Способы регулирования холодопроизводительности холодильной машины

Способы регулирования холодопроизводительности компрессоров

Параметры холодильных компрессоров подбираются исходя из максимальных перепадов температур, характерных для функционирования данной холодильной системы. Следовательно, на всех промежуточных рабочих режимах производительность компрессора холодильной установки избыточна и нуждается в регулировании с целью снижения расходов на эксплуатацию холодильного оборудования.

Компания «Холод», много лет работая в области промышленного холода, рекомендует самые качественные холодильные компрессоры Mycom и Bitzer, предлагая свои услуги в организации эффективной работы этих агрегатов.

Способы изменения холодопроизводительности компрессора холодильной установки

Работа компрессорного оборудования может изменяться с помощью системно-интегрированного регулирования, которое включает:

• перепуск хладагента со стороны высокого давления на сторону низкого;
• дросселирование на всасывании.

Однако данные способы имеют очень малую энергетическую эффективность, т.к. электропотребление компрессора лишь незначительно снижается: в первом случае из-за небольшого снижения давления конденсации, во втором – благодаря изменению давления всасывания.

В отличие от системного регулирования, методы регулирования холодопроизводительности компрессора обладают бОльшей эффективностью и вместе с интеллектуальной системой управления с холодильных щитов имеют хороший потенциал энергосбережения при неполных нагрузках.

Критерии подбора методов регулирования холодопроизводительности промышленных компрессорных агрегатов:

1. 1) характеристика регулирования (ступенчатое или плавное);
2. 2) величина энергопотребления;
3. 3) стоимость выбранного решения;
4. 4) характеристики работы компрессора (минимальное время, область применения);
5. 5) характеристики холодильной системы (нагрузка электросети).

Методы регулирования производительности компрессора холодильной установки

Глобально методы регулирования производительности компрессора холодильной установки делятся на:

• 1) метод пусков и остановок компрессора;
• 2) механическое регулирование работы компрессора;
• 3) изменение частот вращения компрессора.

Методы пусков и остановок компрессора холодильной установки:

1. Включение и выключение компрессора как способ регулирования холодопроизводительности компрессора эффективен только для холодильных систем с относительно постоянной нагрузкой и высокой аккумулирующей способностью. Иначе излишне частые пуски и выключения при эксплуатации компрессора приведут к значительному сокращению ресурса оборудования и увеличению расходов на сервис компрессоров, а из-за сильных изменений рабочих условий эффективность работы системы существенно сократится.

2. Работа в тандеме или параллельная работа нескольких компрессоров в одном холодильном контуре, при которых требуемая нагрузка изменяется изменением режима работы отдельных компрессоров.

3. Разделение холодильной системы на несколько рабочих контуров, при котором холодильная система превращается в чиллер с общим контуром промежуточного хладоносителя и объединенными в один агрегат конденсаторами и испарителями с разделением на стороне хладагента. Широкий диапазон регулирования работы агрегатов наряду с параллельной работой отдельных контуров охлаждения обеспечивает высокую точность регулировки и усиление безопасности персонала при утечке хладагента. В качестве недостатков можно назвать высокие капитальные расходы и неполное использование теплообменных аппаратов при частичных нагрузках.

Методы механического регулирования холодопроизводительности компрессоров

В зависимости от конструкции агрегата, разные методы механического регулирования применяется к винтовым и поршневым компрессорам.

Методы механического регулирования поршневого холодильного компрессора:

