Системы автоматизированного управления электроприводами холодильных агрегатов. Системы автоматизации холодильных машин. Регулирование температуры в охлаждаемом объекте

Главным условием технического развития любой отрасли промышленности является автоматизация производственных процессов, т.е. комплекс технических мероприятий, полностью или частично исключающих участие человека в определенном этапе производственного процесса.

Главными целями автоматизации холодильных установок являются:

• механизация производственного процесса;
• точное поддержание заданных параметров работы оборудования;
• предотвращение поломки оборудования;
• повышение срока службы холодильного оборудования;
• сокращение персонала и уменьшение затрат на оплату труда;
• обеспечение безопасной работы персонала.

Любая операция, производимая машинистом современных холодильных машин, поддается автоматизации, но это не значит, что необходимо автоматизировать все процессы. Автоматика для холодильного оборудования необходима только в тех случаях, когда для выполнения операций вообще не требуется квалификации исполнителя или когда исполнитель не сможет добиться необходимой точности регулирования. Также необходимо в обязательном порядке автоматизировать все процессы, проходящие во взрывоопасных и вредных для здоровья человека условиях.

По степени автоматизации холодильное оборудование можно условно разделить на три группы:

1. 1. Холодильное оборудование с ручным управлением – все функции управления и контроля холодильной системы выполняет персонал.
2. 2. В частично автоматизированном холодильном оборудовании некоторые процессы автоматизированы, но оборудование должно работать при постоянном присутствии персонала; в таких машинах чаще всего пуск происходит вручную, а остановка автоматизирована.
3. 3. Полностью автоматизированное холодильное оборудование не требует постоянного присутствия обслуживающего персонала, но не отменяет необходимости периодических осмотров и проведения технического обслуживания по установленному регламенту. В основном полностью автоматизированными бывают пароэжекторные и абсорбционные холодильные агрегаты из-за отсутствия в них движущихся механизмов.

Разновидности систем автоматизации холодильных установок

Система автоматизации – это совокупность объекта автоматизации и автоматических устройств, благодаря которым возможно управлять работой холодильных систем без участия обслуживающего персонала.

Виды систем автоматизации:

Разомкнутые системы – применяются редко, делятся на виды:

• разомкнутая система автоматизации с прямой связью, в которой слежение идет по косвенному параметру (например, в системах вентиляции по температуре наружного воздуха);
• разомкнутая система автоматизации с обратной связью, которая выполняет только информационные функции (измерение, сигнализация).

Замкнутые системы, принцип работы которых заключается в определении отклонения фактической величины регулирующего параметра от заданной. Именно такие системы автоматизации применяются для контроля работы холодильной установки . Виды замкнутых систем автоматизации:

• системы автоматического регулирования, т.е. те, которые поддерживают параметры на заданном уровне;
• системы автоматической защиты, т.е. те, которые автоматически выключают оборудование, когда его нормальная работа нарушается.

Основные части и приборы системы автоматизации холодильной установки

Основные части системы автоматизации холодильной установки :

• измерительный (чувствительный) элемент, снабженный приспособлением для настройки управления холодильными параметрами на заданное значение;
• датчик, который регистрирует изменение регулируемой величины;
• холодильный щит управления , т.е. регулирующий орган, который по сигналу измерительного элемента изменяет подачу сигнала или энергии в регулируемый объект;
• передаточное устройство, которое соединяет датчик с передаточным механизмом.

Щит управления холодильным агрегатом и устройствами автоматизации холодильной установки

Основным элементом, который контролирует приборы систем автоматизации холодильной установки, является щит управления холодильным агрегатом . На щите управления размещены устройства автоматического управления, регулирования и защиты, а также средства сигнализации, благодаря которым обеспечивается нормальное функционирование холодильной системы.

Приборы автоматического управления, размещенные на щите управления холодильным агрегатом , регулируют работу насосов и компрессоров при изменении нагрузки. При понижении температуры хладагента, а также при понижении давления в испарителях ниже предельного значения компрессоры автоматически останавливаются; при повышении температуры в испарителе компрессоры автоматически включаются. Иногда для автоматического управления компрессорами используется реле времени, которое программируют на определенное время включения агрегатов.

С помощью приборов автоматического регулирования на щите управления поддерживаются на оптимальном уровне ключевые параметры работы холодильной установки – температура и давление. При понижении тепловой нагрузки температура хладоносителя поддерживается на заданном уровне благодаря плавному автоматическому регулированию холодопроизводительности установки, которое может осуществляться такими путями:

1. 1) дросселированием паров хладагента перед компрессором, в результате чего понижается давление;
2. 2) перепуском части паров из нагнетательной линии во всасывающую;
3. 3) увеличением мертвого пространства в поршневом компрессоре, в результате чего снижается отсос паров хладагента из испарителя.

С помощью приборов автоматического регулирования, которые изменяют подачу хладагента в испаритель, также обеспечивается безопасная работа компрессора и его защита от гидравлического удара.

Автоматическая сигнализация применяется для извещения оператора холодильной установки об изменении режима функционирования оборудования, которое может вызвать срабатывание автоматической защиты. Также автоматическая сигнализация звуковым сигналом извещает оператора о включении и выключении оборудования, арматуры и приборов.

Автоматическая защита холодильного оборудования позволяет избежать опасных последствий нарушения нормальных параметров работы холодильных машин. При резких изменениях параметров функционирования (сильном увеличении давления нагнетания, снижении давления и температуры испарения, несоблюдении режима работы смазочной системы, проверка холодильной системы и других ситуациях) специально предназначенные приборы отключают холодильные установки, предотвращая их поломку.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ МАРИЙ ЭЛ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

РЕСПУБЛИКИ МАРИЙ ЭЛ

«ТРАНСПОРТНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ТЕХНИКУМ».

Курсовая работа на тему

Автоматизация холодильных установок

ПМ 01.02 Cистемы автоматизации сельскохозяйственных организации

Смирнов А.В.

Красный Яр

Введение

1.3 Схема холодильного цикла

2.1 Методика разработки схемы

Заключение

Список литературы

Введение

Автоматизированные системы управления и регулирования являются неотъемлемой частью технологического оснащения современного производства, способствуют повышению и качества продукции и улучшают экономические показатели производства за счет выбора и поддержания оптимальных технологических режимов.

Автоматизация освобождает человека от необходимости непосредственного управления механизмами. В автоматизированном процессе производства роль человека сводится к наладке, регулировке, обслуживании средств автоматизации и наблюдению за их действием. Если автоматизация облегчает физический труд человека, то автоматизация имеет цель облегчить так же и умственный труд. Эксплуатация средств автоматизации требует от обслуживающего персонала высокой техники квалификации.

По уровню автоматизации компрессорные холодильные установки занимает одно из ведущих мест среди других отраслей промышленности. Холодильные установки характеризуются непрерывностью протекающих в них процессов. При этом выработка холода в любой момент времени должна соответствовать потреблению (нагрузке). Почти все операции на холодильных установках механизированы, а переходные процессы в них развиваются сравнительно быстро. Этим объясняется высокое развитие автоматизации в охладительной технике.

Автоматизация параметров дает значительные преимущества:

Обеспечивает уменьшение численности рабочего персонала, т. е. повышение производительности его труда,

Приводит к изменению характера труда обслуживающего персонала,

Увеличивает точность поддержания параметров вырабатываемого холода,

Повышает безопасность труда и надежность работы оборудования,

устройства управления

Цель автоматизации холодильных машин и установок - это повышения экономической эффективности их работы и обеспечение безопасности людей (в первую очередь обслуживающего персонала).

Экономическая эффективность работы холодильной машины обеспечивается уменьшением эксплуатационных расходов и сокращением затрат на ремонт оборудования.

Оборудование с ручным управлением и частично автоматизированные машины работают с постоянным присутствием обслуживающего персонала.

Полностью автоматизированное оборудование не требует постоянного присутствия обслуживающего персонала, но не исключает необходимости периодических контрольных осмотров и проверок по установленному регламенту.

Автоматизированная холодильная установка должна содержать одну или несколько систем автоматизации, каждая из которых выполняет определенные функции. Кроме того, существуют устройства объединяющие (синхронизирующие) работу этих систем.

Система автоматизации - это совокупность объекта автоматизации и автоматических устройств, позволяющих управлять работой автоматизации без участия обслуживающего персонала.

Объектом курсового проекта является холодильная установка в комплексе, отдельные ее элементы.

Целью данного курсового проекта является описание технологического процесса холодильного оборудования, разработка функциональной схемы данной установки и выбор технических средств автоматизации.

1. Описание технологического процесса

1.1 Автоматизация холодильных компрессорных станций

Искусственный холод находит широкое применение в пищевой промышленности, в частности при консервировании скоропортящихся продуктов. При охлаждении обеспечивается высокое качество хранимых и выпускаемых продуктов.

Искусственное охлаждение может осуществляться периодически и непрерывно. Периодическое охлаждение происходит при плавлении льда либо при сублимации твердого диоксида углерода (сухого льда). Этот способ охлаждения обладает большим недостатком, так как в процессе плавления и сублимации хладагент теряет свои охлаждающие свойства; при длительном хранении продуктов трудно обеспечить определенную температуру и влажность воздуха в холодильной камере.

В пищевой промышленности широко распространено непрерывное охлаждение с применением холодильных установок, где хладагент -- сжиженный газ (аммиак, фреон и др.) -- совершает круговой процесс, при котором он после осуществления холодильного эффекта восстанавливает свое первоначальное состояние.

Применяемые хладагенты кипят при определенном давлении, зависящем от температуры. Следовательно, изменяя давление в сосуде, можно изменять температуру хладагента, а следовательно, и температуру в холодильной камере. Компрессор всасывает фреон из испарителя II, сжимает их и через маслоотделитель III нагнетает в конденсатор IV. В конденсаторе фреон конденсируются за счет охлаждающей воды, и жидкий фреон из конденсатора, охлажденный в линейном ресивере V, через регулирующий вентиль VI поступает в испаритель II, где, испаряясь, охлаждает промежуточный хладоноситель (рассол, ледяную воду), нагнетаемый к потребителям холода насосом VII.

Регулирующий вентиль VI служит для дросселирования жидкого фреона, температура которого при этом снижается. Система автоматизации предусматривает автоматическое управление работой компрессора и противоаварийные защиты. Командой на автоматический пуск компрессора служит повышение температуры рассола (ледяной воды) на выходе из испарителя. Для управления температурой используется регулятор температуры типа, датчик которого устанавливается на трубопроводе выхода рассола (ледяной воды)из испарителя.

При работе компрессора в автоматическом режиме функционируют следующие противоаварийные защиты: от понижения разности давлений масла в системе смазки и картере - применяется датчик-реле разности давлений; от понижения давления всасывания и повышения давления нагнетания - применяется датчик-реле давления; от повышения температуры нагнетания - применяется датчик-реле температуры; от отсутствия протока воды через охлаждающие рубашки - применяется реле протока; от аварийного повышения уровня жидкого фреон в испарителе -- применяется полупроводниковое реле уровня.

При пуске компрессора в автоматическом режиме открывается вентиль с электромагнитным приводом на подаче воды в охлаждающие рубашки и закрывается вентиль на байпасе.

Контроль давления рассола в нагнетательном трубопроводе осуществляется датчиком-реле давления.

Дистанционный контроль температуры воздуха, рассола, воды в контрольных точках холодильной установки осуществляется термопреобразователями.

Аппаратура контроля, управления и сигнализации остального технологического оборудования размещена в панелях щита управления.

1.2 Анализ возмущающих воздействий объекта автоматизации

В данной схеме предусмотрены контроль, регулирование, управления и сигнализация параметров технологического процесса.

Контроль верхнего и нижнего уровней жидкого фреона в линейном ресивере, в котором контролируется уровень от которого зависит наполнение ресивера.

