Контрольные вопросы по теме лабораторной работы

Лабораторная работа 1.
Снятие схемы хладоновой холодильной установки и определение
характеристик оборудования
Цель работы: 1. Изучение схемы, принципа действия, конструкций
отдельных элементов действующей паровой холодильной установки.
2. Получение навыков по составлению принципиальных схем
холодильной установки и ознакомление с основными обозначениями,
применяемыми при составлении принципиальных схем.
3. Знакомство с характеристиками элементов холодильной установки.
При подготовке к лабораторной работе следует изучить принцип работы
паровой холодильной машины [2,5,8,11].
Порядок проведения работы.
1.
2.
3.
4.
Изучить принцип работы холодильной установки, устройство и
назначение основных и вспомогательных механизмов, аппаратов и
регулирующей аппаратуры.
Составить принципиальную схему хладоновой одноступенчатой
холодильной установки (тип установки задаётся преподавателем)
непосредственного
охлаждения,
пользуясь
принятыми
в
холодильной технике условными обозначениями. На схеме показать
фазовое состояние и направление движения рабочего вещества по
трубопроводам.
По справочной литературе установить характеристики основных
элементов холодильной установки.
Составить отчёт по выполненной работе.
Методические указания по проведению работы.
1. При изучении принципа работы холодильной установки следует
уяснить, что холодильная установка представляет собой совокупность
механизмов, аппаратов и приборов, собранных в единую холодильную схему
для создания искусственного холода и автоматического поддержания
заданного температурного режима.
Парокомпрессионная холодильная установка состоит из следующих
основных элементов: компрессора, конденсатора, регулирующего вентиля,
испарителя. Кроме основных элементов имеется вспомогательная аппаратура
(ресивер, вентили, фильтры и др.), которая служит для поддержания
нормального режима работы, улучшения эксплуатационных показателей и
обеспечения безопасности работы. Отдельные элементы холодильной
машины соединяют в единую систему посредством трубопроводов.
Компрессор отсасывает пары холодильного агента (хладона) из
испарителя, сжимает их и нагнетает в конденсатор. В конденсаторе за счёт
отвода теплоты от паров холодильного агента к окружающей среде
(воздухом или водой) происходит процесс конденсации хладона. Жидкий
хладон из конденсатора сливается в ресивер, который служит для сбора
холодильного агента. Далее жидкий хладон поступает в регулирующий
вентиль, где из-за дросселирования снижается его давление и температура. В
таком состоянии холодильный агент поступает в испаритель, в котором
происходит его кипение за счёт теплоты, отбираемой от охлаждаемого
объекта.
В регулирующем вентиле, помимо дросселирования, происходит
регулировка подачи жидкого холодильного агента в испаритель. Для защиты
от чрезмерного повышения давления в линии нагнетания и регулировки
холодопроизводительности компрессора в схему включено реле давления.
Большинство
хладоновых
холодильных
установок
снабжены
регенеративным теплообменником, в котором происходит перегрев пара
перед всасыванием в компрессор за счёт теплоты, отдаваемой жидким
хладоном перед регулирующим вентилем. Благодаря этому существенно
улучшаются энергетические характеристики холодильной установки.
2. При снятии схемы холодильной установки необходимо показать
все, как основные, так и вспомогательные элементы.
3. При снятии характеристик основных элементов холодильной
установки (характеристики определяются по справочной литературе,
например, необходимо определить следующие параметры:
компрессор – тип, рабочий холодильный агент, ход поршня и диаметр
цилиндра, число цилиндров и их расположение, частота вращения вала,
объем,
описываемый
поршнями,
холодопроизводительность
стандартных условиях, мощность электродвигателя;
теплообменные аппараты – тип аппарата,
поверхности, величина теплообменной поверхности;
регулирующие вентили
холодопроизводительность
температуры кипения.
– тип, рабочий
при
стандартных
вид
при
теплообменной
холодильный агент,
условиях,
диапазон
Содержание отчета.
1. Наименование, цель работы.
2. Принципиальные схемы установки (схема выполняется на чертежной
бумаге формата А4, ее сопровождает описание каждого элемента
машины с указанием его назначения, принципа действия и
конструкции).
3. Описание конструкции и принципа работы установки.
4. Характеристики основных элементов холодильной установки
(компрессора, конденсатора, регулирующего вентиля, испарителя).
Приложение.
Изучение холодильных машин невозможно без изображения схем. Для
однозначности восприятия схем в мире были выработаны условные
обозначения каждого элемента. Строго определенные обозначения
соответствуют требованиям ЕСКД. В учебной литературе, а также в
периодических научных изданиях применяется более наглядное изображение
элементов, чтобы детализация изображения давала возможность четко
представить себе элемент машины с точки зрения классификационных
признаков и назначения в схеме.
компрессор сальниковый
компрессор бессальниковый
(герметичный)
конденсатор проточный (чаще - с
водяным охлаждением)
конденсатор с воздушным
охлаждением (принудительным)
испаритель проточный (с
промежуточным хладоносителем)
воздухоохладитель
ресивер (сосуд под давлением)
теплообменник регенеративный
(экономайзер)
холодильник промежуточный
(охладитель пара)
конденсатор - испаритель
фильтр (чаще - фильтр-осушитель)
вентиль дроссельный проходной
вентиль дроссельный угловой
вентиль заправочный
вентиль проходной
вентиль угловой
клапан предохранительный
насос центробежный
вентилятор осевой
маслоотделитель
трубопровод жидкостный
трубопровод газовый (паровой)
пересечение трубопроводов
Обозначение трубопроводов холодильных машин
Вид трубопровода
жидкий агент
вода
масло
холодный пар агента
горячий пар агента
Цвет обозначения
желтый
зеленый
коричневый
голубой
красный
Примеры
изображения схемы простейшей холодильной машины
приведены на Рис. 1.1.
а
б
KM
Pk
l сж
qk
q0
КД
И
PB
в
г
Рисунок 1.1 – Примеры изображения схемы простейшей холодильной
машины: а – помощью условных обозначений; б – примитивное упрощение;
в – с помощью излишней детализации; г - обозначение в соответствии с
ЕСКД.
Контрольные вопросы по теме лабораторной работы
1. Сформулируйте назначение основных и вспомогательных элементов
холодильной машины.
2. Каково назначение компрессора, конденсатора, испарителя,
регулирующего вентиля в схеме холодильной машины?
3. Перечислите основные технические характеристики компрессора,
конденсатора и испарителя.
4. Что характеризует цвет трубопровода холодильной машины?
Лабораторная работа 3.
Построение и анализ циклов паровых
компрессионных холодильных машин
Цель работы:
1. Приобрести навыки в определении оптимальных
режимов работы холодильных машин.
2. Освоить методику построения циклов паровых
компрессионных холодильных машин в диаграммах
состояния рабочих тел.
3. Изучить методику теплового расчёта паровых
компрессионных холодильных машин.
При подготовке к работе необходимо изучить термодинамические
процессы, происходящие в различных элементах холодильных машин,
свойства холодильных агентов, теоретические циклы и принципиальные
схемы паровых холодильных машин [2, 5, 8, 11, 13].
Порядок и методические указания по выполнению работы.