1. Разгрузка цилиндров – наименее затратный и наиболее часто применяющийся метод при использовании в холодильных установках многоциллиндровых (4-х, 6-ти и 8-ми) компрессоров, при котором на каждой ступени нагрузки отключаются два цилиндра, благодаря чему возможна регулировка холодопроизводительности с различными интервалами (25-50-75-100% или 33-66-100%). Более тонкая регулировка возможна при использовании метода разгрузки цилиндров в холодильных системах, использующих несколько работающих параллельно компрессоров.
2. Отжим всасывающих (кольцевых) клапанов является особо эффективным методом регулирования холодопроизводительности при использовании его для крупных промышленных компрессоров и применяется также для разгруженного пуска агрегатов. Суть этого метода в том, что газ, всасываемый цилиндрами, при нагнетании поступает на сторону всасывания, и цилиндр работает практически на холостом ходу. При этом энергопотери возникают только из-за механического трения колец и сопротивления в клапане всасывания.
3. Внутренний перепуск пара, который осуществляется с помощью установки регулирующего клапана (байпаса), прерывающего поток и предотвращающего противоток газа между полостями низкого и высокого давления цилиндров. Этот метод регулирования холодопроизводительности поршневого холодильного компрессора относительно прост и часто используется для полугерметичных агрегатов, хотя и имеет существенные недостатки: высокое термическое напряжение и значительные потери при работе байпаса.
4. Изменение мертвого объема цилиндров, которое реализовывается с помощью подключения дополнительных полостей и, следовательно, уменьшения объема мертвого пространства цилиндра. Данный метод имеет свои ограничения (применяется только в компрессорах, число цилиндров в которых менее четырех) и недостатки (снижение эффективности при неполной нагрузке из-за больших потерь при обратном расширении, диапазон регулирования сильно зависит от отношения давлений).
5. Сокращение хода сжатия, т.е. механическое изменение хода поршня в герметичных компрессорах.

Методы механического регулирования винтовых холодильных компрессоров:

1. Внутренний перепуск пара является очень простым и рентабельным решением, но имеет ряд недостатков: снижение эффективности при работе в режиме полной загрузки, повышенное термическое напряжение при высоком перепаде давлений. Суть метода в том, что в рабочей зоне винтового компрессора пробиваются отверстия, которые с помощью управляемого клапана сообщаются с всасыванием, и при частичной нагрузке сжатый газ возвращается в камеру всасывания, сокращая при этом объемный расход.
2. Внутренние управляющие поршни, которые при воздействии на них открывают широкие каналы для перенаправления всасываемого газа в рабочую область винтовых холодильных компрессоров. Благодаря этому способу сокращается рабочая длина ротора и уменьшается объемная производительность агрегата, что делает возможным эффективное ступенчатое регулирование холодопроизводительности компрессора.
3. Регулирующий золотник между ведущим и ведомым роторами, параллельный оси вала, применяется в крупных компрессорных агрегатах, обеспечивая как ступенчатое, так и плавное эффективное изменение холодопроизводительности компрессора.

Также для изменения холодопроизводительности компрессора применяется изменение частоты вращения вала. Являясь самым выгодным способом регулирования холодопроизводительности агрегата, этот метод применяется при условии, что двигатель компрессора допускает экономичное изменение частоты вращения.

Источник

Регулирование производительности холодильных установок

Все холодильное оборудование функционирует в условиях широкодиапазонных колебаний тепловых нагрузок в зависимости от сферы его применения. Поэтому такие установки нуждаются в специальных регулирующих приборах. Подобные устройства работают по:

• изменению состояния входящих паров. Данное состояние определяет холодопроизводительность благодаря регулированию давления испарения.
• изменению общего расхода хладагента. Добивается благодаря регулировке количества оборотов компрессора, перезапуску между всасывающими и нагнетательными коллекторами, блокировке клапанов.

Простая регулировка производительности

Приведение массового расхода охлаждающего вещества в соответствие с потребностями в холоде за счет изменения количества оборотов компрессора – самый легкий способ регулирования холодопроизводительности и не требует наличия каких-либо дополнительных приспособлений. Цена на приводные механизмы непрерывного линейного регулирования оборотов высока, поэтому данные системы в стандартных условиях редко применяются. В результате изменение числа оборотов двигателя выполняется ступенчато с помощью электромоторов с многополюсным подключением. В случае наличия больших мощностей могут применяться тиристоры, однако данные устройства добавляют дороже.

Популярный способ регулирования холодопроизводительности

Наиболее часто применяющимся способом регулирования массового расхода охлаждающего вещества считается блокировка в открытом положении всасывающих клапанов цилиндров агрегата. Такая система позволяет обеспечивать пропорциональную линейную регулировку и применяется для много-цилиндровых устройств. Сфера использования компрессоров, регулируемых подобной методикой, ограничивается необходимостью отводить тепловую энергию, образующуюся благодаря трению.