Также контролю подлежит температура воздуха в холодильной установке от которой зависит охлаждение и количество вырабатываемого холода. холодильный автоматизация воздухоохладитель компрессорный

Контроль давления холодного рассола в нагнетательном трубопроводе, который зависит от нагнетания насосом, насос воздействуя на холодный рассол изменяет его подачу.

Также контролируется температура холодной воды поступающей из бассейна в конденсатор которая необходима для конденсирования (охлаждения) паров фреона.

На выходе из конденсатора контролируется температура жидкого фреона, который поступает в линейный ресивер.

Регулирующий вентиль VI установленный на трубопроводе служит для дросселирования жидкого фреона, за счет чего температура при этом снижается.

Повышение температура рассола (ледяной воды) на выходе из испарителя управляет работой компрессора и служит командой на автоматический пуск компрессора.

На трубопроводе от ресивера установлен вентиль с электромагнитным приводом, воздействуя на который регулируется подача жидкого фреона в испаритель.

При отсутствии протока воды через охлаждающие рубашки или давления воды ниже установленного предела, отключается компрессор.

На подаче воды в охлаждающие рубашки, на трубопроводе установлен вентиль с электромагнитным приводом, воздействуя на который при пуске компрессора в автоматическом режиме изменяет его положение в открытое состояние, а при этом закрывается вентиль.

От аварийного повышения уровня жидкого аммиака в испарителе установлены датчики температуры, следящие за верхним уровнем. Через вентиль установленный па трубопроводе от ресивера регулируется уровень жидкого фреона в испарителе.

1.3 Схема холодильного цикла

Холодильный цикл в основном идентичен с другими нормальными технологиями. Наиболее важное отличие - добавочное трубное подсоединение от жидкостной линии к импульсному клапану впрыска на компрессоре. Чтобы обеспечить доступ кипящей свободной жидкости, трубопроводы следует устанавливать на горизонтальной секции жидкостной линии и прежде всего направлять вниз. Фильтр должен быть установлен для защиты импульсного клапана впрыска и компрессора; смотровое стекло дает возможность визуальной проверки жидкостного снабжения. Размеры жидкостной линии к импульсному клапану впрыска: 10 мм (3/8”). Конструкция и управление цикла имеет важное влияние от цикла впрыска и поэтому от полной производительности изделия. Перегрев всасываемого газа и разницу между давлением конденсации и всасывания следует сохранять как можно меньше (необходимо устанавливать минимальный перегрев).

Хорошая изоляция линии всасывания/ короткие прогоны труб;

Отказ от теплообменников (когда возможно);

Низкое давление падения в трубах и составляющих;

Малая температурная разница испарителя и конденсатора;

Контроль давления конденсации.

2. Разработка функциональной схемы холодильной установки

2.1 Методика разработки схемы

Схемы автоматизации являются основным техническим документом, определяющим функционально-блочную структуру отдельных узлов автоматического контроля, управления и регулирования технологического процесса и оснащение объекта управления приборами и средствами автоматизации (в том числе средствами телемеханики и вычислительной техники).

Объектом управления в системах автоматизации технологических процессов является совокупность основного и вспомогательного оборудования вместе с встроенными в пего запорными и регулирующими органами, а также энергии, сырья и других материалов, определяемых особенностями используемой технологии.

Задачи автоматизации решаются наиболее эффективно тогда, когда они прорабатываются в процессе разработки технологического процесса.

В этот период нередко выявляется необходимость изменения технологических схем с целью приспособления их к требованиям автоматизации, установленным па основании технико-экономического анализа.

Создание эффективных систем автоматизации предопределяет необходимость глубокого изучения технологического процесса не только проектировщиками, но и специалистами монтажных, наладочных и эксплуатационных организаций. При разработке схем автоматизации технологических процессов необходимо решить следующее:

Получение первичной информации о состоянии технологического процесса оборудования;

Непосредственное воздействие на технологический процесс для управления;

Стабилизация технологических параметров процесса;

Контроль и регистрация технологических параметров процессов и состояния

технологического оборудования;

Указанные задачи решаются на основании анализа условий работы технологического оборудования, выявленных законов и критериев управления объектом, а также требований, предъявляемых к точности стабилизации, контроля и регистрации технологических параметров, к качеству регулирования и надежности.

Задачи автоматизации, как правило, реализуются с помощью технических средств, включающих в себя: отборные устройства, средства получения первичной информации, средства преобразования и переработки информации, средства представления и выдачи информации обслуживающему персоналу, комбинированные, комплектные и вспомогательные устройства. Результатом составления схем автоматизации являются:

1 Выбор методов измерения технологических параметров;

2 Выбор основных технических средств автоматизации, наиболее полно отвечающих предъявляемым требованиям и условиям работы автоматизируемого объекта;

3 Определение приводов исполнительных механизмов регулирующих и запорных органов технологического оборудования, управляемою автоматически или дистанционно;

4 Размещение средств автоматизации на щитах, пультах, технологическом оборудовании и трубопроводах и т. п. и определение способов представления информации о состоянии технологического процесса и оборудования.

Современное развитие всех отраслей промышленности характеризуется большим разнообразием используемых в них технологических процессов.

Технологическое оборудование и коммуникации при разработке схем автоматизации должны изображаться, как правило, упрощенно, без указания отдельных технологических аппаратов и трубопроводов вспомогательного назначения. Однако изображенная таким образом технологическая схема должна давать ясное представление о принципе ее работы и взаимодействии со средствами автоматизации.

Всем приборам и средствам автоматизации, изображенным на схемах автоматизации, присваиваются позиционные обозначения (позиции), сохраняющиеся во всех материалах проекта.

Обозначения на схемах автоматизации электроаппаратуры на стадии рабочей документации или при одностадийном проектировании должны соответствовать обозначениям, принятым в принципиальных электрических схемах.

При определении границ каждой функциональной группы следует учитывать следующее обстоятельство: если какой-либо прибор или регулятор связан с несколькими датчиками или получает дополнительные воздействия под другим параметром (например, корректирующий сигнал), то все элементы схемы, осуществляющие дополнительные функции, относятся к той функциональной группе, на которую они оказывают воздействие.

Регулятор соотношения, в частности, входит в состав той функциональной группы, на которую оказывается ведущее воздействие по независимому параметру.

Схема автоматизации выполняется в виде чертежа, на котором схематически условными изображениями показывают: технологическое оборудование, коммуникации, органы управления и средства автоматизации с указанием связей между технологическим оборудованием и средствами автоматизации, а также связей между отдельными функциональными блоками и элементами автоматики.

Схемы автоматизации могут разрабатываться с большей или меньшей степенью детализации. Однако объем информации, представленный на схеме, должен обеспечить полное представление о принятых основных решениях по автоматизации данного технологического процесса и возможность составления на стадии проекта заявочных ведомостей приборов и средств автоматизации, трубопроводной арматуры, щитов и пультов, основных монтажных материалов и изделий, а на стадии рабочего проекта -- всего комплекса проектных материалов, предусмотренных в составе проекта.

Схему автоматизации выполняют, как правило, на одном листе, на котором изображают средства автоматизации и аппаратуру всех систем контроля, регулирования, управления и сигнализации, относящуюся к данной технологической установке. Вспомогательные устройства, такие как редукторы и фильтры для воздуха, источники питания, реле, автоматы, выключатели и предохранители в цепях питания, соединительные коробки и другие устройства и монтажные элементы, на схемах автоматизации не показывают.

Схемы автоматизации могут быть выполнены двумя способами: с условным изображением щитов и пультов управления в виде прямоугольников (как правило, в нижней части чертежа), в которых показываются устанавливаемые на них средства автоматизации; с изображением средств автоматизации на технологических схемах вблизи отборных и приемных устройств, без построения прямоугольников, условно изображающих щиты, пульты, пункты контроля и управления.

При выполнении схем по первому способу на них показываются все приборы и средства автоматизации, входящие в состав функционального блока или группы, и место их установки. Преимуществом этого способа является большая наглядность, в значительной степени облегчающая чтение схемы и работу с проектными материалами.

При построении схем по второму способу, хотя он и дает только общее представление о принятых решениях по автоматизации объекта, достигается сокращение объема документации. Чтение схем автоматизации, выполненных таким образом, затруднено, не отображают организацию пунктов контроля и управления объектом.

При развернутом изображении на схемах показывают: отборные устройства, датчики, преобразователи, вторичные приборы, исполнительные механизмы, регулирующие и запорные органы, аппаратуру управления и сигнализации, комплектные устройства (машины централизованного контроля, телемеханические устройства) и т. д.

При упрошенном изображении на схемах показывают: отборные устройства, измерительные и регулирующие приборы, исполнительные механизмы и регулирующие органы. Для изображения промежуточных устройств (вторичных приборов, преобразователей, аппаратуры управления и сигнализации и т. п.) используются общие обозначения в соответствии с действующими стандартами на условные обозначения в схемах автоматизации.

Комбинированное изображение предполагает показ средств автоматизации в основном развернуто, однако некоторые узлы изображают упрощенно.

Приборы и средства автоматизации, встраиваемые в технологическое оборудование и коммуникации или механически связанные с ними, изображают на чертеже в непосредственной близости от них. К таким средствам автоматизации относятся: отборные устройства давления, уровня, состава вещества, датчики, воспринимающие воздействие измеряемых и регулирующих величин (измерительные сужающие устройства, ротаметры, счетчики, термометры расширения и т. п.), исполнительные механизмы, регулирующие и запорные органы.

2.2 Функциональная схема автоматизации холодильного модуля

Холодильная автоматизированная установка состоит из двух компрессоров (КМ), оснащенных устройствами автоматической защиты, двух маслоотделителей (МО), сборника масла (МС), форконденсатора(ФКД), конденсатора(КД) c вентиляторами, линейного ресивера (РЛ) с двумя датчиками уровня, двух воздухоохладителей (ВО), установленных в камере и оснащенных вентиляторами, регуляторами заполнения и соленоидными вентилями (СВ), отделитель жидкости (ОЖ) с двумя датчиками уровня, дренажного ресивера (РД) с датчиком нижнего уровня и СВ, двух водяных насосов.

2.3 Работа узлов функциональной схемы автоматизации холодильного модуля

Основной регулируемой величиной в данной схеме есть температура воздуха в холодильной камере Ее регулируют включением и выключением КМ а зимой возможно ее поддержание включением и выключением электронагревателей ВО №1 и ВО №2

Для управления каждым КМ спроектирован малогабаритный пульт автоматического управления типа ПАК. КМ оснащены стандартными приборами автоматической защиты от аварийных режимов работы

Заполнение ВО регулируется автоматически по перегреву пара Оттаивание ВО проводится горячим паром аммиака по времени

Предусмотрено следующее блокирование: Включение КМ возможно только после включения водяного насоса и вентилятора КД; После выключения КМ №1 (№2) СВ на линии подачи жидкости в ВО №1 (№2) должен быть закрыт

По уровню жидкого фреона в ОЖ проводится аварийное выключение КМ В РД контролируют и сигнализируют нижний уровень жидкости а в РЛ нижний и верхний уровни

2.3.1 Узел автоматической защиты компрессоров

Как уже отмечалось, для каждого КМ спроектирован стандартный пульт управления типа ПАК. Этот пульт обеспечивает автоматическое управление и защиту КМ от аварийных режимов работы. На фасаде пульта расположены ключ выбора режима КМ, кнопки, лампа (многоцифровая) сигнализации. К пульту управления присоединяются контакты камерного термореле, а также контакты приборов защиты: реле контроля системы смазки (РКСС) 4а (13а); двухблочное реле давления(ДРД) 5а (14а); реле контроля температуры нагнетания (РТ) 3а (12а) - планируется использовать разработанное в институте «Агрохолод» ЭРТ; реле протока воды (РП) 6а (15а); реле уровня (РУ) 25б, 26б у ОЖ - разработка «Агрохолод».