Процессы, происходящие при работе холодильной машины, наиболее
просто рассчитываются графически по термодинамическим диаграммам. Для
этих целей чаще всего используют диаграммы: энтропия-температура (T-S) и
энтальпия-давление (lgP- i) (рис. 1). В тепловых расчётах холодильных
циклов и при анализе отдельных термодинамических процессов используют
также таблицы насыщенных паров холодильных агентов, составленные на
основании экспериментальных исследований.
Хладагенты в рабочем диапазоне температуры для холодильной
машины могут находиться в жидком и парообразном состоянии.
Существенное влияние на состояние хладагента оказывает давление. Причем
для хладагента в замкнутом объеме температура и давление взаимосвязаны.
Повышение температуры хладагента в замкнутом объеме сопровождается
повышением температуры, и наоборот. Температура, при которой вещество
превращается из жидкости в пар, называется температурой насыщения.
Жидкость, имеющая температуру насыщения, называется насыщенной, а пар
— насыщенным. Температура насыщения для конкретного давления — это
максимальная температура, которую может иметь жидкость, и минимальная
температура, которую может иметь пар. Причем эта температура одинакова
для жидкости и пара. Если к насыщенной жидкости постоянно подводить
теплоту, то она кипит. Если от насыщенного пара отводить теплоту – пар
конденсируется. Пар, температура которого выше температуру насыщения
называют перегретым.
Рисунок 2.1 - Термодинамические диаграммы: а - в координатах T-S; б
– в координатах lgp-i.
Последовательными стадиями расчета графическим методом являются:
установление исходных условий и величин, необходимых для расчета;
построение проектируемого холодильного цикла в диаграммах состояния
рабочих тел, согласно рассчитанным исходным данным;
определение параметров холодильного агента в узловых точках цикла;
тепловой расчет цикла.
1. Исходными данными для определения оптимальных расчетных
режимов работы, необходимых для построения цикла и теплового расчета,
являются: холодопроизводительность холодильной машины, используемый
холодильный агент, температура охлаждаемого объекта, температура
охлаждающей конденсатор среды и принятая система охлаждения.
Исходные данные выбираются (назначаются преподавателем) из
таблицы 1 по вариантам индивидуально для каждого студента.
Таблица 2.1 – Исходные данные для выполнения работы
Номер Холодо Температура ХолодильныйТемпература Температура Система
вари- произ- охлаждаемогоагент
охлаждающейохлаждающего охлаждения
о
анта
водите- объекта, С
воды, оС
воздуха, оС
льность,
кВт
По
последней
зачётной книжки
1
8
-5
2
10
-10
3
12
-15
4
14
-20
5
16
-25
6
18
-20
7
20
-15
8
22
-10
9
24
-5
0
26
0
цифреПо предпоследней цифре зачётной книжки
R134а
R717
R22
R717
R22
R717
R22
R134а
R134а
R134а
20
24
18
22
-
30
32
34
28
26
36
непосредственная
непосредственная
рассольная
непосредственная
непосредственная
рассольная
непосредственная
непосредственная
рассольная
непосредственная
Установление оптимального температурного режима работы
холодильной машины сводится к определению температуры кипения
холодильного агента tо, его конденсации tK, переохлаждения жидкого
хладагента перед регулирующим вентилем tn и температуры паров,
всасываемых компрессором tвс.
Значения указанных температур определяют в зависимости от
назначения
холодильной
машины,
технологических
требований,
предъявляемых к охлаждаемому объекту, и температуры окружающей среды
(воды или воздуха). Эта зависимость обычно следующая:
t0 принимают на 7-10оС ниже температуры воздуха в охлаждаемом
объекте, а для ребристых испарителей малых хладоновых холодильных
установок холодопроизводительностью до 12 кВт на 8-13оС ниже
температуры охлаждаемого объекта. Температура охлаждаемого объекта
устанавливается, исходя из технологических требований. При охлаждении
промежуточным теплоносителем (рассолом) t0 принимают на 13-16оС ниже
температуры воздуха охлаждаемого объекта. В этом случае разность
температуры рассола и кипения хладагента составляет 4-6оС.
tк зависит от температуры охлаждающей воды в случае, если
конденсатор водяного охлаждения, или от температуры окружающего
воздуха, если конденсатор воздушного охлаждения. При воздушном
охлаждении tк принимают на 8-12оС выше температуры наружного воздуха
(меньшие значения принимать для холодильных машин средней
холодопроизводительности). При применении конденсаторов водяного
охлаждения tк принимают на 7-10оС выше температуры поступающей воды.
tвс принимают в аммиачных холодильных установках и в машинах,
работающих на R22, на 5-15оС выше температуры кипения, в хладоновых
установках с регенеративным теплообменником на 25-45оС выше
температуры кипения.
tп обычно принимают на 3-4оС ниже температуры конденсации в
холодильных установках, работающих на R22 и R717, а для хладоновых
холодильных установок с регенеративным теплообменником - из теплового
баланса регенеративного теплообменника.
2. После установления оптимального температурного режима на
диаграммах состояния рабочих тел наносится цикл работы холодильной
машины. Методика построения цикла следующая.
В области насыщенного пара диаграммы отыскивается изотерма (она
же изобара), соответствующая рассчитанной t0. При пересечении этой
изотермы с правой пограничной кривой отмечают точку 1’,
характеризующую окончание процесса кипения жидкого хладагента в
испарителе. Для обеспечения «сухого хода» компрессора пар перегревается
во всасывающем трубопроводе или регенеративном теплообменнике, т.е. на
пути хладагента из испарителя к компрессору. Поэтому точка 1,
характеризующая состояние пара на входе в компрессор, определяется в
области перегретого пара пересечением изобары кипения с изотермой,
соответствующей температуре всасываемых паров tвс.
В области насыщенного пара диаграммы выше изотермы кипения,
отыскивается
изотерма
(изобара)
конденсации,
соответствующая
рассчитанной tк. При пересечении этой изотермы с правой пограничной
кривой (х=1) отмечается точка 2’, характеризующая начало процесса
конденсации, а с левой пограничной кривой (х=0) – точка 3’,
характеризующая завершение конденсации пара.
В области перегретого пара диаграммы определяется точка 2
пересечением адиабаты, проходящей через точку 1, и изобары конденсации,
проходящей через точку 2’. Полученная точка 2 характеризует состояние
хладагента в конце сжатия паров в компрессоре.
В области ненасыщенной жидкости диаграммы, левее пограничной
кривой х=0, определяется точка 3, характеризующая состояние
переохлаждённого жидкого агента перед регулирующим вентилем. Она
определяется пересечением изобары, проходящей через точку 3’, с
изотермой, соответствующей рассчитанной tп (для аммиачных установок и
хладоновых на R22). Для хладоновых холодильных установок с
регенеративным теплообменником точка 3 определяется пересечением
изобары, проходящей через точку 3’, с линией постоянной энтальпии в точке
3, которая находится из теплового баланса регенеративного теплообменника:
і3’ - і3=і1 - і1’ , откуда:
і3 = і3’ – (і1 - і1’).
Из полученной точки 3 проводится изоэнтальпа до пересечения ее с
изобарой кипения. Полученная пересечением указанных линий точка 4
характеризует состояние хладагента, поступающего в испаритель после
дросселирования.
Последовательно соединяя полученные точки
термодинамический цикл работы холодильной машины.