Блокировкой клапанов в открытом режиме могут заниматься термореле либо реле давления, которые управляются шаговым регулятором. Чтобы реализовать еще один метод регулировки общего расхода можно запускать сжатые пары в трубопровод, занимающийся всасыванием воздуха. В этом случае применяется или электромагнитный клапан, соединенный с реле низкого давления, или клапан постоянного давления, начинающий работать при понижении всасывающего давления. Вход горячего сжатого газа в коллектор еще больше увеличивает температуру, при том, что диапазон регулировки подобной системы является меньшим. Но намного большего диапазона линейности можно добиться путем впрыскивания жидкого хладагента во всасывающую магистраль через терморегулирующий вентиль, либо перезапуском горячих газов в заданную область испарителя.

В ходе данных процессов нужно хорошо перемешивать горячие газы и жидкость, чтобы получилась совершенно однородная смесь. Отметим, что такие системы всегда характеризуются опасностью неполного закрытия регулятора перезапуска, либо регулятора холодопроизводительности при высокой тепловой нагрузке. Исходя из этого, стоит выше по потоку монтировать специальный электромагнитный клапан, способный закрываться при росте температуры или давления в системе.

Источник

Устройства регулирования холодопроизводительности

Наиболее часто используется регулировка массового расхода хладагента путем блокировки в открытом положении всасывающих клапанов одного или нескольких цилиндров, однако нельзя не учитывать возникающие при этом потери на трение. Подобная система обеспечивает линейное пропорциональное регулирование и является вполне допустимой для много-цилиндровых компрессоров, позволяя одновременно разгружать их на запуске. Однако область применения компрессоров, регулируемых таким способом, ограничена необходимостью отводить тепло, которое образуется за счет трения в потоке невостребованного расхода и повышает температуру в конце сжатия.

Команду на блокировку клапанов в открытом положении может выдавать реле давления или термореле, управляемые шаговым регулятором. Для реализации еще одного способа регулирования массового расхода можно также перепускать сжатые пары во всасывающий трубопровод. При этом используется либо электромагнитный клапан, объединенный с реле низкого давления, либо клапан постоянного давления, открывающийся, как только давление всасывания начинает падать. Впрыск сжатых горячих газов во всасывающий коллектор еще больше повышает температуру в конце сжатия, при том что теоретический диапазон регулирования такой системы меньше. Однако можно достичь гораздо большего диапазона линейности системы, почти 100%, если с помощью терморегулирующего вентиля впрыскивать жидкий хладагент во всасывающую магистраль или перепускать горячие газы в соответствующую точку испарителя.

В любом случае необходимо стараться как можно лучше перемешать жидкость и горячие газы для получения совершенно однородной смеси. Но в таких схемах всегда существует опасность, что при полной тепловой нагрузке регулятор перепуска или регулятор холодопроизводителъности полностью не закроется. В связи с этим целесообразно выше по потоку устанавливать электромагнитный клапан, который будет закрываться, как только вырастет давление или температура.

Источник

3.4. Производительность холодильной установки и способы ее регулирования

Холодопроизводительность холодильной установки характеризуется количеством теплоты, отводимой от охлаждаемого объекта. Эта теплота расходуется на превращение в пар определенного количества хладагента в камерных приборах.

Холодопроизводительность компрессора — условное понятие. Под ней понимают объем пара, отсасываемого из испарительной системы компрессором или группой компрессоров.

Различают теоретическую, действительную и стандартную холодопроизводительность компрессора.

Для оценки работы действительного поршневого компрессора его сравнивают с теоретическим, который имеет такую же величину объема, описанного поршнями. В теоретическом компрессоре не учитываются потери.

Теоретическую холодопроизводительность компрессора определяют по формуле Q_OT = V_hq_v, где Q_OT — теоретическая холодопроизводительность компрессора, кВт; V_h — теоретическая объемная подача (объем, описанный поршнями компрессора), м³/с; q_v — удельная объемная производительность хладагента, кДж/м³.

Теоретическая объемная подача поршневого компрессора может быть рассчитана по формуле V_h = πD² / 4Snz, где D — диаметр цилиндра, м; S — ход поршня, м; n — частота вращения вала компрессора, с -1 ; z — число цилиндров.

Действительная холодопроизводительность компрессора меньше теоретической вследствие наличия потерь: происходит расширение пара, остающегося в конце сжатия в мертвом пространстве; давление всасывания ниже давления кипения, а давление нагнетания выше давления конденсации; пар в цилиндре подогревается; имеются перетекания пара через поршневые кольца, клапаны и другие неплотности; происходит дросселирование в клапанах и т. д. В герметичных и бессальниковых компрессорах пар перегревается, охлаждая обмотки электродвигателя.