Срабатывание какого-либо из перечисленных приборов автоматической защиты отключает КМ и при этом включается сигнальная лампа, в которой высвечивается соответствующая цифра, которая показывает по какой причине выключается КМ. Так как ХМ работает в автоматическом режиме, то при аварийной остановке КМ на щитке вахтера включается сигнальная лампа. По этому сигналу вахтер вызывает машиниста, который устраняет причину аварии и включает КМ.

Приборы автоматической защиты работают таким образом. РКСС срабатывает в случае уменьшения перепада давления масла на линии нагнетания масленого насоса и в картере КМ ниже заданного значения.

При уменьшении расхода воды через рубашку КМ, или при полном ее исчезновении срабатывает реле протока воды.

Если температура нагнетания превосходит заданную, то срабатывает РТ нагнетания.

ДРД контролирует давления всасывания агента и давление нагнетания. Это реле имеет два измерительных блока (два сильфона), которые через рычажную систему влияют на одну и ту же пару контактов. Если давление всасывания становится ниже допустимого, из-за чего может произойти всасывание воздуха в систему, что приведет к вспениванию масла, или давление нагнетания становится выше допустимого (это может произвести к разрушению КМ), то это реле отключает электродвигатель КМ.

В ОЖ контролируются верхний и нижний аварийные уровни аммиака. Контакты обоих датчиков присоединены к обоим пультам ПАК потому, что ОЖ это общий сосуд для обеих КМ. Дублирование контроля уровня в ОЖ необходимо для того, чтобы избежать гидравлического удара и тем самым не допустить выхода из строя КМ. Если в процессе работы уровень в ОЖ достигнет верхнего значения, то сработает датчик 25б и выключит КМ. Заметим, что подключение РД к ОЖ значительно снижает возможность повышения уровня в ОЖ до верхнего значения.

2.3.2 Узел автоматического включения резервного водяного насоса

В технологической схеме предусмотрено два насоса (один рабочий, другой резервный). Схема автоматизации обеспечивает автоматическое включение резервного водяного насоса таким образом. На общей линии нагнетания водяных насосов установлен электроконтактный манометр 29 а. Если в этой точке давление нагнетания води воды падает ниже допустимого при работающем основном насосе, то электроконтактный манометр реагирует на это и дает команду на автоматическое включение резервного водяного насоса.

2.3.3 Узел оттаивания воздухоохладителей

Оттаивание ВО проводится по времени. Для этого в схеме автоматизации спроектированы два моторных реле времени МКП с максимальной выдержкой - 24 часа.

Оттаивание ВО проводится по очереди с частотой один раз в сутки. Оттаивание продолжается от 20 до 30 минут.

В пусковой период оттаивание ВО проводят вручную, а в режиме хранения - автоматически. Оттаивание проводят горячим паром аммиака, который подается в ВО с линии нагнетания КМ.

В процессе оттаивания ВО №1 работает КМ №2, а при оттаивании ВО №2 работает КМ №1. При этом с помощью 13 - ти СВ составляют соответствующие пути движения агента. Соответствующие положения СВ в процессе ручного и автоматического оттаивания ВО одинаковы. Рассмотри м оттаивание ВО №1 и №2 вручную в пусковом режиме. Например, оттаивание ВО №1 осуществляют таким образом. Выключают КМ 31 и вентилятор №1. КМ №2, вентилятор №2 работают в пусковом режиме, также работают водяной насос и вентилятор №3 КД. С помощью универсального переключателя, который относится к ВО №1, закрывают СВ А3 (на жидкостной линии) и А2 (на паровой линии), А9… А12, а открывают А1 и А4.СВ ВО №2 А7 и А6 - открыты, а А5 и а8 - закрыты. Открытый СВ А13.

Автоматическое оттаивание ВО №1 и №2 проводят по времени. Особенность оттаивания в автоматическом режиме заключается в том, что после оттаивания (длится 20 - 30 минут), например, ВО №1 этот ВО на протяжении суток в работу не включают, а работает ВО №2. Через сутки проводят оттаивание ВО №2, который потом сутки не работает. На протяжении этих суток работает ВО №1 и т.д. Итак, в режиме хранения в работе всегда находится только один ВО и один КМ.

3. Выбор технических средств холодильной установки

3.1 Выбор и обоснование выбора приборов и средств автоматизации

На компрессоре установлен датчик-реле разности давлений типа РКС-ОМ5 (1) предназначен для контроля сигнализации и двухпозиционного регулирования разности давлений в системах смазки холодильных агрегатов в подвижных и стационарных установках и автоматизации технологических процессов. Контролируемые среды: хладоны, воздух, вода, масло; аммиак для датчика РКС-ОМ5А. Приборы выпускаются с зоной нечувствительности направленной в сторону повышения разности давлений относительно уставки. Установка предела срабатывания производится по шкале с помощью винта настройки. Выходное устройство имеет один переключающий контакт. Разрывная мощность контактов при напряжении 220 В не более 300 В -А для переменного тока и 60 Вт для постоянного.

Приборы указанного типа рассчитаны на работу при температуре окружающего воздуха от --50 до +65 °С а датчик РКС-ОМ5А при температуре от --30 до +65 °С и относительной влажности до 98 %.

Габаритные размеры 66x104x268 мм. масса не более 1,6 кг.

Исполнение обыкновенное, экспортное тропическое.

Контроль давления рассола в нагнетательном трубопроводе осуществляется датчиком-реле давления Д220А (11), от понижения давления всасывания и повышения давления нагнетания -- применяется датчик-реле давления Д220А (2)

Датчики-реле давления сдвоенные типа Д220 (2, 11) имеют датчик низкого давления (ДНД) и датчик высокого давления (ДВД), действующие с помощью системы рычагов на одно общее коммутационное контактное устройство. Технические характеристики боров приведены ДНД обеспечивает переключение контактов при понижении контролируемого давления до установленного значения и возврат в исходное положение при повышении контролируемого давления (с учетом зоны нечувстви-ности). ДВД производит переключение контактов при повышении контролируемого давления до установленного значения и возврат в исходное положение при понижении контролируемого давления (с учетом зоны нечувствительности). Конструктивно каждый датчик включает в себя чувствительный элемент -- сильфон и узел настройки уставок. В ДНД предусмотрен также узел настройки зоны нечувствительности. Разброс срабатываний не превышает 0,01 МПа для ДНД и 0,02 МПа для ДВД. Д220А-12 Максимально допустимое давление среды, 2,2 МПа. Пределы уставки срабатывания, (-- 0,09)--(+0,15) МПа. Основная погрешность срабатывания, 0,02 МПа. Зона нечувствительности, 0,03--0,1 МПа. Контролируемая среда аммиак в холодильных установках па стационарных (модификация А) и нестационарных (модификация АР) объектах). Габаритные размеры, 200Х155Х85мм.

Сигнал от датчика температуры поступает на датчик-реле температуры типа ТР-ОМ5 (3) предназначен для использования в системах контроля и двухпозиционного регулирования температуры жидких и газообразных сред в холодильных и других установках. Датчики ТР-ОМ5-00--ТР-ОМ5-04 выпускаются с зоной нечувствительности, направленной в сторону повышения температуры контролируемой среды относительно уставки срабатывания, а остальные приборы -- в сторону понижения температуры. Контактное устройство имеет один переключающий контакт. Коммутируемая мощность контактов не более 300 В -А при напряжении 220 В переменного тока и 60 Вт при напряжении 220 В постоянного тока. Датчики рассчитаны на работу при температуре окружающего воздуха от --40 до +50 °С и относительной влажности до 98 %. Пределы уставки срабатывания (- 60) - (- 30) °С. Основная погрешность ±1,0 °С. Зона нечувствительности регулируемая 4 - 6 °С. Длина капилляра 1,5; 2,5; 4,0; 10.

Габаритные размеры 160x104x68 мм, масса не более 2,2 кг. Исполнение обыкновенное, экспортное, тропическое.

Реле протока сильфонное типа РПС (4) предназначено для контроля наличия потока воды температурой до 70 °С в системах автоматизации различных технологических процессов. Реле должно устанавливаться на горизонтальном участке. Регулировка предела срабатывания осуществляется с помощью специального винта по шкале. Перед установкой реле во втулке, расположенной между двумя сильфонами, просверливается отверстие, диаметр которого определяется по графику зависимости расхода от давления на входе в реле. График приводится в инструкции по эксплуатации. Выходное устройство имеет один замыкающий контакт. Погрешность срабатывания не превышает 10 % от номинального значения расхода.

Реле рассчитано на работу при температуре окружающего воздуха от 5 до 50 °С и относительной влажности до 95 %. Диаметр условного прохода, 20 мм. Максимально допустимое давление среды, 0,1 МП а. Пределы уставки срабатывания, 0--100 л/мин. Допустимый ток контактного устройства 2 А при напряжении 220 В переменного тока. Габаритные размеры 135x115x18 мм, масса не более 2,5 кг. Исполнение обыкновенное, экспортное, тропическое.

Реле уровня полупроводниковые типов ПРУ-5М и ПРУ-5МИ (7б,8б,9б,12б,13б) предназначены для контроля уровня аммиака, хладона, воды, дизельного топлива, масла и других жидкостей плотностью не менее 0,52 г/см3 в стационарных и судовых установках. Приборы состоят из первичного (ПП) и передающего (ПРП) преобразователей. В первичном преобразователе перемещение поплавка преобразуется в сигнал переменного тока с помощью катушек, включенных в мостовую схему. Изменение напряжения на катушках происходит в результате изменения их индуктивности за счет перемещения поплавка из магнитного материала. Сигнал с ПП поступает на дифференциальный усилитель ПРП с выходным электромагнитным реле. В зависимости от положения уровня контролируемой жидкости происходит срабатывание выходного реле, контакты которого могут использоваться во внешних цепях контроля и управления исполнительными механизмами.

Первичный преобразователь реле ПРУ-5МИ предназначен для работы во взрывоопасных зонах помещений и наружных установок, передающий преобразователь используется вне взрывоопасных зон.

Материал деталей ПП, соприкасающихся с контролируемой средой, -- сталь 12Х18Н10Т и сталь 08 КП; поплавок в зависимости от агрессивности контролируемой среды имеет соответствующее ей защитное покрытие.

Питание реле переменным током напряжением 220 или 380 В частотой 50 или 60 Гц. Потребляемая мощность не более 10 В-А. Габаритные размеры: ПП 90x135x180 мм; ПРП 152х90х Х295 мм; масса: ПП не более 2,5 кг; ПРП не более 2,7кг. Исполнение обыкновенное, тропическое.

Вентили мембранные бессальниковые с разгрузочным золотником 15кч888р СВМ (5,6, 9в) управляются электромагнитным приводом в водозащищенном исполнении. Герметичность запорного органа обеспечивается при перепаде давления на золотнике не менее 0,1 МПа. Температура окружающей среды для воды и воздуха до 50 °С, для рассола и фроена от --50 до +50 °С. Диаметр условного прохода 25, 40, 50, 65. Строительная длина 160, 170, 230, 290. Рабочая среда рассол (-40) - (+45), с маслом (-30) - (+45). Условное давление 1,6 МПа. Род тока и напряжения переменный 127, 220, 380; постоянный 110, 220. Масса 6,2; 7,8. Изготовитель или поставщик «Семеновский арматурный завод».

Чувствительный элемент ТСМ (14-18, 19а) представляет собой бескаркасную обмотку из медной проволоки, покрытую фторопластовой пленкой и помещенную в тонкостенную металлическую гильзу с керамическим порошком. Чувствительный элемент - медные типа ЭЧМ - 070 - диаметр 5 мм и длину 20, 50 или 80 мм. Пределы измерения медных чувствительных элементов от - 50 до + 200 °С, инерционность 15 и 25 с для номинальных статических характеристик 50М и 100М соответственно.

