за­щитную гильзу.

Термопреобразователи сопротивления характери­зуются двумя параметрами: R — сопротивлением при 0°С и W — отношением сопротивления датчика при 100 °С к сопротивлению его при 0 "С.

В приборах использована трехпроводная схема подключения тер­мопреобразователей сопротивления. К одному из выводов термо­резистора R подсоединяются два провода, а третий подключается к другому выводу R. Такая схема позволяет скомпенсировать со­противление соединительных проводов. При этом необходимо со­блюдать условие равенства сопротивлений всех трех проводов.

Подключение термопар. Термопара (термоэлектричес­кий преобразователь) состоит из двух спаянных на одном из кон­цов металлических проводников с разными термоэлектрически­ми свойствами. Спаянный конец (рабочий спай) термопары по­гружается в измеряемую среду, а свободные концы (холодный спай) подключаются ко входу измерителей-регуляторов. Если тем­пературы рабочего и холодного спаев различны, то термопара вырабатывает термоЭДС, которая и подается на измеритель.

Поскольку термоЭДС зависит от разности температур двух спа­ев термопары, то для получения корректных показаний необхо­димо знать температуру холодного спая (ее свободных концов), чтобы скомпенсировать ее в дальнейших вычислениях. В прибо­рах, оснащенных схемой автоматической компенсации темпера­туры свободных концов термопары, датчиком температуры хо­лодного спая служит полупроводниковый диод.

Подключение датчиков с унифицированным выходным сигналом тока или напряжения. Многие датчики различных физических величин оснащены нормирующи­ми преобразователями. Они преобразуют сигналы с первичных преобразователей (термопар, термометров сопротивления, мано­метров, дифманометров и др.) в унифицированный сигнал по­стоянного тока в следующих диапазонах: 0...20, 4...20 и 0...5 мА. Диапазон выходного тока нормирующего преобразователя про­порционален значению параметра, измеряемого датчиком, и со­ответствует рабочему диапазону датчика, указанному в его техни­ческих характеристиках. Для работы нормирующих преобразова­телей используется дополнительный внешний источник питания 24 В постоянного тока.

Блок обработки данных и выходные устройства. В блоке обработки данных осуществляются вычисление значений параметров, их коррекция и цифровая фильтрация, масштабиро­вание, формирование логическим устройством управляющего или регистрирующего воздействия, индикация измеренных величин.

Логические устройства в соответствии с запрограммированны­ми пользователем параметрами формируют сигналы управления, которые через выходные устройства прибора (реле, транзистор­ные ключи и т.п.) подаются на исполнительные механизмы. Каж­дому ЛУ назначаются входная величина и режим работы. Режим работы ЛУ должен соответствовать типу закрепленного за ним выходного устройства прибора, определяемого при предваритель­ном выборе. Приборы могут содержать несколько ЛУ, в таком слу­чае они работают независимо друг от друга.

Логические устройства могут выполнять в зависимости от за­данного режима функции измерителя (регистратора), устройства сравнения (компаратора), регулятора.

Выходные устройства предназначены для передачи выходного управляющего сигнала на исполнительные механизмы либо пере­дачи данных на регистрирующее устройство.

3. Регулирование давления хладагента

Реле давления предназначены для контроля и автоматической защиты компрессора в случаях, когда давление нагнетания выше допустимого предела, предусмотренного испытанием системы на плотность, или давление всасывания меньше расчетного. Кроме того, реле низкого давления могут быть использованы для под­держания заданной температуры в охлаждаемом объекте. Реле дав­ления могут быть электромеханическими и электронными с тензодатчиком (сапфировый) или пьезодатчиком.

Реле давления выпускают:

1. Одноблочном исполнении.

Одноблочные реле давления по своей конструкции и принципу действия отличаются от маномет­рических реле температуры только отсутствием чувствительной термосистемы. Вместо нее контролируемое давление подается на сильфон через импульсную трубку.

2. Двухблочном исполнении. Реле контролиру­ет два давления, действующие на один микропереключатель.

В зависимости от назначения различают:

1. Реле низкого давления.

2. Реле высо­кого давления.

Прямое срабатывание реле низкого давления (размыкание кон­такта) происходит при понижении контролируемого давления до значения, установленного на шкале уставки. Обратное срабатыва­ние (замыкание контакта) происходит при повышении контро­лируемого давления на значение настройки дифференциала.