Величина всех перечисленных потерь характеризуется коэффициентом подачи λ. С повышением температуры конденсации или понижением температуры кипения увеличиваются потери, коэффициент подачи уменьшается.

Действительная холодопроизводительность компрессора может быть рассчитана по формуле Q_0q = Q_0T λ или

На рис. 23 показан график зависимости коэффициента подачи от степени сжатия для различных типов компрессоров.

Под степенью сжатия Е понимается отношение абсолютного давления нагнетания к абсолютному давлению всасывания: Е = Р_К/Р₀, где Е — степень сжатия; Р_К — абсолютное давление нагнетания, МПа; Р₀ — абсолютное давление всасывания, МПа.
В технической документации на холодильные компрессоры указывается стандартная холодопроизводительность. Это действительная холодопроизводительность компрессора при стандартных условиях его работы.
В качестве стандартного режима по отраслевому стандарту (ОСТ 2603-943—77) принимаются следующие температуры кипения, всасывания, конденсации и переохлаждения, °С:

Стандартный режим введен для возможности испытания и сравнения характеристик различных компрессоров в сопоставимых условиях. Действительные рабочие параметры, как правило, отличаются от стандартного режима.

На рис. 24 представлена зависимость холодопроизводительности компрессоров серии П, входящих в агрегаты А110, А165 и А220, от температур кипения и конденсации.

Стандартная холодопроизводительность компрессора может быть определена по формуле Q_0ст = Q₀ (q_vст λ_ст) / q_v λ, где q_vст — удельная объемная холодопроизводительность компрессора, работающего в стандартном режиме, кВт; λ_ст — коэффициент подачи в стандартном режиме; Q₀ — рабочая холодопроизводительность компрессора, кВт.

Выбор холодопроизводительности компрессора делается из расчета максимальной расчетной тепловой нагрузки.

Для стабильного поддержания заданных температур в охлаждаемых помещениях необходимо отрегулировать холодопроизводительность установки до величины, соответствующей величине теплопритоков в охлаждаемые помещения в данное время года, суток и при конкретной тепловой нагрузке. Существуют следующие способы регулирования холодопроизводительности холодильной установки:

ручное или автоматическое включение и выключение компрессоров;

ступенчатое или плавное изменение частоты вращения электродвигателя;

подключение дополнительного мертвого пространства компрессора;

отключение отдельных цилиндров путем отжима пластин всасывающих клапанов;

уменьшение подачи жидкого хладагента в камерные приборы;

выключение части камерных приборов;

соединение нагнетательной полости компрессора со всасывающей (байпасирование);

прикрытие всасывающего вентиля компрессора.

Ручное включение и выключение компрессоров. Наиболее простым способом регулирования холодопроизводительности холодильной установки является отключение части работающих компрессоров при понижении температуры кипения или подключении дополнительных компрессоров при ее повышении.

Серьезной ошибкой является попытка добиться понижения температуры камеры путем уменьшения подачи хладагента в камерные приборы. В этом случае понижается температура кипения, но вследствие недостатка хладагента в камерных приборах температура охлаждаемого объекта повышается.

Автоматическое включение и выключение компрессоров. Автоматический пуск и остановка компрессора производятся по команде термореле, контролирующего температуру в охлаждаемом помещении или температуру хладоносителя,
либо по команде реле низкого давления, контролирующего давление всасывания компрессора.

При работе компрессора на охлаждение одной камеры или любого другого объекта (например, танка с молоком) достаточно применения одного автоматического включения и выключения компрессора. При поддержании с помощью одного компрессора различных температур в охлаждаемых объектах дополнительно применяются и другие способы регулирования холодопроизводительности установки, например уменьшение подачи хладагента в камерные приборы (см. ниже).

Ступенчатое изменение частоты вращения электродвигателя. Частота вращения электродвигателя может быть изменена за счет подключения дополнительных пар полюсов. Используются двух- и трехскоростные электродвигатели асинхронного типа. Уменьшение числа включенных пар полюсов приводит к возрастанию частоты вращения электродвигателя.