-
получают
3. Пользуясь диаграммой состояния рабочих тел с нанесёнными на неё
холодильным циклом, определяют параметры холодильного агента в узловых
точках цикла. Численные значения параметров, необходимые в тепловых
расчётах отдельных процессов цикла, определяют по значению
соответствующих линий, проходящих через узловые точки цикла.
Таблица 2.2 – параметры узловых точек цикла
Номер точки
Давление,
МПа
Температура,
о
С
Энтальпия,
кДж/кг
Удельный
объём пара,
м3/кг
1
1’
2
2’
3
3’
4
1. Используя численные значения параметров в узловых точках,
производят тепловой расчёт цикла в следующем порядке.
Удельная массовая холодопроизводительность:
q0 = i1’ – i4 кДж / кг  .
Удельная работа сжатия:
l = i2 – i1 кДж / кг  .
Удельное количество тепла, отводимое в конденсаторе:
qк = i2 – i3’ кДж / кг  .
Холодильный коэффициент цикла:
ε = q0/ l.
Масса хладагента, циркулирующего в единицу времени (массовая подача
компрессора):
М0 = Q0/q0 кг / с.
Удельная объёмная холодопроизводительность:
qv = q0/v1
кДж / м  .
3
Объёмная теоретическая производительность компрессора:
VT = М0 v1
м / с.
3
Тепловая нагрузка на конденсатор или количество теплоты, отведённое в
конденсаторе:
Qкд = М0 qк [кВт].
Теоретическая мощность, потребляемая компрессором:
Nт = М0 l [кВт].
Содержание отчёта.
1. Наименование, цель работы.
2. Температурный режим работы холодильной машины, определенный на
основании индивидуальных исходных данных.
3. Цикл работы холодильной машины, изображенный в диаграмме
состояния холодильного агента.
4. Тепловой расчет построенного цикла.
Контрольные вопросы по теме лабораторной работы.
1. Какие виды изолиний нанесены на термодинамические диаграммы
состояния холодильных агентов?
2. Дайте определение температуре насыщения.
3. При каких постоянных параметрах происходят термодинамические
процессы при работе холодильной машины: кипение холодильного агента в
испарителе, сжатие паров холодильного агента в компрессоре, конденсация
паров, дросселирование жидкого холодильного агента?
4. Запишите
теплообменника.
уравнение
теплового
баланса
регенеративного
5. К чему приводит чрезмерный перегрев паров перед всасыванием их в
компрессор?
6.
Поясните
физический
смысл
удельной
холодопроизводительности, удельной работы сжатия.
массовой
7. Обоснуйте целесообразность выбора холодильного агента из двух
предложенных, если при одинаковом температурном режиме их значение
холодильного коэффициента различно.
Лабораторная работа 3
Компрессоры холодильных машин
Цель работы: 1. Изучение назначения и принципа действия компрессоров,
их классификация.
2. Изучение конструктивных особенностей, основных узлов
компрессоров.
3. Замер линейного мертвого пространства и определение
секундного рабочего объема цилиндров компрессора.
Порядок выполнения работы.
1. Ознакомиться с работой и конструктивными особенностями
поршневых компрессоров открытого типа, герметичных и
бессальниковых.
2. Ознакомиться с работой и конструктивными особенностями
герметичных ротационных компрессоров.
3. Замерить линейное мертвое пространство и определить секундный
рабочий объем поршневого компрессора.
4. Составить отчет по выполненной работе.
Методические указания к выполнению работы.
Компрессор является одним из основных элементов холодильной
машины. Он предназначен для отсасывания паров из испарителя,
обеспечивая пониженное давление и требуемую температуру кипения
хладагента, сжатия их от давления конденсации и нагнетания в конденсатор,
создавая необходимые условия для сжижения газа.
При общем анализе конструкций компрессоров следует знать, что
поршневые компрессоры различают по следующим признакам:
1. По холодопроизводительности:
а) мелкие до 3,5 кВт;
б) малые от 3,5 до 23 кВт;
в) средние от 23 до 105 кВт;
г) крупные – свыше 105 кВт.
2. По ступеням сжатия:
а) одноступенчатые;
б) двухступенчатые;
в) трехступенчатые.
В компрессоре двухступенчатого сжатия всасываемые пары
сжимаются дважды: вначале до определенного давления (Рпр) в цилиндре I
ступени, затем, пройдя холодильник, под давлением поступает в цилиндр
ступени, где сжимается до конечного давления (Рк).
Рисунок 3.1 - Схема компрессора двухступенчатого сжатия:1 - корпус; 2
- поршень; 3, 4 - всасывающий и нагнетательный клапаны; 5 - шатун; 6 коленчатый вал; 7, 9 - цилиндры I и II ступеней; 8 — холодильник.
3. По числу рабочих полостей:
а) простого действия, в которых агент сжимается только одной стороной
поршня;
б) двойного действия, где сжатие агента осуществляется поочерёдно
обеими сторонами поршня.
Рисунок 3.2 - Схема компрессора двойного действия: 1- картер; 2 шатун; 3 -всасывающий клапан первой полости; 4 - соединительный шток; 5поршень; 6 -всасывающий клапан второй полости; 7 - нагнетательный клапан
второй полости; 8 - нагнетательный клапан первой полости. (Компрессор
имеет не одну, а две рабочие полости цилиндра, расположенные с обеих
сторон поршня, где пары сжимаются попеременно.)
4. По направлению движения агента в цилиндре:
а) прямоточные с движением агента в цилиндре в одном направлении;
б) непрямоточные, в которых агент меняет направление движения,
следуя за поршнем.
Рисунок 3.3 - Схема поршневого компрессора: а – непрямоточный; б –
прямоточный.
Компрессор (рис. 3.3а) называют непрямоточным, так как пары в его
цилиндрах двигаются возвратно-поступательно: вниз при всасывании через
всасывающие клапаны 4 и вверх при сжатии и вытеснении через
нагнетательные клапаны 2. Прямоточный компрессор показан на (рис. 3.3б).
Здесь полый поршень имеет две уплотненные поверхности верхнюю 1 и
нижнюю 2. Всасывающие клапаны 3 установлены в днище поршня, а
нагнетательные клапаны 4 в подвижной плите 5.
Пары холодильного агента подводятся внутрь поршня по трубе 6. Когда
поршень двигается вниз в полости 7 цилиндра создается разрежение и через
всасывающие клапаны 3 происходит наполнение цилиндра парами. При ходе
поршня вверх клапаны 3 закрываются, пары сжимаются. Когда их давление
превысит давление Рк в полости 8 открываются нагнетательные клапаны 4 и
по трубе 9 сжатие пары вытесняются в конденсатор холодильной установки.
5. По числу цилиндров:
а) одноцилиндровые;
б) многоцилиндровые.
6. По расположению осей цилиндра:
а) горизонтальные;
б) вертикальные;
в) угловые.
7. В зависимости от выполнения цилиндра и картера:
а) блоккартерные (с общей отливкой блока цилиндра и картера);
б) картерные с отдельными цилиндрами, отлитыми в виде блока или
индивидуально.
8. По устройству кривошипно-шатунного механизма (Рис.3.4):
а) бескрейцкопфные простого действия;
б) крейцкопфные двойного действия.