Прямое срабатывание реле высокого давления (размыкание кон­такта) происходит при увеличении контролируемого давления до величины, установленной на шкале уставки. Обратное срабатывание (замыкание контакта) бывает при понижении контролируе­мого давления на величину дифференциала.

Рис. 12.3. Схема двухблочного реле давления: 1 — винт-задатчик дифференциала; 2 — шкала дифференциала; 3 — шкала устав­ки низкого давления: 4 — пружина уставки низкого давления; 5 — винт-задатчик уставки низкого давления; б —плечо основного рычага узла низкого давления; 7— микропереключатель; 8— винт-задатчик уставки высокого давления; 9— пру­жина уставки высокого давления; 10 — шкала уставки высокого давления; 11 — двуплечий рычаг; 12 — сильфон высокого давления; 13— винт заводской настрой­ки; 14 — вспомогательная пружина; 15— сильфон низкого давления; 16— ос­новной рычаг низкого давления; 17—вилка дифференциала; пружина дифференциала (О,... 04 — оси вращения)

Двухблочное реле давления включает в себя узлы низкого и вы­сокого давлений (рис. 12.3).

Оба прибора смонтированы в одном корпусе и воздействуют на одну и ту же группу контактов, связанных с магнитным пуска­телем, управляющим работой электродвигателя компрессора.

Механизм реле состоит из двух сильфонов, заключенных в ко­жухи, двух штоков, системы рычагов, пружин, узлов настройки давления размыкания и дифференциала, а также блока электри­ческих контактов.

Узел низкого давления устроен и ра­ботает аналогично одноблочному реле низкого давления. Узел вы­сокого давления имеет нерегулируемый дифференциал. При воз­действии на сильфон высокого давления двуплечий рычаг узла высокого давления поворачивается против часовой стрелки и ото­двигает от кнопки микропереключателя плечо рычага низкого дав­ления. Основной рычаг узла низкого давления может оставаться в поднятом положении, а его плечо будет отодвинуто от микропе­реключателя пружиной заводской настройки. При понижении вы­сокого давления двуплечий рычаг перемещается по часовой стрелке и перестает препятствовать, замыканию контакта плечом узла низ­кого давления.

Реле давления устанавливают на щите компрессора и соеди­няют импульсными трубками с полостями всасывания и нагне­тания.

Нельзя присоединять приборы до всасывающего вентиля и после нагнетательного. Контакты приборов включаются последователь­но с катушками магнитного пускателя компрессора. Реле давле­ния, установленное на линии низкого давления называется прессостатом. Последний применяют для двухпозиционного регули­рования давления в испарителе путем включения и выключения компрессора. В некоторых схемах он применяется для защиты хо­лодильных машин при падении давления всасывания ниже опре­деленного значения.

Реле давления на линии высокого давления — маноконтроллер отключает компрессор при чрезмерно высоком давлении.

Электронные преобразователи давления. Возможность точной регулировки температуры, потребность в снижении энергопо­требления, а также необходимость регистрации температуры во всей холодильной установке — ни одна из этих задач не может быть решена без использования преобразователей давления.

Электронные преобразователи давления - это прибор преобразовывающий любое давление в холодильной установке в электронный сигнал.

Сигнал может быть преобразован в напряжение, ток или иметь цифровую форму и быть использован управляющим блоком уста­новки, находящимся в непосредственной близости от холодиль­ной установки или в центральном пункте управления сервисной фирмы на расстоянии сотен километров.

Поначалу преобразователи давления устанавливали в шкафах управления и соединяли с холодильной установкой посредством капиллярных, а позже стальных трубок так же, как монтировали регуляторы давления. Такое расположение обеспечивало преобра­зователям защищенную среду, но с точки зрения холодильной техники было далеко не оптимальным решением. Холодильная про­мышленность требовала устанавливать преобразователи именно там, где нужно проводить измерение давления. Здесь сигнал по давлению является наиболее корректным и к тому же длинные отрезки трубок весьма дороги и легко выходят из строя.

Преобразователи давления для холодильных установок и уста­новок кондиционирования воздуха работают в достаточно жест­ких условиях:

1. Влажность.

2. Лед.

3. Перепады температуры во всасы­вающей линии.

4. Пульсация давления.

5. Высокие температу­ры и вибрация в нагнетательном трубопроводе. Все это определяет выбор материалов и технологии изготовления преобразователей давления.