Сигнал от ТСМ поступает на восьмиканальный прибор УКТ38-В.УКТ38-В (19б) Устройство контроля температуры восьмиканальное со встроенным барьером искрозащиты

УКТ38-В предназначен для контроля температуры в нескольких зонах одновременно (до 8-ми) и аварийной сигнализации о выходе любого из контролируемых параметров за заданные пределы, а также для их регистрации на ЭВМ.

Применяется для подключения датчиков, находящихся во взрывоопасных зонах в технологическом оборудовании в пищевой, медицинской и нефтеперерабатывающей промышленности. Прибор имеет искробезопасную электрическую цепь уровня, что обеспечивает его взрывозащищенность.

УКТ38-В представляет собой восьмиканальное устройство сравнения, имеющее восемь входов для подключения датчиков, блок искрозащиты, микропроцессорный блок обработки данных, формирующий сигнал «Авария», и одно выходное реле. Регистрация контролируемых параметров на ЭВМ осуществляется через адаптер сети ОВЕН АС2 по интерфейсу RS-232.

Входы прибора

УКТ38-В имеет 8 входов для подключения измерительных датчиков.

Входы УКТ38-В могут быть только однотипными и выполняются в одной из следующих модификаций:

01 для подключения термопреобразователей сопротивления типа ТСМ 50М или ТСП 50П;

03 для подключения термопреобразователей сопротивления типа ТСМ 100М или ТСП 100П;

04 для подключения термопар типа ТХК(L) или ТХА(K);

Блок обработки данных предназначен для обработки входных сигналов, индикации контролируемых значений и формирования аварийного сигнала.

Блок обработки данных УКТ38-В включает в себя 8 устройств сравнения.

Выходные устройства

УКТ38-В имеет одно выходное реле «Авария» для включения аварийной сигнализации или аварийного отключения установки.

Для управления температурой используется регулятор температуры типа РТ-2 (106), датчик которого 10а устанавливается на трубопроводе выхода рассола (ледяной воды) из испарителя.

Регуляторы температуры типа РТ-2 (10б) предназначены для двух-позиционного РТ2 трехпозиционного РТЗ и пропорционального РТ-П регулирования температуры в системах автоматизации уста¬новок вентиляции, кондиционирования и в системах автоматиза¬ции других технологических процессов. Регуляторы работают в комплекте с термопреобразователями сопротивления ТСМ и ТСП с номинальными статическими характеристика1\ш Гр. 23 и 100П соответственно.

Двух позиционные регуляторы имеют регулируемую зону воз¬врата 0,5--10 °С; трехпозиционные регуляторы -- регулируемую зону нечувствительности 0,5--10 °С. Пропорциональные регуля¬торы работают в комплекте с исполнительным механизмом, имею¬щим реостат обратной связи сопротивлением 120 или 185 Ом. Минимальное значение зоны пропорциональности не более 1°С, максимальное -- не менее 5 °С, чувствительность составляет не более 10 % от зоны пропорциональности. Основная допустимая погрешность не более 1 °С при шкале до 40 °С и не более 2 °С при шкале свыше 40 °С.

Выходные контакты коммутируют цепи переменного тока до 2,5 А и постоянного тока до 0,2 А при напряжении до 220 В.

Питание регуляторов переменным током напряжением 220 В частотой 50 или 60 Гц. Потребляемая мощность до 8 В-А.

Регуляторы рассчитаны на работу при температуре окружающего воздуха от 5 до 50 °С и относительной влажности до 80 %.

Габаритные размеры 90x150x215 мм, масса не более 2,5 кг.

Исполнение обыкновенное, экспортное, тропическое.

Заключение

Сегодня технологии изготовления холодильных установок находятся на очень высоком уровне. Разработка новых моделей холодильных агрегатов сегодня затронула даже сферу микроэлектроники. Так же не обошли стороной и технологии производства холодильных машин и цифровые компьютерные технологии.

Применение холодильных установок с компьютерным управлением в быту значительно добавляет удобства в их эксплуатацию, создаёт экономию времени, а компьютерный контроль за состоянием узлов агрегата поддерживает его более надёжную и безопасную работу в течение долгих лет.

Применение же холодильных установок с компьютерным управлением на производстве - повышает эффективность производства, обеспечивает надёжный контроль температуры, тем самым надёжно сохраняя сырьё, и обеспечивает минимальные его потери.

Пожалуй, основным недостатком таких установок является сложность и высокая стоимость ремонта электронных частей компьютерного управления. Ко всему прочему электронные компоненты требуют особых условий эксплуатации. Ещё одним недостатком является то, что холодильники с компьютерным управлением стоят достаточно дорого, но зато экономия на минимальных потерях сырья при хранении в производстве полностью оправдывает стоимость агрегатов.

Ещё одной не маловажной проблемой - является нехватка специалистов по обслуживанию такой техники. Но большинство предприятий приглашают специалистов из - за рубежа для обслуживания импортных холодильных установок т.к большая часть холодильников с цифровым управлением поставляется из-за границы.

Список литературы

1. Крылов Н.В. , Гришин Л. М. Экономика холодильной промышленности. М., Агропромиздат, 1987, 272 с.;

2. Холодильная техника. 1986 , № 11 , с. 2 -4 ;

3. Оценка и совершентствование условий холодильного хранения овощей. Янковский и др. , Сборник трудов ЛТИХП. Холодильная обработка и хранение Пищевых продуктов. Л., 1974 , вып. 2 , с. 125-132;

4. Ужанский В. С. Автоматизация холодильных машин и установок. М., Пищевая промышленность, 1973 , 296 с.

5. Проектирование систем автоматизации технологических процессов. Справочное пособие под ред. А.С. Клюева 2-е издание, переработанное и дополненное Москва Энергоатомиздат 1990г.

6. Технологические измерения и КИП в пищевой промышленности Москва ВО " Агропромиздат" 1990г.

7. Колесов Л.В. Основы автоматики - М.: Колос, 1984г

8. Кирсанов В.В. Механизация и автоматизация животноводства.- М.: Изд.центр «Академия»;2004г.

9. Шишмарёв В.Ю. Автоматизация технологических процессов.- М.: Изд.центр «Академия»;2007г.

10. Шеповалов В.Д. Средства автоматизации промышленного животноводства.- М.: Колос, 1981г.

11. Герасимович Л.С., Калинин Л.А. Электрооборудование и автоматизация сельскохозяйственных агрегатов и установок.- М.: Колос, 1981г.

12. Кудрявцев И.Ф., Калинин Л.А. Электрооборудование и автоматизация сельскохозяйственных агрегатов и установок.- М.: Агропромиздат, 1988г.

13. Дайнеко В.А. Электрооборудование сельскохозяйственных предприятий.-М.:Минса: Новое издание, 2008г.

14. Каганов И.Л. Курсовое и дипломное проектирование.- М.: Агропромиздат, 1990г.

15. Акимцев Ю.И., Веялис Б.С. Электроснабжение сельского хозяйства.-М.: Колос, 1994г.

16. Сибикин Ю.Д. Электроснабжение промышленных и гражданских зданий. - М.: Академия,2006г.

17. Соколова Е.М. Электрическое и электромеханическое оборудование. Общепромышленные механизмы и бытовая техника.- М.: Мастерство, 2001г.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Задачи и пути совершенствования холодильных установок на современном этапе. Разработка функциональной схемы автоматизации холодильного модуля. Экономическое обоснование данного проекта. Устройство и принцип работы пульта автоматизации компрессора ПАК 11.

курсовая работа , добавлен 19.09.2010


Монтаж холодильных установок: оборудования со встроенными герметическими машинами, малых установок с вынесенными агрегатами, установок средней и большой производительности. Техника безопасной работы при обслуживании и эксплуатации холодильных установок.

курсовая работа , добавлен 05.11.2009


Проектирование систем и изображение средств автоматизации энергетической установки на функциональных схемах. Параметры, регулируемые в холодильных установках. Построение схем автоматизации и регулирования. Предельные рабочие значения регулируемых величин.

реферат , добавлен 21.02.2010


Область применения холодильных установок. Обслуживание оборудования, холодильно-компрессорных машин и установок в соответствии с техническими чертежами и документацией. Требования к индивидуальным особенностям специалиста и профессиональной подготовке.

презентация , добавлен 10.01.2012


История развития и достижения современной холодильной техники. Определение температуры конденсации хладагента. Расчет и подбор холодильного оборудования (компрессоров, конденсатора, ресиверов). Автоматизация холодильных установок химического комбината.

курсовая работа , добавлен 04.04.2016


Автоматизация процесса сварки. Анализ условий автоматизаций и возмущающих воздействий при сварке. Характеристики объектов регулирования при разных способах сварки. Системы ориентации электрода по стыку при аргонодуговой сварке криволинейных поверхностей.

курсовая работа , добавлен 28.04.2015


Механизация и автоматизация в химической промышленности. Автоматизация процесса абсорбции циклогексана и циклогексанона. Производство работ и монтаж объекта автоматизации. Монтаж элементов объекта, диагностика систем, эксплуатация, метрологический надзор.

курсовая работа , добавлен 10.04.2011


Расчет, подбор и техническая характеристика воздухоохладителей. Подбор скороморозильного аппарата. Описание работы холодильной установки. Автоматизация компрессорного агрегата, водяного насоса, маслоотделителя и маслосборника, приборов охлаждения.

дипломная работа , добавлен 26.12.2013


Анализ технологической схемы и выбор методов и средств автоматизации. Синтез системы автоматического регулирования температуры в сыродельной ванне. Обоснование структуры математической модели сыродельной ванны как объекта регулирования температуры.

курсовая работа , добавлен 02.02.2011


Общая характеристика и принцип действия сушилки Т-4721D, предназначенной для сушки ПВХ. Теплообменные процессы в сушилке. Инженерный анализ технологического процесса как объекта автоматизации. Разработка функциональной схемы автоматизации процесса сушки.

Назначение

Установки пропанового охлаждения природного газа предназначены для одновременного обеспечения требуемых параметров точки росы по воде и углеводородам посредством конденсации водной и углеводородной фракции (УВ) при низких температурах (до минус 30 0 С). Источником холода является внешний пропановый холодильный цикл.

Основное преимущество таких установок – низкие потери давления сырьевого потока (дросселирование потока природного газа не требуется) и возможность извлечения продукционной фракции С3+.

Для предотвращения гидратообразования используется впрыск ингибитора: этиленгликоля (для температур не ниже минус 35 0 С) и метанола (для температур вплоть до минус 60 0 С).

Основные преимущества

Надежность

• Непрерывный процесс, основанный на конденсации воды и УВ фракций в присутствии ингибитора гидратообразования.
• Отсутствие циклических колебаний.
• Кожухотрубный теплообменник газ-газ с низким температурным напором.
• Сервис-фактор мотора холодильного компрессора 110%.
• Автоматическая система поддержания давления в ресивере при эксплуатации в холодном климате.
• Электрообогрев сборника ингибитора в трехфазном сепараторе.

Эффективность

• Холодный сепаратор с эффективными коалесцирующими насадками и значительным временем пребывания.
• Теплообменник газ-пропан (чиллер) с погруженным трубным пучком.

Возможные опции

• Экономайзер холодильного цикла (стандарт для систем свыше 150 кВт и температурой испарения ниже минус 10 0 С).
• Входной сепаратор.
• Теплообменник газ-жидкость (позволяет снизить потребляемую мощность компрессора).