Рисунок 3.4 - Схема поршневых компрессоров: а – крейцкопфный; б –
бескрейцкопфный; 1 – всасывающий клапан; 2 – нагнетательный клапан; 3 –
рабочие полости цилиндра; 4 – уплотнение штока; 5 – направляющая
крейцкопфа; 6 – шатун; 7 – кривошип (коленчатый вал); 8 – крейцкопф; 9 –
шток; 10 – поршень.
9. По типу привода:
а) с электродвигателем, насажденным на вал компрессора;
б) с непосредственным соединением через муфту;
в) с ременной передачей.
10. По степени герметичности:
а) герметичные со встроенным электродвигателем и заваренном кожухе
без разъёмов;
б) бессальниковые (полугерметичные) со встроенным
электродвигателем, но съёмными крышками;
в) сальниковые или открытые с уплотнением конца вала, выступающего
из картера.
11. По холодильному агенту:
а) хладоновые;
б) аммиачные;
в) универсальные.
Детали поршневых компрессоров.
При анализе конструкций картеров следует уяснить, что в вертикальных и
V-образных бескрейцкопфных компрессорах они являются основанием для
крепления всех частей машины, кроме того, они воспринимают все
возникающие в компрессоре усилия.
Основное требование, предъявляемое к картерам – достаточная жёсткость
и прочность.
К верхнему фланцу картера шпильками крепят цилиндры. В средних и
крупных компрессорах картеры отливают одним блоком с цилиндрами
(блок-картер). Это уменьшает число разъёмов, улучшает герметичность и
обеспечивает правильное положение осей цилиндров по отношению к оси
отверстий под подшипники коленчатого вала.
Картеры и блоккартеры отливают из чугуна марки СЧ-18-36 или СЧ-2440.
Следует помнить, что рабочий процесс – всасывание, сжатие и нагнетание
паров хладагента осуществляется в цилиндрах. Стенки цилиндра
испытывают силы от давления паров, упругость поршневых колец и
нормальные силы кривошипно-шатунного механизма.
В средних и крупных компрессорах, работающих на аммиаке и хладоне22, где температура нагнетания достигает 140оС, цилиндры имеют водяные
охлаждающие рубашки. В компрессорах, работающих на хладонах 12, 22,
134а, 502, где температура нагнетания, как правило, не превышает 90 оС,
цилиндры и крышки выполняют с рёбрами для более интенсивного
охлаждения их воздухом. Охлаждение цилиндров обеспечивает более
экономичную работу компрессоров.
Цилиндры компрессоров отливают из чугуна марки СЧ-18-36 или СЧ-2140.
Студентам следует обратить внимание, что в вертикальных и V-образных
бескрейцкопфных компрессорах устанавливают поршни тронкового типа.
Они представляют собой цельную полую конструкцию. Поршень
прямоточного компрессора – тронковый проходной, имеет удлинённую
форму. В нём предусмотрены окна и каналы, по которым пары холодильного
агента из всасывающего трубопровода поступают к всасывающим клапанам,
расположенным в верхней части поршня.
Всасывающая полость отделяется от картера перегородкой в поршне.
Поршни выполняют из высококачественных чугунов типа СЧ-21-40 или
СЧ-24-44, а также из алюминиевого сплава (без присадки магния) марки А-5.
Для малых поршневых колец применяют чугун или низкоуглеродистую
сталь.
Обратить внимание, что различают уплотнительные кольца, служащие для
создания плотности между поршнем и стенками цилиндра при движении и
маслосъёмные, удаляющие избыток масла со стенок цилиндра. В
вертикальных компрессорах уплотнительные кольца располагают в верхних
канавках поршня. а в нижней канавке или непосредственно за
уплотнительными кольцами ставят маслосъёмные кольца. Маслосъёмные
отличаются от уплотнительных колец тем, что на наружной поверхности их
имеется скос, образующий конусную поверхность. На поршень
маслосъёмные кольца устанавливают конусом вверх.
Поршневые кольца изготавливают из чугуна марки СЧ-21-40 с твёрдостью
по Роквеллу 91-102 единицы. В настоящее время внедряются
неметаллические поршневые кольца из фторопластовой композиции.
Анализируя конструкцию шатуна, студентам следует обратить внимание
на то, что в герметичных компрессорах верхняя и нижняя головки шатуна
неразъёмные, в открытых – нижняя головка разъёмная, а верхняя –
неразъёмная. Разъемная головка заливается баббитом и закрепляется на
коленчатом валу шатунными болтами. Между половинками головки шатуна
с каждой стороны закладывается набор тонких регулировочных прокладок.
При небольшом износе баббита можно снять часть прокладок и обеспечить
прежний зазор между валом и внутренней поверхностью головки шатуна (так
называемая перетяжка подшипника). Если слой баббита небольшой
толщины, регулировочных прокладок не ставят. В компрессорах новых
моделей ставят тонкостенные баббитовые вкладыши. Такой вкладыш имеет
два слоя стальной ленты толщиной 0,25мм, покрытый слоем баббита
толщиной 1,7мм. В этом случае набор регулировочных прокладок не
ставится. Шатуны с нижними разъемными головками изготовляются
коваными или штампованными с последующим отжигом и нормализацией.
Материалом служит углеродистая сталь 45 и сталь 40. Шатуны с двумя
неразъемными головками мелких хладоновых компрессоров изготовляют из
бронзы или алюминия.
Следует помнить, что коленчатые валы – одна из наиболее
ответственных деталей компрессора. Они должны быть жесткими,
прочными, а его трущиеся поверхности износоустойчивыми. Коленчатый вал
вертикального компрессора имеет число колен, соответствующее числу
цилиндров. Колена смещены на 160ºС. На щеках вала имеются противовесы,
которые служат для уравновешивания сил инерции.
Для V и VV- образных компрессоров применяют двухколенчатые валы с
удлиненными шатунными шейками. На каждую шейку вала крепят два или
четыре шатуна.
В некоторых мелких компрессорах (например, в герметичных)
применяют эксцентриковые валы.
Коленчатые валы компрессора изготовляют из углеродистой стали 45
или хромистой стали 40Х в виде поковки либо штамповки (малых размеров).
Для создания износостойкости шейки вала закаливают и отпускают до
твердости НРС = 50 : 60. Нагрев шеек ведется токами высокой частоты.
После термообработке их шлифуют.
Студент должен знать, что для уплотнения вала, выступающего из
картера служат сальники. Правильная работа сальников обеспечивает
герметичность компрессора и надежность работы.
Сальники бескрейцкопфных компрессоров подразделяются на
сильфонные и пружинные. Плотность между кольцами в таких сальниках
достигается за счет упругости сильфонов, пружин или мембран, а также
благодаря масляной ванне, создающей дополнительный гидравлический
затвор.
Надо помнить, что всасывающие и нагнетательные клапаны в
холодильных компрессорах самодействующие, т.е. открываются под
действием упругости пластины или пружины.
Чаще всего применяют пластинчатые самопружинящие клапаны,
которые создают надежную плотность и большое проходное сечение.
Пластины таких клапанов изготовляются из тонколистовой пружинистой
стали толщиной от 0,2 до 1мм.
В малых непрямоточных хладоновых компрессорах всасывающие и
нагнетательные клапаны расположены в верхней части цилиндра (в
клапанной доске). В прямоточных компрессорах всасывающие клапаны
располагают в верхней части поршня, а нагнетательные – во внутренней
крышке цилиндра.