Главными критериями обеспечения долговремен­ной стабильной эксплуатации преобразователей давления будут следующие:

- лазерная сварка,

- кремниевый измерительный элемент,

- температурная компенсация,

- электро­магнитная совместимость.

Лазерная сварка - обеспечивает герметичность независимо от охлаждающей среды, температуры и срока эксплуатации.

Кремний — это полупроводник, являющийся наилучшим ма­териалом для измерительного элемента, поскольку не проявляет пластических деформаций под воздействием постоянных нагру­зок и сохраняет свою первоначальную размерность вплоть до раз­рушения. Кремний может подвергаться большим механическим напряжениям и не получать при этом повреждений. Это означает, что преобразователи давления могут выдерживать пульсации и высокое давление (3,3 МПа), которые являются обычными для холодильной установки. Кроме того, кремний обеспечивает высо­кую точность регулировки измерительного элемента в течение всего срока использования.

Температурная компенсация - предполагает, что сигнал преоб­разователя давления наиболее точен в том температурном диапа­зоне, для применения в котором предназначен преобразователь давления. Преобразователи, предназначенные для регулирования давления всасывания, поэтому оптимизируются в рамках темпе­ратурного режима от -30 до +40 °С, а преобразователи для управ­ления давлением масла и давлением конденсации — в диапазоне от 0 до 80 °С.

Элект­ромагнитной совместимости - встроенные электронные схемы и размещение всей электро­ники в металлическом корпусе означают, что все преобразовате­ли давления соответствуют международным стандартам по элект­ромагнитной совместимости.

Преобразователи давления со стандартным выходным сигна­лом 1...5, 1...6, 0... 10 В постоянного тока или 4... 20 мА использу­ют обычно вместе с PLC (программируемыми логическими кон­троллерами) или аналогичными стандартными регуляторами для управления давлением конденсации и производительностью ком­прессора, а также для контроля за давлением масла. Преобразова­тели давления применяют также на входе испарителя, где сигнал давления испарителя служит для управления электронным ТРВ.

4. Реле контроля смазки

Реле контроля смазки (РКС) - предназначены для автоматичес­кой защиты компрессоров и компрессорных агрегатов от пониже­ния разности давлений в системе смазки.

Рис. 12.4. Реле контроля смазки: 1, 7—сильфоны; 2, 3— упоры; 4, 20— рычаги; 5—шкала настройки; б—стрелка; 8, 14— винты, 9, 16 — шарниры; 10, 15, 17, 19— пружины; 11 — переключающий поводок; 12 — контактная планка; 13 — контакт; 18— шток

При равенстве давлений на нижний и верхний сильфоны основной рычаг находится в ниж­нем положении, поскольку сверху на него действует усилие пру­жины уставки (рис. 12.4). Плечо основного рычага не воздействует на контактную группу. Основной контакт разомкнут. Пуск компрес­сора или насоса возможен только при внешнем замыкании контак­тов, что обычно осуществляется путем включения в электрическую схему реле времени. Реле должно разомкнуть свои контакты через 45...60 с после пуска.

При повышении разности дав­лений контролируемой среды дав­ление на нижний сильфон стано­вится выше, чем на верхний. Это приводит к сжатию нижнего сильфона и растяжению верхнего, по­скольку они жестко связаны друг с другом ножевой опорой и што­ком. Основной рычаг поднимает­ся вверх, преодолевая сопротив­ление пружины уставки, и его плечо, воздействуя на контактную группу, замыкает основной кон­такт и размыкает дополнительный контакт сигнализации.

Если ко времени размыкания внешних контактов реле времени не произойдет замыкания основного контакта прибора, то рабо­тающий компрессор или насос остановится. В процессе работы компрессора или насоса контролируемая разность давлений дол­жна поддерживаться постоянно. При понижении контролируемой разности давлений до значения, установленного на шкале прибо­ра, произойдут размыкание его контакта и остановка контроли­руемого механизма.

5. Регулирование холодопроизводительности

Способы регулирования холодо­производительности:

1. Пуск — остановка. Основной способ регулирования работы холодильной установки. В момент включения холодильной уста­новки холодопроизводительность выше, чем в рабочем режиме примерно в два раза. Конденсатор работает только в том режиме, на который рассчитан, поэтому в момент пуска давление конден­сации повышается.

2. Поочередное включение и выключение компрессоров (если их несколько). Способ регулирования более предпочтителен, чем предыдущий.