Технологическая схема

Влагонасыщенный поток природного газа подается во входной сепаратор (1), в котором из потока удаляются свободная вода и УВ фракции. Газовая фракция направляется в теплообменник газ-газ (2) для предварительного охлаждения потоком сухого отбензиненного газа из холодного сепаратора. Для предотвращения гидратообразования в теплообменнике предусмотрены форсуночные устройства для впрыска ингибитора (метанол или этиленгликоль).

Рис. 3 Принципиальная схема пропановой холодильной установки

После предварительного охлаждения в теплообменнике газ-газ поток подается в теплообменник газ-пропан (чиллер) (4), в котором происходит понижение температуры потока до заданного значения посредством теплообмена с потоком кипящего пропана. Сырьевой поток находится в трубном пучке, который в свою очередь погружен в объем хладагента.

Образовавшаяся в результате охлаждения парожидкостная смесь поступает на разделение в низкотемпературный трехфазный сепаратор (5), где разделяется на потоки отбензиненного газа, конденсата и насыщенного водой ингибитора гидратообразования.

Сухой отбензиненный газ (СОГ) подается противотоком в теплообменник газ-газ (2) и далее отводится за пределы установки.

Жидкостные фракции отводятся независимыми автоматическими конроллерами уровня в соответствующие линии.

Статьи по теме

Газопереработка - это просто

Одной из наших основных задач является борьба с мифом о том, что газопереработка это сложно, долго и дорого. Удивительно, но на проекты, которые в США реализуются за 10 месяцев, на территории СНГ уходит до трех лет. Установки, занимающие в США 5000 м2, на территории СНГ с трудом умещаются на 20 000 м2. Проекты, окупающиеся в США за 3-5 лет, даже при существенно более низкой стоимости реализации продукта, на территории России и Казахстана не окупаются никогда.

Холод применяют в технологиях многих процессов переработки сельскохозяйственной продукции. Благодаря холодильникам значительно сокращаются потери при хранении продукции. Охлажденные продукты можно транспортировать на большие расстояния.

Молоко, предназначенное для переработки или реализации, как правило, предварительно охлаждают. Перед отправкой на предприятие молочной промышленности молоко допускается хранить не более 20 ч при температуре не выше 10 "С.

В сельском хозяйстве мясо охлаждают в основном на фермах и птицефабриках. При этом используют следующие способы охлаждения: в воздухе, холодной воде, в воде с тающим льдом и орошением холодной водой. Подмораживание мяса птицы производят либо холодным воздухом, либо погружением в холодный рассол. Воздушное подмораживание осуществляют при температуре воздуха в холодильных камерах от -23 до -25 °С и скорости движения воздуха 3...4 м/с. Для подмораживания погружением в рассол применяют растворы хлористого кальция или пропиленгликоля с температурой от -10 °С и ниже.

Мясо, предназначенное для длительного хранения, замораживают теми же способами, что и подмораживание. Замораживание

воздухом осуществляют при температуре охлаждаемого воздуха от -30 до -40 °С, при замораживании в рассоле температура раствора равна -25...-28 °С.

Яйца хранят в холодильниках при температуре -1...-2 °С и относительной влажности 85...88 %. После охлаждения до 2...3 °С их помещают в камеру хранения.

Фрукты и овощи охлаждают в стационарных хранилищах. Плодоовощную продукцию хранят в холодильных камерах с охлаждающими батареями, в которых циркулирует холодный агент или рассол.

В системах с воздушным охлаждением сначала охлаждается воздух, который затем вентиляторами нагнетается в камеры хранения. В смешанных системах продукты охлаждаются холодным воздухом и от батареи.

В сельском хозяйстве холод получают как безмашинным способом (ледники, льдосоленое охлаждение), так и при помощи специальных холодильных машин. При машинном охлаждении теплота от охлаждаемой среды отводится во внешнее окружающее пространство при помощи низкокипящих холодильных агентов (фреон или аммиак).

В сельском хозяйстве широко применяют паровые компрессоры и абсорбционные холодильные машины.

Простейший способ получения температуры рабочего тела ниже температуры окружающей среды заключается в том, что это рабочее тело (холодильный агент) сжимают в компрессоре, затем охлаждают до температуры окружающей среды и после этого подвергают адиабатическому расширению. При этом рабочее тело совершает работу за счет своей внутренней энергии и температура его уменьшается по сравнению с температурой окружающей среды. Таким образом, рабочее тело становится источником получения холода.

В качестве холодильных агентов в принципе можно применять любой пар или газ. В первых холодильных машинах с механическим приводом в качестве холодильного агента применяли воздух, но уже с конца XIX в. он был заменен аммиаком и углекислотой, поскольку воздушная холодильная машина менее экономична и более громоздка, чем паровая, из-за большого расхода воздуха, обусловленного его малой теплоемкостью.

В современных холодильных установках рабочим телом являются пары жидкостей, которые при давлениях, близких к атмосферному, кипят при низких температурах. Примерами таких холодильных агентов могут служить аммиак NH3, сернистый ангидрид SO2, диоксид углерода С0 2 и фреоны - фторохлоропроизводные углеводороды типа C m H x F y Cl2. Температура кипения аммиака при атмосферном давлении составляет 33,5 °С, «Фреона- 12» -30°С, «Фреона-22» -42 °С.

В качестве холодильных агентов широко применяют фреоны - галоидные производные насыщенных углеводородов (C m H n), полученные путем замены атомов водорода атомами хлора и фтора. В технике из-за большого разнообразия фреонов и относительно сложного их наименования установлена условная числовая система обозначения, согласно которой каждое такое соединение в зависимости от химической формулы имеет свое число. Первые цифры в этом числе условно обозначают углеводород, производным которого является данный фреон: метан - 1, этан - 11, пропан - 21. Если в соединении присутствуют незамещенные атомы водорода, то их число прибавляют к этим цифрам. Далее к полученной сумме или к первоначальному числу (если все атомы водорода в соединении замещены) дописывают в виде следующего знака цифру, выражающую число атомов фтора. Так получают обозначения: R11 вместо монофтортрихлорметана CFCI2, R12 вместо дифтордихлорметана CF 2 C1 2 и т. д.

В холодильных установках в качестве холодильного агента обычно используют R12, а в перспективе будут широко применять R22 и R142. Преимущества фреонов - относительная безвредность, химическая инертность, негорючесть и взрывобезопас- ность; недостатки - низкая вязкость, способствующая утечке, и возможность растворяться в масле.

На рисунке 8.15 показана принципиальная схема парокомпрессорной холодильной установки и ее идеальный цикл в 75-диаграмме. В компрессоре 1 сжимается влажный пар холодильного агента, в результате чего (участок а-Ь) получается сухой насыщенный или перегретый пар. Обычно степень перегрева не превышает

130... 140 “С, чтобы не усложнять эксплуатацию компрессора из-за повышенных механических напряжений и не применять масла

Рис. 8.15.

/ - компрессор; 2 - охлаждаемое помещение; 3- дроссельный вентиль; 4 - конденсатор специальных сортов. Из компрессора перегретый пар с параметрами pi и 02 поступает в охладитель (конденсатор 2). В конденсаторе при постоянном давлении перегретый пар отдает охлаждающей воде теплоту перегрева (процесс Ь-с) и его температура становится равной температуре насыщения 0 н2 . Отдавая в дальнейшем теплоту парообразования (процесс c-d), насыщенный пар превращается в кипящую жидкость (точка d). Эта жидкость поступает к дроссельному вентилю 3, пройдя через который она превращается в насыщенный пар небольшой степени сухости (х 5 = 0,1...0,2).

Известно, что энтальпия рабочего тела до и после дросселирования одинакова, а давление и температура понижаются. На 7s- диаграмме изображена штриховая линия постоянной энтальпии d-e, точка е которой характеризует состояние пара после дросселирования.

Далее влажный пар поступает в охлаждаемую емкость, называемую рефрижератором 4. Здесь при неизменных давлении и температуре пар расширяется (процесс е-а), отнимая определенное количество теплоты. Степень сухости пара при этом увеличивается (х| = 0,9...0,95). Пар с параметрами состояния, характеризуемыми точкой 1, засасывается в компрессор, и работа установки повторяется.

На практике пар после дроссельного вентиля поступает не в рефрижератор, а в испаритель, где отнимает теплоту у рассола, который, в свою очередь, отнимает теплоту от рефрижератора. Это объясняется тем, что в большинстве случаев холодильная установка обслуживает ряд потребителей холода, и тогда незамерзающий рассол служит промежуточным хладоносителем, непрерывно циркулируя между испарителем, где он охлаждается, и специальными воздухоохладителями в рефрижераторах. В качестве рассолов применяют водные растворы хлорида натрия и хлорида кальция, имеющие достаточно низкие температуры замерзания. Растворы пригодны для использования лишь при температурах, превышающих те, при которых они замерзают как однородная смесь, образуя соленый лед (так называемая криогидратная точка). Криогидратной точке для раствора NaCl с массовой концентрацией 22,4 % соответствует температура -21,2 "С, а для раствора СаС1 2 с концентрацией 29,9 - температура -55 °С.

Показателем энергетической эффективности холодильных установок служит холодильный коэффициент е, представляющий собой отношение удельной холодопроизводительности к затраченной энергии.

Действительный цикл парокомпрессорной холодильной установки отличается от теоретического тем, что из-за наличия внутренних потерь на трение сжатие в компрессоре происходит не по адиабате, а по политропе. В результате уменьшается затрата энергии в компрессоре и снижается холодильный коэффициент.

Для получения низких температур (-40...70 °С), требуемых в некоторых технологических процессах, одноступенчатые парокомпрессорные установки оказываются или неэкономичными, или совершенно непригодными из-за снижения КПД компрессора, обусловленного высокими температурами рабочего тела в конце процесса сжатия. В таких случаях применяют или специальные холодильные циклы, или в большинстве случаев двухступенчатое или многоступенчатое сжатие. Например, двухступенчатым сжатием аммиачных паров получают температуры до -50 °С, а трехступенчатым - до -70 °С.

Основное преимущество абсорбционных холодильных установок по сравнению с компрессорными - использование для выработки холода не электрической, а тепловой энергии низкого и среднего потенциалов. Последнюю можно получить от водяного пара, отбираемого, например, из турбины на теплоэлектроцентралях.

Абсорбцией называется явление поглощения пара жидким веществом (абсорбентом). При этом температура пара может быть ниже температуры абсорбента, поглощающего пар. Для процесса абсорбции необходимо, чтобы концентрация абсорбируемого пара была равна или больше равновесной концентрации этого пара над абсорбентом. Естественно, что в абсорбционных холодильных установках жидкие абсорбенты должны с достаточной скоростью поглощать холодильный агент, и при одинаковых давлениях температура их кипения должна быть значительно выше температуры кипения холодильного агента.

Наиболее распространены водно-аммиачные абсорбционные установки, в которых аммиак служит холодильным агентом, а вода - абсорбентом. Аммиак хорошо растворим в воде. Например, при 0 °С в одном объеме воды растворяется до 1148 объемов парообразного аммиака, и при этом выделяется теплота около 1220 кДж/кг.

Холод в абсорбционной установке вырабатывается по схеме, изображенной на рисунке 8.16. На этой схеме нанесены примерные значения параметров рабочего тела в установке без учета потерь давления в трубопроводах и потерь температурного напора в конденсаторе.

В генераторе 1 происходит выпаривание насыщенного аммиачного раствора при подогреве его водяным паром. В результате этого отгоняется легкокипящий компонент - аммиачный пар с незначительной примесью паров воды. Если поддерживать температуру раствора около 20 “С, то давление насыщения паров аммиака составит примерно 0,88 МПа. Чтобы содержание NH 3 в растворе не уменьшилось, с помощью перекачивающего насоса 10 из абсорбера в генератор непрерывно подается крепкий концентриро-

Рис. 8.16.