Обратить внимание на требования, предъявляемые к клапанам:
максимальное проходное сечение при минимальном мёртвом пространстве,
своевременная посадка на седло, плотность клапанов как при работе, так и
при остановке компрессора и долговечность работы (для малых машин до
10000 часов, для крупных и средних до 3000 часов). Плотность клапанов
считают удовлетворительной, если после остановки компрессора,
работающего при давлении нагнетания 0,8 МПа и всасывания 0,053 кПа,
повышение давления на всасывающей стороне компрессора не будет
превышать 0,00133 МПа за 15 мин.
Компрессор 2ФВ-4/4,5
Является базовым для холодильных агрегатов ФА-0,7, ФАК-1,1 и ФАК1,5. При изучении конструктивных особенностей обратить внимание на
устройство сальникового уплотнения коленчатого вала компрессора, его
смазки. Уплотнение состоит из внутреннего и наружного сильфонных
сальников, состоящих из упругого резинового кольца, стойкого к хладону и
смазочному маслу, на которое плотно насажено стальное кольцо. Оба кольца
вращаются вместе с валом. Затем на вал свободно надет узел, состоящий из
сильфона (двухслойная гофрированная трубка), к одному концу которого
припаяно бронзовое кольцо, к другому – направляющий стакан.
Направляющий стакан закреплён на прокладках крышкой к картеру, поэтому
бронзовое кольцо с сильфоном неподвижны. Пружина, надетая на сильфон,
одним концом упирается в бронзовое кольцо и прижимает его к
вращающемуся стальному кольцу цилиндра.
В некоторых компрессорах
сальниковые уплотнения.
этого
типа применяются
пружинные
Головка блока разделена перегородкой на две полости: всасывающую и
нагнетательную. С нагнетательной стороны к головке прикрепляется
нагнетательный вентиль. Между блоком цилиндров и головкой находится
клапанная доска. Обратите внимание, что все прокладки в компрессоре
выполнены из бензомаслостойкой резины (севанита) или паранита.
На клапанной доске находятся всасывающие и нагнетательные клапаны.
Всасывающие клапаны представляют собой V-образные пластины, которые
лежат в углубления блока цилиндра под клапанной доской. Раздвоенные
концы пластин надеты на штифты. Нагнетательные клапаны находятся
сверху клапанной доски и представляют собой круглые стальные пластины,
которые прижимаются к седлу пружинами, расположенными в
направляющем стакане. Рабочий ход пластины равен 2 мм. В случае
попадания в цилиндры жидкого хладона и масла предусмотрена возможность
дополнительного подъёма пластин за счёт сжатия буферных пластин. Во
всасывающую полость блока вставлен сетчатый фильтр, предохраняющий
компрессор от попадания загрязнений. Снизу всасывающая полость закрыта
пластиной с просверленными отверстиями, через которые в картер
возвращается масло.
При анализе элементов конструкции следует обратить внимание на то, что
коленчатый вал имеет два колена, расположенных под углом 180 о друг к
другу. Для уравновешивания движущихся частей на валу имеется два
противовеса. Шатуны, служащие для соединения поршней с коленчатым
валом, имеют две головки: нижняя – разъёмная, крепится к шейке вала,
верхняя – неразъёмная, к пальцу поршня. Поршни снабжены тремя
уплотнительными кольцами. В нижней части поршня имеются кольцевые
выточки для сбрасывания масла со стенок цилиндра при его ходе вниз.
Смазка компрессора осуществляется разбрызгиванием. На картере
компрессора имеется пробка для залива масла и контроля за его уровнем.
Над коренными подшипниками имеются специальные масляные ванны, из
которых масло по сверлениям в теле втулок попадает в подшипник.
Прямоточный аммиачный компрессор
Изучение
конструкции прямоточного
необходимо произвести по его разрезу.
аммиачного
компрессора
Работа блоккартерного, вертикального аммиачного прямоточного
компрессора осуществляется следующим образом: холодильный агент из
всасывающей полости, расположенной в средней части цилиндров, через
отверстие в поршне поступает к всасывающему клапану в верхней части
поршня и далее в рабочую полость цилиндра. На поршне имеются
уплотнительные кольца, которые не допускают перетекания пара при сжатии
холодильного агента из рабочей полости в полость всасывания. В нижней
части поршня имеется маслосъёмное кольцо. Оно снимает со стенок
цилиндра излишки масла, забрасываемого из картера. Благодаря этому
уменьшается унос масла с холодильным агентом в теплообменные аппараты.
Клапаны компрессора пластинчатые, двухкольцевые. Всасывающий
клапан – беспружинный, инерционный, находится в торцевой части поршня.
При работе компрессора кольцевые пластины прижимаются к седлу клапана
и отходят от него благодаря разности давлений паров аммиака по обе
стороны пластины, а также под действием инерционных сил, возникающих
при крайних положениях поршня. При движении поршня вниз пластины
отходят от седла и холодный пар всасывается в рабочую полость цилиндра.
При движении поршня вверх пластины садятся на седло и закрывают
отверстия.
Нагнетательный клапан установлен в верхней части цилиндра в ложной
крышке, прижатой к гнезду буферной пружиной.
Нижняя часть цилиндра соприкасается всё время с холодными парами
хладагента и принимает сравнительно низкую температуру. При сжатии
температура пара значительно возрастает, поэтому верхняя часть цилиндра,
из которой выталкивается сжатый пар, имеет более высокую температуру,
чем нижняя. Для понижения температуры стенок и уменьшения
отрицательного влияния внутреннего теплообмена с парами хладагента
верхняя часть цилиндра имеет специальную охлаждающую водяную
рубашку. Сальник компрессора двухсторонний графито-стальной. Пружины,
установленные в сепараторе, прижимают вращающиеся стальные кольца к
неподвижным кольцам с графитовыми уплотнительными вставками. Смазка
компрессора осуществляется разбрызгиванием.
Герметичный поршневой компрессор ФГ-0,7
Компрессор двухцилиндровый, непрямоточный, имеет вертикальный вал
и два горизонтально расположенных цилиндра. Угол между осями
цилиндров – 90о, диаметр цилиндра – 36 мм, ход поршня – 18 мм. Корпус
компрессора отлит вместе с цилиндрами из серого антифрикционного чугуна
и укреплён в нижней половине кожуха на трёх пружинных подвесках.
Подшипниками для вала служат чугунный фланец, прикреплённый к корпусу
снизу, и расточка в корпусе компрессора. Бронзовые шатуны с
неразъёмными головками надеты на общую шатунную шейку
эксцентрикового вала. Противовесы прикреплены к валу винтами. Поршни
стальные без поршневых колец с канавками. Уплотнение достигается за счёт
повышения точности обработки и уменьшения зазоров между поршнями
(зазоры эти находятся в пределах 14…18 мкм).
Поршневые пальцы – стальные с латунными заглушками по торцам.
Пластинчатые, всасывающие и нагнетательные клапаны установлены на
стальной клапанной доске. Головка цилиндра разделена на две полости и
прикреплена к цилиндру шпильками на паранитовых прокладках.
Масло из нижней части кожуха подаётся к трущим частям по двум
вертикальным каналам в валу. Один из каналов выходит к шатунам, другой –
к верхней коренной шейке вала. Масло через сетчатый фильтр (диаметр
ячейки 50 мкм) движется под действием центробежной силы, возникающей
при вращении вала.