Плавное изменение частоты вращения электродвигателя. Метод плавного изменения частоты вращения электродвигателя компрессора более целесообразен с точки зрения экономичности эксплуатации, чем метод ступенчатого изменения. При плавном изменении частоты вращения электродвигателя происходит плавное изменение холодопроизводительности компрессора, что дает возможность поддерживать в охлаждаемых помещениях стабильную температуру. Однако этот метод значительно усложняет конструкцию электропривода и по этой причине применяется ограниченно.

Подключение дополнительного мертвого пространства компрессора. Дополнительный объем мертвого пространства располагается в крышке или стенке цилиндров компрессора. Величина этого объема может меняться плавно или ступенчато. Холодопроизводительность компрессора уменьшается с увеличением мертвого пространства. Энергетические потери при таком способе регулирования холодопроизводительности велики и связаны с необходимостью сжатия пара, находящегося в дополнительном объеме мертвого пространства.

Отключение отдельных цилиндров компрессора путем отжима пластин всасывающих клапанов. На некоторых зарубежных непрямоточных поршневых компрессорах имеется устройство для отжима пластин всасывающих клапанов с пневматическим и гидравлическим управлением. При пневматическом управлении пластина всасывающего клапана отключаемого цилиндра отжимается давлением пара, сжимаемого в других цилиндрах. При гидравлическом управлении всасывающие клапаны неработающего компрессора находятся в отжатом состоянии и возвращаются в рабочее положение только при достижении
разности давлений в системе смазки компрессора. Такая конструкция позволяет запускать компрессор без нагрузки, но не обеспечивает регулирование холодопроизводительности для поддержания заданной температуры.
На отечественных компрессорах применяется электромагнитное управление — отжимом пластин всасывающих клапанов. Так, регулирование холодопроизводительности поршневых непрямоточных компрессоров типа П110, ФУ-40РЭ и их модификаций осуществляется отжимом пластин за счет электромагнитного поля, сосредоточенного в зоне пластин, которое удерживает пластины у розетки клапана (рис. 25). Источником поля являются электромагниты, размещенные в верхних крышках цилиндров. Напряжение, подаваемое на катушки электромагнитов, составляет 24 В. Компрессоры с регулированием холодопроизводительности оснащают специальными всасывающими клапанами, приспособленными для электромагнитного регулирования. При подаче напряжения на катушку электромагнита образуется магнитное поле, которое показано на рис. 25 стрелками. Благодаря наличию в корпусе катушки и в розетке всасывающего клапана вваренных вставок из немагнитной стали (на рис. 25 показаны черным цветом) магнитые силовые линии распространяются, как указано на схеме. Пластина всасывающего клапана отрывается от седла, которым является верхняя плоскость гильзы цилиндра; она прижимается к розетке, установленной на гильзе, замыкая магнитное поле между внешним и внутренним кольцами корпуса розетки клапана. Направляющая клапана выполнена из алюминия, что исключает замыкание магнитных силовых линий непосредственно через нагнетательный клапан. При снятии напряжения с катушки всасывающий клапан включается.

Этот способ экономичен и обеспечивает как разгрузку компрессора при пуске, так и ступенчатое регулирование производительности компрессора в ходе его эксплуатации путем отключения любого количества цилиндров.

Уменьшение подачи жидкого хладагента в камерные приборы. При использовании одного компрессора для охлаждения нескольких камер с различными температурами применяют ограничение подачи жидкого хладагента в камерные приборы. При этом имеет место искусственное отклонение от оптимального режима: увеличивается разность между температурами охлаждаемых помещений и температурой кипения. Это снижает энергетические показатели работы холодильной установки, однако находит применение в малых холодильных установках для хранения различных продуктов (молока, творога, сливочного масла и т. д.) при режимах, рекомендованных технологией хранения.

Соединение нагнетательной полости компрессора со всасывающей (байпасирование). Байпасирование дает возможность, перепуская пар из нагнетательной полости во всасывающую, разгрузить компрессор при пуске. Длительная работа компрессора при открытом байпасе невозможна, поскольку приводит к его перегреву.

Прикрытие всасывающего вентиля компрессора. При переполнении испарителя жидким хладагентом холодопроиз-
водительность компрессора уменьшают, прикрывая всасывающий вентиль компрессора или запорный вентиль на испарителе. Дросселирование пара перед компрессором уменьшает интенсивность кипения хладагента в испарителе. Таким образом исключают вынос капельной влаги из испарителя в компрессор. Если дросселирования пара для этого недостаточно — частично приоткрывают байпас.

Источник