/-генератор; 2- конденсатор; 3 - дроссельный вентиль; 4- испаритель; 5-насос; б-перепускной вентиль; 7- охлаждаемая емкость; абсорбер; 9-змеевик; 10- насос

ванный аммиачный раствор. Насыщенный аммиачный пар (х= 1), получаемый в генераторе, направляется в конденсатор 2, где аммиак превращается в жидкость (х = 0). После дросселя 3 аммиак поступает в испаритель 4, при этом давление его снижается до 0,3 МПа (/ н = -10 °С) и степень сухости становится равной примерно 0,2.„0,3. В испарителе аммиачный раствор выпаривается за счет теплоты, подводимой рассолом из охлаждаемой емкости 7. При этом температура рассола понижается от -5 до -8 °С. С помощью насоса 5 он обратно перегоняется в емкость 7, где вновь нагревается до -5 °С, отбирая теплоту от помещения и поддерживая в нем постоянную температуру, примерно -2 °С. Выпаренный в испарителе аммиак со степенью сухости х= 1 поступает в абсорбер 8, где поглощается слабым раствором, подаваемым через перепускной вентиль 6 из генератора. Поскольку абсорбция - экзотермическая реакция, то для обеспечения непрерывности процесса теплообмена абсорбцит отводят охлаждающей водой. Полученный в абсорбере крепкий аммиачный раствор насос 10 перекачивает в генератор.

Таким образом, в рассмотренной установке имеются два аппарата (генератор и испаритель), где теплота подводится к рабочему телу извне, и два аппарата (конденсатор и абсорбер), в которых теплота отводится от рабочего тела. Сравнивая принципиальные схемы парокомпрессорной и абсорбционной установок, можно отметить, что генератор в абсорбционной установке заменяет нагнетательную, а абсорбер - всасывающую части поршневого компрессора. Сжатие холодильного агента происходит без затраты механической энергии, если не считать небольших расходов на перекачивание крепкого раствора из абсорбера в генератор.

В практических расчетах в качестве энергетического показателя абсорбционной установки также принимают холодильный коэффициент е, представляющий собой отношение количества теплоты q 2 воспринимаемого рабочим телом в испарителе к количеству теплоты q u затрачиваемому в генераторе. Подсчитанный таким образом холодильный коэффициент всегда меньше холодильного коэффициента парокомпрессорной установки. Однако сравнительная оценка энергетической эффективности рассмотренных способов получения холода в результате непосредственного сопоставления способов только холодильных коэффициентов абсорбционной и парокомпрессорной установок неправильна, так как она определяется не только количеством, но и видом затраченной энергии. Два метода получения холода следует сравнивать по значению приведенного холодильного коэффициента, представляющему собой отношение холодопроизводительности q 2 к расходу теплоты топлива q it т. е. ? пр = Яг Я- Оказывается, что при температурах испарения от -15 до -20 °С (используемых основной массой потребителей) е пр абсорбционных установок выше, чем парокомпрессорных, вследствие чего в ряде случаев абсорбционные установки выгоднее не только при снабжении их паром, отбираемым из турбин, но и при снабжении их паром непосредственно из паровых котлов.

ЛЕКЦИЯ 9

Тема «КИП и автоматика холодильной машины»

Цель: Изучить устройство и принцип действия контрольно-измерительных приборов и приборов автоматики холодильных машин вагонов

1. Холодильные машины и установки конддиционированяе воздуха. Пигарев В.Е., Архипов П.Е. М., Маршрут, 2003.

2. Обучающая контролирующая программа «Кондиционирование воздуха в пассажирском вагоне».

План лекции:

1. Принципы автоматизации холодильных установок.

2. Основные понятия об автоматическом регулировании

приборов автоматики.

4. Регуляторы заполнения испарителя хладагентом.

Принципы автоматизации холодильных установок

Параметры окружающей среды - температура, влажность, направление и сила ветра, осадки, солнечная радиация непрерывно изменяются в течение суток, а также вследствие быстрого перемещения вагона. Соответственно изменяется и тепловая нагрузка на вагон. Чтобы в этих условиях поддерживать стабильные параметры воздуха внутри вагона, необходимо непрерывно изменять производительность системы охлаждения (летом) или отопления (зимой), а если это необходимо, то и производительность системы вентиляции. Следовательно, как бы совершенны ни были сами по себе системы вентиляции, отопления, охлаждения и электроснабжения и как бы хорошо ни были согласованы их параметры между собой и с тепловыми нагрузками на вагон, установка кондиционирования воздуха не сможет обеспечить комфортных условий в вагоне, если её управление не будет автоматизировано, а холодильная машина обеспечивать требуемую тепловую обработку скоропортящегося груза и поддерживавать заданный температурный режим охлаждаемого помещения. На рефрижераторном подвижном составе применяются холодильные установки, автоматизированные полностью или частично. Степень автоматизации холодильной установки выбирается в зависимости от ее конструкции, размеров и условий эксплуатации. В полностью автоматизированных установках пуск, отключение машин и регулирование холодопроизводительности осуществляются автоматически без вмешательства обслуживающего персонала. Такими установками оборудованы АРВ и секции ZB -5. Для полной автоматизации требуются большие первоначальные затраты и последующие расходы на обслуживание сложных аппаратов и приборов. Однако полная автоматизация холодильных установок АРВ позволила отказаться от сопровождения вагонов в пути следования обслуживающим персоналом и перейти на периодическое их техническое обслуживание на специализированных пунктах (ПТО АРВ).

При эксплуатации частично автоматизированных холодильных установок необходимо постоянное дежурство обслуживающего персонала. Наличие персонала позволяет отказаться от автоматизации включения и выключения холодильной машины, процесса оттаивания воздухоохладителя и др. В результате достигается значительное снижение первоначальных затрат. Защитная же автоматика в таких машинах должна предусматриваться в полном объеме, как и для полностью автоматизированной установки.

Из частично автоматизированных установок условно выделяют полуавтоматизированные установки, в которых включение и выключение оборудования выполняет вручную механик, а поддержание установленного режима работы осуществляют приборы автоматики. К полуавтоматизированным холодильным установкам относятся установки 5- вагонной секции БМЗ.

Автоматизированные холодильные установки всегда работают в оптимальном режиме. Это позволяет сократить время достижения требуемой температуры в грузовом помещении, увеличить за счет этого межремонтные сроки эксплуатации оборудования и снизить расход электроэнергии. Автоматизированная холодильная установка точнее поддерживает заданный температурный режим в охлаждаемом помещении, чего невозможно достигнуть при ручном регулировании. Это позволяет сохранить качество перевозимых грузов и уменьшить их потери при транспортировке. Система автоматизации надежно защищает холодильную установку от опасных режимов работы, увеличивая срок ее службы и обеспечивая безопасность для обслуживающего персонала. Автоматизация повышает культуру производства, улучшает и облегчает условия труда обслуживающего персонала. Практически обязанности поездной бригады сводятся к периодическим осмотрам и проверкам режима работы оборудования и к устранению выявленных неисправностей. Естественно, системы автоматики различны. Применительно к системам автоматики установки кондиционирования воздуха можно классифицировать по трем признакам: по регулируемым параметрам воздуха: по температуре или по влажности, или по обоим этим параметрам, т.е. по теплосодержанию; по характеру процесса обработки воздуха: мокрые камеры увлажнения и осушки с непосредственным разбрызгиванием и фильт189 рацией паровоздушной смеси, или камеры со смачиванием поверхности и также непосредственным тепломассообменом, или камеры с применением теплообмена через холодную (или горячую) стенку, охлаждаемую холодной водой или рассолом (нагреваемую горячей водой или рассолом), или камеры с воздухоохладителями непосредственного охлаждения, или камеры с твердыми или жидкими влагопоглотителями - адсорбентами; по схеме обработки воздуха: прямоточные камеры (без использования рециркуляции), или камеры с постоянной или переменной величиной первичной рециркуляции, или камеры с двойной рециркуляцией постоянной или переменной. Специальное устройство для регулирования влажности (специальная осушка воздуха осуществляется более глубоким его охлаждением, чем необходимо для поддержания температурного режима с последующим подогревом) в вагонных установках кондиционирования воздуха не применяется. Летом, когда требуется осушка воздуха, она выполняется одновременно с процессом его охлаждения в воздухоохладителе. Зимой, когда необходимо увлажнение воздуха, оно осуществляется за счет влаговыделения пассажиров. Таким образом, по первому признаку процесс автоматического регулирования работы вагонных установок кондиционирования является наиболее простым и сводится к поддержанию температуры в помещениях вагона в заданных пределах. Мокрые камеры, твердые и жидкие адсорбенты, теплообмен с помощью водяного или рассольного охлаждения в пассажирских вагонах не применяются. Из этого следует, что и по второму признаку системы автоматики вагонных кондиционеров довольно просты. Ни переменная, ни тем более двойная рециркуляция как постоянная, так и переменная, в вагонах не применяется. Наличие рециркуляции с постоянным соотношением наружного и рециркуляционного воздуха усложняет лишь систему вентиляции, не внося каких-либо из-менений в систему автоматического управления. Таким образом, и по третьему признаку, а значит, и в целом системы автоматики установок кондиционирования пассажирских вагонов по сравнению с системами автоматики других кондиционеров как комфортных, так и технологических, являются относительно простыми. Для поддержания температуры в охлаждаемом помещении в заданном интервале приходится регулировать холодопроизводительность установки, рассчитанную на максимальную потребность в холоде. Регулиро-вание может быть плавным или позиционным (ступенчатым).

Плавное регулирование можно выполнить: плавным изменением частоты вращения вала компрессора; перепуском (байлансированием) пара из нагнетательной линии во всасывающую; изменением рабочего объема компрессора (в винтовых компрессорах); открытием всасывающего клапана на части хода поршня и др. Многие из перечисленных выше способов применяются редко из-за сложности их конструкционного осуществления или из-за значительных энергетических потерь.

Позиционное регулирование можно выполнять изменением коэффициента рабочего времени, т.е. изменением продолжительности работы холодильной установки за цикл. Этот способ широко применяется в системах с большой тепловой аккумулирующей способностью. Позиционное регулирование выполняется также ступенчатым изменением частоты вращения коленчатого вала компрессора, используя многоскоростные электродвигатели. Частоту вращения вала электродвигателя изменяют переключением полюсов статора. На рефрижераторном подвижном составе применяется регулирование холодопроизводительности изменением коэффициента рабочего времени. Цикличная работа холодильной установки достигается периодическими ее включениями и выключениями. Отношение времени работы холодильной установки р к общей продолжительности цикла называется коэффициентом рабочего времени: b = р/ .

Коэффициент рабочего времени можно также определить как отношение теплопритоков в охлаждаемое помещение Q т к холодопроизводительности установки Q 0, т.е. b = Qт /Q 0.

Температуру в охлаждаемом помещении рефрижераторных вагонов обычно регулируют периодическими включениями и отключениями холодильной установки с помощью двухпозиционного автоматического прибора - термостата (реле температуры). При цикличной работе температура в охлаждаемом помещении не остается постоянной, а изменяется в определенных пределах, которые зависят от настройки дифференциала термостата. При увеличении дифференциала продолжительность цикла и пределы колебания температуры увеличиваются. Когда температура в охлаждаемом помещении достигнет верхнего установленного предела, термостат включит холодильную установку. После того как температура в охлаждаемом помещении достигнет нижнего предела, термостат подает электрический импульс на отключение установки. При увеличении теплопритоков в вагон продолжительность работы установки повышается.