Электродвигатель – трёхфазный с частотой вращения 24 об/с (1440
об/мин). Статор запрессован в верхней части корпуса компрессора, ротор
закреплён на верхнем конце вала. Электродвигатель изготовлен из
материалов, стойких к хладону и маслу. Лопасти ротора способствуют
охлаждению двигателя. Компрессор с электродвигателем внутри кожуха
опирается на три пруженные опоры.
На верхней части кожуха расположен всасывающий запорный вентиль.
Холодильный агент поступает в кожух, охлаждает электродвигатель и
проходит в компрессор через две вертикальные всасывающие трубки сверху.
Сжатый пар выходит через глушитель, расположенный в корпусе
компрессора между цилиндрами, в нагнетательный трубопровод к
выходному штуцеру.
Бессальниковый компрессор ФВБС-6
Компрессор вместе с электродвигателем заключён в общем корпусе, а
ротор электродвигателя закреплён непосредственно на валу компрессора
консольно. Сальника в компрессоре нет. Для доступа к электродвигателю и
механизму компрессора корпус бессальникового компрессора имеет съёмные
крышки. Консольное закрепление электродвигателя трёхфазного тока на валу
компрессора создаёт удобство для монтажа ротора и герметизации мест
ввода в корпус статора силового электропровода.
Чугунный блок-картер компрессора имеет съёмные цилиндровые гильзы,
поршни алюминиевые с двумя уплотнительными и одним маслосъёмным
кольцами, шатуны – штампованные с неразъёмной верхней и разъёмной
нижней головками. Нижняя головка – со сменными тонкостенными
вкладышами.
Клапаны – всасывающие, полостные самопружинящие; нагнетательнопятачковые, нагруженные пружинами.
Всасывающий патрубок устанавливают на корпусе статора, и пар
холодильного агента из испарителя проходит через электродвигатель, а затем
поступает в цилиндр. Это обеспечивает охлаждение обмотки
электродвигателя и уменьшение номинальной мощности. Смазка
компрессора барботажная (разбрызгиванием).
Бессальниковый компрессор ФУБС-12
В отличие от компрессора ФВБС-6 компрессор ФУБС-12 – V-образный,
четырёхцилиндровый. Шатунные шейки вала компрессора смазываются от
затопленного масляного насоса, а цилиндры, поршни, поршневые пальца и
коренные подшипники – разбрызгиванием. Контроль за уровнем масла в
картере визуальный, через смотровое стекло в картере. В остальном
конструкция компрессора ФУБС-12 аналогична конструкции компрессора
ФВБС-6.
Ротационные компрессоры
Приступая к изучению ротационных компрессоров, надо чётко уяснить
себе их особенности – простота конструкции, отсутствие деталей,
совершающих
возвратно-поступательное
движение,
отсутствие
всасывающих клапанов, а у крупных компрессоров и нагнетательных
клапанов – незначительное мёртвое пространство.
Однако по сравнению с поршневыми компрессорами они имеют
существенный недостаток – ограниченное конечное давление, что
объясняется трудностью выполнения необходимой плотности между
торцовыми поверхностями цилиндров и вращающимся ротором.
Различают компрессоры с катящимся ротором и лопастью,
расположенной в щели цилиндра, и с вращающимся ротором и лопастями,
расположенными в его щелях. В первом компрессоре ротор вращается вокруг
оси цилиндра, эксцентричной по отношению к оси ротора, во втором –
вокруг своей оси, смещённой по отношению к оси цилиндра.
Основные элементы ротационных компрессоров: неподвижный цилиндр,
поршень или ротор, подвижные лопасти.
Следует знать, что сжатие в ротационном компрессоре основано на
уменьшении объёма, заключённого между внутренней поверхностью
цилиндра, наружной поверхностью ротора и лопастями.
Ротационные компрессоры с катящимся ротором имеют малую
холодопроизводительность и входят в состав герметичных хладоновых
агрегатированных машин, которые применяют для охлаждения торгового
холодильного оборудования.
Герметичный ротационный компрессор ФГр-0,35
Компрессор с электродвигателем заключены в штампованный стальной
кожух. Между верхней частью кожуха и чашкой, в которую запрессован
статор электродвигателя, имеется зазор 0,5…1,5 мм, создающий
направленность потока хладона, охлаждающего двигатель.
Вал компрессора – вертикальный, эксцентриковый, с подшипниками в
торцевых крышках цилиндра. На эксцентриковую часть вала насажен ротор,
обкатывающий внутреннюю поверхность цилиндра. Для уравновешивания
возникающих при вращении ротора инерционных нагрузок на его торцах
укреплены противовесы. Лопасть, размещённая в цилиндре, прижимается к
образующей ротора пружиной.
Пары холодильного агента через всасывающий запорный вентиль
поступают в кожух, затем засасываются компрессором. Сжатый пар через
нагнетательный пятачковый клапан, расположенный в нижней цилиндра,
проходит по спиральной трубке к наружному патрубку.
Студентам следует обратить внимание, что к трущимся частям масло
поступает по сверлениям в валу под действием центробежных сил,
возникающих при вращении вала. Масло поднимается по центральному
отверстию вала до средней части верхнего подшипника, затем через
радиальное отверстие подаётся в спиральную канавку, по которой
выбрасывается в чашку для запрессовки статора, являющуюся также
маслосборником.
Из маслосборника масло по трём сверлениям поступает в кольцевую
канавку верхней части подшипника, затем по спиральной канавке спускается
в нижнюю кольцевую канавку и вводится в картер компрессора.
Нижний подшипник смазывается маслом, подаваемым по спиральной
канавке вверх в нижнюю кольцевую канавку подшипника ротора.
Зазоры в сопряжении герметичного ротационного компрессора ФГр-0,35
не превышают 10-12 мкм. Это предъявляет повышенные требования к
тщательной селекции деталей перед сборкой.
Замер линейного мёртвого пространства и определение секундного
рабочего объёма цилиндров поршневого компрессора
Определение мертвого пространства компрессора производится путем
измерения линейного мертвого пространства и объема проходных отверстий
в клапанной плите.
Для определения линейного мертвого пространства на поршень кладут
кусочек легко деформируемого металла (свинцовой проволоки) и
проворачивают вал. Металл, зажатый между поршнем в в.м.т. и клапанной
плитой деформируется. Толщина деформированного металла характеризует
величину зазора, т.е. абсолютное значение «линейного мертвого
пространства».
Измерение мертвого пространства в клапанах проводят замером
диаметра проходных отверстий клапана, высоты отверстий и количества
отверстий.
Все измерения производятся с помощью специальных измерительных
приборов. Данные вносят в карту замеров, после чего их усредняют.
Обработка результатов измерений
1. Объем, описанный одним поршнем компрессора за один оборот вала:
VS 
D 2
4
 S , м3 .
2. Объем «мертвого пространства» всасывающего клапана (на один цилиндр
компрессора) :
VCBC 
2
d BC
4
 hBC  nBC , м3 .
3. Объем мертвого пространства нагнетательного клапана (на один цилиндр
компрессора)
VCH 
d H2
4
 hH  nH , м3 .
5. Объем «линейного мертвого пространства»:
VСЛ 
D 2
4
  , м3 .
5.Абсолютная величина «мертвого пространства»:
VC  VCBC  VCH  VСЛ , м3 .
6.Относительная величина «мертвого пространства»:
с
Vc
.
Vs
В формулах 1-6 принято следующее обозначение: D - диаметр цилиндра, м; S
- ход поршня, м; dBC, dH - диаметры отверстий всасывающего и
нагнетательного клапанов, соответственно, м; hBC, hH - высота проходных
отверстий всасывающего и нагнетательного клапанов, соответственно, м;
nBC, nH - количество отверстий всасывающего и нагнетательного,
соответственно на один цилиндр компрессора;  - зазор между поршнем в
в.м.т. и клапанной плитой.
Содержание отчёта.
2. Наименование, цель работы.
3. Принципиальные схемы компрессоров с указанием основных частей.
4. Краткое описание конструктивных особенностей компрессоров и
принципа их работы.
5. Результаты замера линейного мёртвого пространства и определение
секундного рабочего объёма цилиндров поршневого компрессора.
Контрольные вопросы по теме лабораторной работы
1.
2.
3.
4.
Назовите функции компрессора в схеме холодильной машины.
По каким признакам классифицируются поршневые компрессоры?
Какие основные узлы и детали поршневых компрессоров?
В чем отличие конструкции прямоточного поршневого компрессора от
непрямоточного?
5. В чем отличие конструкции поршневого компрессора простого
действия от компрессора двойного действия?
6. В чем отличие конструкции крейцкопфного поршневого компрессора
от бескрейцкопфного?
7. Чем отличаются величины действительного объема всасываемых
паров от объема, описываемого поршнями компрессора?
Что такое «мертвый» объем цилиндра компрессора?
автоматики холодильных машин
Цель работы: 1. Изучить назначение, конструктивные особенности и
принципы работы приборов автоматики холодильных машин.
При подготовке к работе необходимо самостоятельно изучить назначение, конструкцию и принцип работы терморегулирующих вентилей,
реле времени, реле температуры, реле давления, водорегулирующих и
соленоидных вентилей.
Порядок выполнения работы.
1. Используя натурные образцы, плакаты, справочную литературу,
изучить назначение, конструктивные особенности принцип работы
терморегулирующих вентилей, реле температуры, реле давления, реле
контроля смазки, соленоидных вентилей, водорегулирующих вентилей, реле
времени.
2. Составить отчет по выполненной работе.
Методические указания к выполнению работы.
Приборы автоматики
Цель автоматизации холодильных установок — замена ручного
труда, точное поддержание заданных параметров, предотвращение аварий,
увеличение срока службы оборудования, сокращение затрат, повышение
культуры производства.
Эксплуатация
обходится дешевле,
автоматизированных
так как отпадает
холодильных
необходимость
установок
в части
обслуживающего персонала, занятого ручными операциями по пуску,
регулированию и остановке холодильного оборудования, визуальному
наблюдению за работой машин и аппаратов.
Устройства автоматизации могут выполнять как отдельные операции:
контроль, сигнализация, включение и выключение исполнительных
механизмов, так и совокупность этих операций: автоматическая защита и
регулирование.
Любая операция, осуществляемая машинистом современных
холодильных установок, поддается автоматизации. Однако не все операции
целесообразно автоматизировать. Автоматизация процессов регулирования и
защиты необходима в тех случаях, когда эти процессы требуют затрат
ручного труда и когда машинист не может обеспечить точное регулирование
и надежную защиту. Очень важно также автоматизировать работы во
вредных и взрывоопасных помещениях.
Основными частями любой автоматической системы являются:
измерительный (чувствительный) элемент, или датчик, воспринимающий
изменение регулируемой величины; регулирующий орган, изменяющий по
сигналу измерительного элемента подачу вещества или энергии в
регулируемый объект, и передаточное устройство, соединяющее датчик с
исполнительным механизмом. Измерительный элемент снабжен обычно
приспособлением для настройки на заданное значение регулируемой
величины.
Приборы автоматического управления должны включать или
выключать компрессоры и насосы при изменениях нагрузки. Компрессорами
управляют с помощью реле температуры, останавливающих компрессоры
при понижении температуры рассола или давления в испарителях ниже
заданного предела и включающих их при повышении температуры в
испарителе. Иногда холодильные машины включают с помощью реле
времени, которому задают время включения компрессора.
Приборы автоматического регулирования предназначены для
поддержания заданных параметров работы холодильной установки:
температуры, давления, уровня. Благодаря плавному регулированию
холодопроизводительности можно поддерживать заданную температуру
хладоносителя при понижении тепловой нагрузки. Достигается оно
следующими путями: установкой регуляторов давления «до себя»,
поддерживающих постоянное давление в испарителях и дросселирующих
пары перед компрессором; установкой регуляторов давления «после себя»,
перепускающих часть паров из нагнетательной линии во всасывающую. За
счет этого часть паров, которая могла бы поступить в компрессор из
испарителя, отсекается и холодопроизводительность установки падает;
подключением дополнительного вредного пространства в поршневом
компрессоре, уменьшающего отсос паров хладагента из испарителя.
Регулирование подачи хладагента в испаритель преследует две цели:
обеспечение безопасной работы компрессора, путем защиты его от
гидравлического
удара
и
уменьшение
или
увеличение
холодопроизводительности установки.
Автоматическая сигнализация оповещает о изменениях режима,
которые могут повлечь за собой срабатывание элементов автоматической
защиты, и извещает о включении и выключении машин, магнитных
вентилей, задвижек и приборов. Примером сигнального прибора служит
дистанционный указатель уровня ДУ, соединяемый с исполнительными
механизмами — соленоидными вентилями или звуковыми сигнальными
устройствами — ревунами.
Автоматическая защита позволяет избегать опасных для
холодильной машины последствий чрезмерного повышения давления
нагнетания, понижения давления и температуры испарения, нарушений
режима работы смазочных устройств и т. д. Для защиты установок от
аварийного режима в схемах автоматизации предусматривают приборы,
отключающие холодильные агрегаты при резких нарушениях режима
работы. Вынос вторичных показаний приборов контроля и измерения
(термометров, манометров, расходомеров, указателей уровня) на
центральный щит, где расположена и регулирующая станция, позволяет
управлять работой холодильной установки централизованно. Часть
измерений записывают самопишущие приборы (термометры, манометры).
Комплексная автоматизация холодильной установки состоит в оснащении ее
устройствами автоматического управления, регулирования и защиты, а также
средствами контроля и сигнализации, обеспечивающими исправную работу
этих устройств.
Терморегулирующие вентили (ТРВ) Терморегулирующие вентили
(ТРВ) предназначены для автоматической подачи в испаритель такого
количества хладагента, которое обеспечивает оптимальную величину перегрева на всасывании компрессора. Плавное регулирование открытия клапана
ТРВ происходит за счет изменения перегрева пара во всасывающем
трубопроводе.
Выбор марки ТРВ производится в зависимости от вида хладагента и
холодопроизводительности установки. Числа перед буквами в обозначении
ТРВ означают хладагент, а после букв — пропускную способность прибора,
соответствующую холодопроизводительности (в тысячах ккал/ч). Базовая
конструкция характеризуется общим корпусом и одинаковым внутренним
устройством.
Принцип действия ТРВ. Хладагент поступает из линейного ресивера
под клапан ТРВ, расположенного в непосредственной близости от
испарителя. После дросселирования в клапане хладагент подается в
испаритель (рис. 4.1).