2. Основные понятия

об автоматическом регулировании

Система автоматического управления - это совокупность объекта управления и управляющего устройства, осуществляющих какой-нибудь процесс полностью или частично без вмешательства обслуживающего персонала. Объект управления - комплекс технических элементов, выполняющих основную технологическую задачу - характеризуется значениями некоторых величин на его входе и выходе. Если в качестве объекта управления рассматривать рефрижераторный вагон, то величиной на выходе будет температура в грузовом помещении t ваг, а величиной на входе - холодопроизводительность холодильной машины Q 0. Величину на выходе, которую требуется поддерживать в определенном интервале, называют регулируемым параметром и обозначают X 0. Величина на входе объекта - это параметр, с помощью которого управляют значением величины на выходе. Внешнее воздействие на объект управления, вызывающее отклонение регулируемого параметра от исходного значения Х 0, называется нагрузкой. В данном случае это будут теплопритоки в вагон Q н. Действительное значение регулируемого параметра X под воздействием нагрузки Q н отклоняется от заданного значения X 0. Такое отклонение называется рассогласованием: Х=Х – X 0. Воздействие на объект, которое уменьшает рассогласование Х, является регулирующим воздействием. В нашем примере это будет холодопроизводительность машины Q 0. Если Q 0 = Qн , то Х = 0, а регулируемый параметр не изменяется: Х 0 - const.

Устройство, воспринимающее рассогласование АХ и воздействующее на объект для уменьшения рассогласования, называется автоматическим регулятором, или просто регулятором.

Объект и регулятор образуют систему автоматического регулирования (рис. 1).

Рис. 1. Система автоматического регулирования

Регулирование может выполняться по нагрузке и рассогласованию. В первом случае регулятор

воспринимает изменение нагрузки и на столько же изменяет регулирующее воздействие, поддерживая равенство Q 0 = Qн . Однако проще следить за отклонением регулируемого параметра Х 0, т.е. изменять регулирующее воздействие Q 0 в зависимости от значения Х.

Системы автоматизации различаются по своему назначению: управления, сигнализации, защиты, регулирования и комбинированные. Между собой они отличаются составом элементов и связями между, ними. Структурная схема автоматической системы определяет, из каких звеньев она состоит. Например, в систему автоматического регулирования входят объект регулирования и автоматический регулятор, состоящий из нескольких элементов - чувствительного элемента, задающего устройства, элемента сравнения, регулирующего органа и т.д. На рис. 2 показана простая одноконтурная система автоматического регулирования, широко применяющаяся при автоматизации холодильных установок. Работа объекта характеризуется параметром X на выходе, по которому ведется регулирование. На объект воздействует внешняя нагрузка Q н. Управление осуществляется регулирующим воздействием Q 0. Автоматический регулятор должен так изменять величину Q 0, чтобы значение X. соответствовало заданному Х 0. В системе имеются цепи прямой и обратной связи. Цепь прямой связи служит для формирования и передачи к объекту регулирующего воздействия Q 0; по цепи обратной связи поступает информация о ходе процесса. В цепь прямой связи входят усилитель (У), исполнительный механизм (ИМ) и регулирующий орган (РО). В цепь обратной связи включен чувствительный элемент (ЧЭ).

Рис. 2. Структурная схема автоматического регулирования

Обе цепи замыкаются элементом сравнения (ЭС). В регуляторе могут не применяться отдельные элементы (усилитель, исполнительный механизм). Некоторые детали могут выполнять функции нескольких элементов.

Система работает следующим образом. Чувствительным элементом регулятор воспринимает регулируемый параметр X и преобразует его в величину Х 1, удобную для дальнейшей передачи.

Эта преобразованная величина поступает в элемент сравнения, на другой вход которого подается сигнал Х 2, представляющий собой задание регулятору от устройства 3. В элементе сравнения производится операция вычитания, в результате которой получается рассогласование Х = X – Х 0.

Сигнал Х заставляет работать остальные элементы схемы. В усилителе его мощность повышается до Х 3 и воздействует на исполнительный механизм, который преобразует этот сигнал в удобный для использования вид энергии X 4 и изменяет положение регулирующего органа. В результате изменяется поток энергии или вещества, подводимого к объекту, т.е. изменяется регулирующее воздействие.

По взятому для примера рефрижераторному вагону можно проследить за взаимодействием элементов структурной схемы (рис. 1 и 2).

Температуру в вагоне X воспринимает термочувствительная система термостата, преобразует ее в давление Х 1 и воздействует на пружину термостата ЭС, отрегулированную на определенное усилие сжатия винтом задающего устройства 3. При повышении температуры в вагоне t ваг в результате теплопритоков Q н увеличивается рассогласование X .

При определенном значении t ваг замыкаются контакты термостата, включающие электрическую систему управления холодильной машиной У, которая получает энергию Е от внешнего источника. Исполнительные механизмы ИМ электрической системы включают холодильную машину РО, которая воздействует величиной Q н на объект. Структурные схемы других автоматических устройств можно получить из рассмотренной схемы. Сигнализирующая система отличается от системы регулирования тем, что в ней нет исполнительного механизма. Цепь прямой связи разрывается, и сигнал Х3 подается обслуживающему персоналу (звонок, включение сигнальной лампы), который и должен произвести регулирование. В системе автоматической защиты вместо исполнительного механизма и регулирующего органа имеется устройство управления, которое отключает холодильную установку. В системах сигнализации и защиты сигнал Х3 изменяется скачкообразно, когда величина X достигает заданного значения. Автоматические регуляторы классифицируются по назначению: регуляторы давления, температуры, уровня и т.д. Они различаются конструкцией чувствительного элемента. Регуляторы бывают прямого и непрямого действия. Если мощность сигнала рассогласования достаточна для воздействия на регулирующий орган, регулятор считается прямодействующим. В регуляторах непрямого действия для привода регулирующего органа используется внешний источник энергии Е (электрический, пневматический, гидравлический, комбинированный), подводимой через усилитель мощности У.

В зависимости от способа воздействия на объект различают регуляторы плавного и позиционного (релейного) действия. В регуляторах плавного действия регулирующий орган может занять любое положение в пределах между максимальным и минимальным. У позиционных регуляторов регулирующий орган может занимать два или несколько определенных положений. По типу задающего элемента регуляторы бывают стабилизирующие, программные, следящие, оптимизирующие. Стабилизирующие регуляторы поддерживают регулируемую величину на постоянном заданном уровне. Программные регуляторы изменяют регулируемую величину по заранее намеченной программе, следящие - в зависимости от изменений какого-нибудь внешнего параметра, Оптимизирующие регуляторы, анализируя внешние параметры, обеспечивают оптимальное ведение процесса. В холодильных установках чаще применяются стабилизирующие регуляторы.

Система регулирования согласовывает характеристики отдельных элементов машины при изменений их холодопроизводительности.

Характеристики представляют собой зависимости холодопроизводительности, расхода энергии на работу компрессора и охлаждение конденсатора от внешних условий, т.е. от температуры окружающей среды. Они позволяют установить взаимную связь параметров компрессора, испарителя и конденсатора. Построение характеристик проводят по уравнениям теплового баланса системы «холодильная машина - охлаждаемое помещение» и энергетическим соотношениям, описывающим работу основных элементов машины с учетом изменения по времени параметров хладагента и окружающей среды. При этом балансовые и энергетические соотношения представляют в функции температуры охлаждаемого объекта (температуры кипения хладагента) и температуры окружающей среды (температуры конденсации хладагента).

Процесс регулирования машины на требуемый режим охлаждения или на заданный температурный режим теоретически может быть реализован количественным или качественным способом. Первый предусматривает изменение расхода хладагента через испаритель, второй - изменение его параметров. Однако температура охлаждаемого объекта определяется температурой кипения хладагента, которая самоустанавливается в зависимости от холодопроизводительности компрессора, испарителя и конденсатора. Поэтому процесс регулирования определяет не только баланс холодопроизводительности компрессора Q oк и испарителя Q ои, но и температурный уровень отвода или подвода теплоты. Следовательно, регулирование паровой компрессорной машины представляет собой комбинированный процесс, сочетающий количественный и качественный способы.

Исполнительным органом системы регулирования (регулятором холодопроизводительности) служит дроссельный вентиль. Рабочий режим машины, который соответствует точке пересечения характеристик компрессора и испарителя Q oк = Q ои, обеспечивают изменением проходного сечения вентиля. Схема согласования характеристик основных элементов машины при некотором постоянном значении температуры окружающей среды приведена на рис. 3.

Характеристика испарителя Q oк =f (T 0) (T 0 - температура кипения хладагента) отвечает изменению теплопритоков охлаждаемого помещения, характеристика компрессора Q ок = f (T 0) - регулированию его производительности, расходная характеристика дроссельного вентиля Q дв= f (T 0) устанавливает степень его закрытия или открытия. Характеристики перечисленных элементов машины при изменении режима ее работы показаны штриховыми линиями. Точка А определяет рабочую точку системы «машина - охлаждаемое помещение» как объекта регулирования при переходе с одного режима работы на другой. При этом точка А ′соответствует рабочему режиму в процессе регулирования компрессора, а точка А ′′- при изменении характеристики испарителя. Регулирование холодопроизводительности машины с поршневым компрессором осуществляют плавным или ступенчатым (позиционным) регулированием его производительности. В машинах малой и средней мощности получили распространение следующие способы плавного регулирования с помощью внешних или встроенных конструктивных устройств: перепуск хладагента со стороны нагнетания на всасывание (балансирование), который осуществляют регулирующими вентилями, управляемыми от датчика давления или температуры; дросселирование на всасывании с переводом компрессора на работу при пониженном давлении всасывания; изменение объема мертвого пространства подключением к нему дополнительного внешнего объема; изменение частоты вращения вала компрессора.

Рис. 3. Характеристики основных элементов холодильной машины

Ступенчатое регулирование в машинах малой и средней холодопроизводительности в основном выполняют способом «пуск-остановка» с предельной частотой циклов до 5-6 в 1 ч; для многоступенчатых компрессоров эффективно используют отключение отдельных цилиндров путем отжатия всасывающих клапанов с помощью механических толкателей. Управление движением толкателей производят гидравлическими, пневматическими или электромагнитными приводами. Внедряется система электронного регулирования производительности с воздействием на всасывающие клапаны электромагнитного поля.

Примером ступенчатого пропорционального регулирования является регулирование температуры воздуха в вагоне летом, когда с увеличением теплопритока в вагон увеличивается холодопроизводительность холодильной установки (увеличиваются частоты вращения вала компрессора или включается большее количество его цилиндров). В этом случае импульсом, сигнализирующим необходимость увеличения холодопроизводительности, является дальнейшее повышение температуры воздуха в вагоне.

Пример пропорционального плавного регулирования - регулирование температуры воздуха в вагоне зимой, когда с увеличением теплопотерь вагона плавно увеличивается температура воды в котле водяного отопления. В этом случае импульсом, сигнализирующим необходимость повышения температуры воды в котле, является изменение температуры наружного воздуха. Наиболее совершенным, но и наиболее сложным видом пропорционального регулирования является изодромное регулирование, основанное на применении чувствительной и гибкой обратной связи, благодаря которой регулируемый параметр изменяется в очень узких пределах или даже держится на практически постоянном уровне. Первоначально изодромное регулирование применялось для обеспечения постоянной скорости вращения деталей машин, откуда и получило свое название (по-гречески изо - постоянный, равный; дромос - бег, скорость). В настоящее время оно применяется в самых различных процессах, например, для автоматического вождения морских кораблей по заданному курсу.

Вследствие сложности аппаратуры, трудных условий ее работы при вибрации и тряске, а главное из-за отсутствия практической необходимости в предельно точном регулировании температуры воздуха, в установках кондиционирования воздуха вагонов изодромное регулирование не применяется.

При выборе способа регулирования необходимо учитывать начальные и эксплуатационные затраты, технологичность и надежность конструкции. Для оценки энергетической эффективности системы регулирования используют отношение холодопроизводительности компрессора при заданной степени регулирования к номинальной: =qop/qон = f(T 0). Показатели сравнительной эффективности основных способов регулирования производительности поршневых компрессоров приведены на рис. 4. Для способов пуск-остановка (линия 1) и отжатие впускных клапанов (линия 2 ) характерны малые энергетические потери и практическая независимость от режима работы. При дросселировании на всасывании (линия 3 ) наблюдается резкое падение эффективности с ростом температуры кипения хладагента, поэтому этот способ применяют в компрессорах, которые работают в узком диапазоне давлений кипения. Балансирование (линия 4 ) - наименее эффективный вариант регулирования, так как он связан с потерями энергии сжатого пара при его перепуске, повышением температуры всасывания хладагента, а следовательно, и температуры нагнетания; энергетические потери при этом способе соответствуют степени уменьшения холодопроизводительности машины.

В холодильных машинах с винтовыми компрессорами используют следующие способы регулирования холодопроизводительности: дросселирование на всасывании, балансирование, изменение частоты вращения вала, золотниковой системой.

Дросселирование обеспечивают автоматическим перекрытием дроссельного клапана, установленного на входе в компрессор. Эффективность этого способа ограничена снижением производительности до 70% от номинальной; при более глубоком дросселировании существенно снижается экономичность.

Рис. 4. Энергетическая эффективность основных способов регулирования производительности поршневых компрессоров

Балансирование осуществляют перепуском части хладагента через безопасный клапан со стороны нагнетания на всасывание.

Применение такого способа обычно ограничивают компрессорами сухого сжатия.

Наиболее экономичное регулирование путем отключения в процессе сжатия части объема рабочих полостей обеспечивает золотниковая система. Несмотря на усложнение конструкции компрессора, такая система открывает дополнительные схемные возможности усовершенствования паровых холодильных машин.

Автоматизация работы холодильной машины позволяет с высокой точностью поддерживать требуемый уровень параметров процесса охлаждения, отвечающий оптимальному технологическому режиму, а также частично или полностью исключить участие обслуживающего персонала в эксплуатации холодильного оборудования.

В паровых компрессорных машинах объектами автоматизации являются теплообменные аппараты, в частности степень заполнения испарителя жидким хладагентом и давление процесса конденсации. Объективным и технически наиболее удобным показателем, отражающим степень заполнения испарителя, служит перегрев пара

на выходе из него. Действительно, когда часть теплопередающей поверхности испарителя обеспечивает перегрев паров хладагента, уменьшение его подачи приводит к снижению степени заполнения, а следовательно, к росту перегрева. При этом повышение температуры перегрева сверх расчетного уровня ухудшает энергетические показатели машины и надежность ее работы. Подача хладагента в испаритель в количестве, превышающем возможности процесса теплопередачи, связана с переполнением испарителя и снижением перегрева. Последнее приводит к снижению холодопроизводительности машины, а в ряде случаев к работе компрессора на влажном паре, что может привести к гидравлическому удару.

Системы автоматического регулирования степени заполнения испарителя по перегреву паров хладагента выполняют плавными и позиционными (обычно двухступенчатыми). В качестве автоматического регулирования в плавных системах широко используют терморегулирующие вентили (ТРВ), в которых величину перегрева паров хладагента получают в виде разности между температурой пара, выходящего из испарителя, и температурой кипения хладагента. Терморегулирующие вентили, обеспечивающие процесс дросселирования хладагента от давления конденсации до давления испарения, устанавливают на линии между конденсатором и испарителем.

Принципиальная схема автоматического регулирования уровня хладагента в испарителе с помощью ТРВ, используемая в хладоновых машинах РПС, приведена на рис. 5. Чувствительный элемент измерительной головки 1 терморегулирующего вентиля, выполненный в виде мембраны 2 или сильфона, находится под воздействием разности давлений перегретого пара, соответствующего температуре перегрева, и хладагента на выходе из испарителя 7 , отвечающего температуре кипения. Перегретый пар, который образуется в термосистеме, состоящей из термобаллона 6 и капилляра 3 , поступает в пространство над мембраной; пространство под мембраной связывают уравнительной трубкой 4 с всасывающей линией компрессора 5 . При этом уравнительную трубку присоединяют к всасывающей линии в месте установки термобаллона. В некоторых конструкциях в термобаллон вводят твердый поглотитель и всю термосистему заполняют газом.

Перемещение штока 12 в результате деформации чувствительного элемента при изменении температуры перегрева обеспечивает открытие или закрытие запорного клапана 11 , регулирующего поступление жидкого хладагента из конденсатора в испаритель по линии 10 . С помощью регулировочного винта 8 изменяют силу затяжки пружины 9 и, следовательно, необходимую величину температуры перегрева. В процессе автоматического регулирования ТРВ должен обеспечить оптимальный уровень заполнения испарителя и устойчивость системы во всем требуемом диапазоне изменения холодопроизводительности, что особенно важно для холодильных машин рефрижераторного подвижного состава. Практически устойчивая работа системы ТРВ начинается при перегреве (3 6) К. Для расширения диапазона регулирования и повышения его устойчивости в системе может быть использовано несколько ТРВ.

Рис. 5. Схема автоматического регулирования уровня хладагента в испарителе с помощью ТРВ

Процесс автоматического регулирования давления конденсации хладагента в машинах с конденсаторами воздушного охлаждения осуществляют изменением скорости или расхода охлаждающего воздуха.

Технически его обеспечивают системой жалюзи или поворотных заслонок, использованием вентиляторов с изменяемым углом установки направляющих лопаток, применением двухскоростных электродвигателей, а также периодическим выключением вентиляторов. Изменение скорости или расхода охлаждающего воздуха приводит к изменению коэффициента теплопередачи конденсатора, а следовательно, к

изменению температуры и давления процесса конденсации.

В ряде случаев повышения температуры конденсации добиваются частичным подтоплением поверхности конденсатора жидким

хладагентом.

Приборы автоматического регулирования, помимо контроля параметров испарителя и конденсатора, поддерживают заданную температуру воздуха в охлаждаемом помещении, обеспечивают своевременное удаление инея («снеговой шубы») с поверхности испарителя, регулируют уровень масла в маслоотделителях и т.д. Работу системы регулирования сочетают с автоматической защитой, которая включает комплекс мер по безопасной эксплуатации холодильных машин и предупреждает аварийные режимы путем отключения машины.

Система автоматической защиты включает соответствующие датчики (реле защиты и устройства для преобразования импульсов от этих реле в сигнал остановки). В ряде случаев систему защиты дополняют блокировкой, которая исключает повторный пуск машины без устранения причины, вызвавшей срабатывание защиты.

В компрессорных холодильных машинах датчики системы защиты следят за уровнем максимального давления и температуры хладагента на нагнетании компрессора, минимального давления на всасывании, за давлением и температурой масла в системе смазки, за работой электродвигателя, исключающей его перегрузку или короткое замыкание. В систему, автоматической защиты может быть введена световая или звуковая сигнализация, оповещающая о достижении предельного значения контролируемой величины или приближения к опасному режиму работы машины.

3. Классификация и основные элементы

приборов автоматики

По назначению приборы автоматики можно разделить на четыре основные группы: регулирования, защиты, контроля, сигнализации.

Приборы автоматического регулирования обеспечивают включение или выключение холодильной установки и отдельных ее аппаратов, а также управляют процессами работы. В холодильных установках подвижного состава приборы регулирования осуществляют следующие функции: правильно заполняют испаритель хладагентом (терморегулирующие вентили и др.); поддерживают температуру в охлаждаемых помещениях в заданных интервалах (термостаты, дуостаты); регулируют давление в конденсаторе в заданном интервале (прессостаты); обеспечивают своевременное оттаивание инея с испарителя (прессостаты, программные реле, термостаты); открывают или прекращают подачу жидкого или парообразного хладагента (электромагнитные вентили, обратные клапаны); ограничивают поступление хладагента в компрессор из испарителя (регуляторы давления всасывания).

Приборы автоматической защиты выключают всю холодильную установку или отдельные аппараты при наступлении опасных режимов работы: при достижении предельно допустимого давления нагнетания (прессостаты); при вакууме на стороне всасывания (прессостаты); при падении давления масла в системе смазки компрессора (релеразности давлений); при низкой температуре масла в картере компрессора (термостаты) ; при высокой температуре паров хладагента, сжатых в компрессоре (реле температуры); при перегрузке электродвигателя или коротком замыкании (тепловые реле, автоматические выключатели, плавкие предохранители).

Приборы автоматического контроля осуществляют измерения, а в некоторых случаях и записи определенных параметров работы холодильной установки, например температуры в охлаждаемом помещении (термограф), расхода электроэнергии (электросчетчик), времени работы оборудования (счетчики моточасов) и др. Приборы автоматической сигнализации включают световые или звуковые сигналы при достижении заданного значения контролируемой величины или при приближении к опасному режиму работы машины.

Приборы автоматики состоят из следующих основных частей: чувствительного элемента (датчика), передающего механизма, регулирующего (рабочего) органа, устройства для настройки (задатчика). Чувствительный элемент воспринимает контролируемую величину (температуру, давление, уровень жидкости и т.п.) и преобразует ее в удобный вид энергии для дистанционной передачи. Передающий механизм соединяет чувствительный элемент с регулирующим (рабочим) органом.

Регулирующий орган действует по сигналу чувствительного элемента. В приборах двухпозиционного действия (реле) рабочий орган может занимать только два положения. Например, электрические контакты реле давления (прессостата) или реле температуры (термостата) могут быть замкнуты или разомкнуты, клапан электромагнитного вентиля - закрыт или открыт. В приборах плавного (пропорционального) действия каждому изменению регулируемой величины соответствует перемещение регулирующего органа (например, плавное перемещение клапана регулирующего вентиля при изменении тепловой нагрузки на испаритель). Устройство для настройки прибора устанавливает заданное значение регулируемой или контролируемой величины. Отклонение регулируемой величины, не вызывающее перемещение регулирующего органа, называется зоной нечувствительности, или дифференциалом прибора. Чувствительные элементы приборов давления выполняются в виде сильфонов и мембран. Сильфон представляет собой тонкостенную гофрированную трубку. Изготавливают сильфоны из латуни, бронзы, нержавеющей стали. При изменении давления в сильфоне длина его может значительно изменяться. Мембраны изготавливают в виде круглых эластичных пластин, закрепленных по периметру. Мембраны могут быть упругие (металлические) и мягкие (резиновые, пластмассовые, из прорезиненных тканей).

204 Температурные чувствительные элементы выполняют в виде биметаллических пластин и термочувствительных систем с различными наполнителями. В элементах, основанных на расширении твердых тел при нагревании, температура преобразуется в механическое перемещение (дилатометрические элементы). Перемещение происходит за счет неодинаковых коэффициентов линейного расширения у различных металлов. На рис. 3.6 а, б показаны элементы с двумя металлическими деталями 1 и 2 из разного материала, на рис. 3.6 в, г - чувствительный элемент из биметалла, т.е. из двух слоев металлов, сваренных между собой.

В элементах с тепловым расширением жидкостей используется зависимость изменения объема жидкости от температуры. Датчики, заполненные ртутью (рис. 3.7, а, б), используются для преобразования температуры в электрический сигнал без промежуточной механической системы. Датчик на рис. 3.7, а имеет релейную характеристику, на рис. 3.7, б - плавную. Применявшиеся ранее на рефрижераторных поездах ртутноконтактные датчики температуры оказались недостаточно надежными, так как из-за вибраций и толчков на ходу появлялись разрывы ртутного столба и нарушалась электрическая цепь. Кроме того, ртутно-контактные датчики рассчитаны на малую электрическую мощность сигнала.

Рис. 3.6. Дилатометрические чувствительные элементы

Рис. 3.7. Жидкостные

термочувствительные