Рисунок 4.1 - Схема ТРВ и его подключение: 1 — капиллярная трубка;
2— мембрана; 3 — уравнительная трубка; 4 — термобаллончик; 5 —
всасывающий трубопровод; 6 — испаритель; 7 — клапан прибора; 8 —
винт регулирования перегрева; 9 — пружина; 10 — сальник; 11 — шток.
Степень открытия клапана ТРВ зависит от величины перегрева пара во
всасывающем трубопроводе.
В холодильных установках с малой холодопроизводительностью и
малым гидравлическим сопротивлением испарительной системы (давление
хладагента входящего в испаритель и выходящего из него одинаково) иод
мембрану под давлением подается из испарителя хладагент.
Температура перегретого пара, находящегося во всасывающем
трубопроводе, выше температуры кипения. Эту же температуру имеет
термобаллончик, который заполнен парожидкостной смесью, а не
перегретым паром; давление в нем устанавливается выше давления кипения.
Оно и воздействует на мембрану сверху. Клапан ТРВ открывается тогда,
когда имеется разность давлений. В холодильных установках большой
холодопроизводительности применяют ТРВ с внешним уравниванием через
уравнительную трубку.
При отсутствии перегрева, когда во всасывающем трубопроводе имеет
место влажный пар, температура и давление в испарителе, во всасывающем
трубопроводе и в термобаллончике прибора одинаковы. Давления на
мембрану сверху и снизу равны. Клапан ТРВ закрыт усилием пружины.
С уменьшением подачи жидкого хладагента в испаритель пар во
всасывающем трубопроводе перегревается. При этом давление во
всасывающем трубопроводе остается равным давлению кипения. Это
давление передается в подмембранную полость ТРВ через уравнительную
трубку. Давление на мембрану вверху зависит от температуры
хладагента в термобаллончике, что определяет степень открытия ТРВ.
Поскольку ТРВ является прибором плавного регулирования, открытие
его клапана при установившемся режиме работы происходит в определенном
положении. При остановке компрессора клапан ТРВ закрывается, так как
перегрев пара при этом отсутствует.
Установка и настройка ТРВ. Перед установкой ТРВ продувают сухим
воздухом или азотом.
Прибор устанавливают перед входом в испаритель с таким расчетом,
чтобы стрелка на корпусе была направлена по ходу хладагента.
Термобаллончик устанавливают на выходе из испарителя, на верхней
части горизонтального участка трубопровода, чтобы исключить влияние
масла, проходящего по его нижней стороне. При наличии в сухопарнике или
всасывающем трубопроводе гильзы можно вставить термобаллончик в нее,
предварительно заполнив смесью из двух объемных частей алюминиевой
пудры и одной части смазочного масла.
Уравнительная линия должна быть подключена к всасывающему
трубопроводу после места крепления термобаллончика. Если уравнительная
трубка присоединена ко всасывающему трубопроводу до места крепления
термобаллончика, последний при негерметичности сальников ТРВ воспринимает температуру влажного пара, прикрывает клапан ТРВ, что
приводит к недостатку хладагента в испарителе.
ТРВ поставляются настроенными на минимальный перегрев. При
необходимости винтом можно регулировать эту величину в пределах 2...8 °С.
Электронные регулирующие вентили.
К современным холодильным машинам предъявляются требования
снижения энергетических затрат, более точного температурного контроля,
увеличенного рабочего диапазона и ряда дополнительных функций, таких
как: дистанционное управление и диагностика. Этим требованиям отвечают
электронные регулирующие вентили (ЭРВ). Они могут удовлетворить все
перечисленные потребности. Появление новых хладагентов требует
изготовления механических ТРВ с соответствующими заправками
термобаллонов. При работе с электронными РВ такой проблемы не
существует.
Преимущества ЭРВ с шаговым двигателем: герметичность
конструкции; работа от шагового двигателя; короткое время открытия и
закрытия; высокие точность регулирования и высокая надежность; для
закрытия жидкостной линии нет необходимости использовать соленоидный
вентиль; высокая линейная пропускная способность; широкий диапазон
производительности; постоянное регулирование массового расхода
хладагента; прямое соединение двигателя и задвижки вентиля повышает
надежность прибора. ЭРВ можно использовать с любыми хладагентами
(CFC, HCFC и HFC).
ЭРВ состоит из двух основных узлов: вентиля и двигателя. Шаговый
двигатель расположен в верхней части конструкции и соединен напрямую с
задвижкой (рис.4.2). Двигатель, также как и в компрессоре, омывается
хладагентом и маслом, поэтому конструкционные материалы, используемые
для изготовления двигателя ЭРВ, такие же, как и для электродвигателей
компрессоров. Корпус двигателя и рабочей части вентиля полностью
герметичны, соединены с помощью сварки, между ними отсутствуют
прокладки, исключая возможность утечек.
а
б
Рисунок 4.2 - Схема электронного регулирующего вентиля: а – вентиль
закрыт, б – вентиль открыт.
Конструкция вентиля имеет несколько технических достоинств.
Например, прямое соединение двигателя и задвижки вентиля для
обеспечения более надежного и простого привода. Надежность вентиля
обеспечивается отсутствием уплотнений, мембран и диафрагм, являющихся
причинами утечек и сокращения срока службы.
Четыре электрических контакта в верхней части ЭРВ соединены с
двигателем. Эти контакты аналогичны проходным контактам герметичного
компрессора. Корпус изготавливают из нержавеющей стали, а для простоты
пайки трубопроводов используются удлиненные медные патрубки.
ЭРВ управляется двухфазным биполярным шаговым двигателем.
Направление вращения зависит от направления подключения фаз, а
количество оборотов - от количества импульсов. Один импульс перемещает
двигатель на одну ступень или угол α=1,8°. Ротор электродвигателя соединен
с регулировочным винтом-штоком для преобразования вращательного
движения в линейное движение задвижки вентиля. Последовательность
импульсов приводит к постоянному вращению до строго определенного
положения регулировочного винта с задвижкой. Геометрический профиль
проходного сечения задвижки специально спроектирован для обеспечения
линейных характеристик потока при работе в широком диапазоне
производительности. Задвижка и порты - керамические с очень высоким
классом точности обработки поверхностей. Путем установки двух шариков
вверху и внизу штока устраняются силы, действующие в горизонтальном
направлении, которые могут деформировать шток.
Для управления электронными вентилями с шаговым двигателем
используют специальные электронные контроллеры. Программа данных
контроллеров позволяет
не
только
поддерживать
необходимые
перегрев на выходе из испарителя (постоянный или адаптивный) и давление
в нем, но и управлять оттайкой, включением (отключением) компрессоров,
вентиляторов воздухоохладителя.
Контроллеры могут объединяться в
общую систему управления всей холодильной установкой.
Рисунок 4.3 - Внешний вид электронных регулирующих вентилей.
Реле температуры предназначено для регулирования температуры в
охлаждаемом объекте путем включения и выключения исполнительного
механизма (например, соленоидного вентиля перед ТРВ) или пуска и
остановки компрессора. Различают манометрические, биметаллические и
полупроводниковые реле температуры.
Манометрические
реле
температуры
получили
наибольшее
распространение. Они применяются для поддержания заданной температуры
охлаждаемых объектов и защиты компрессора от превышения верхнего
предела температуры нагнетания.
Принцип действия приборов. Он основан на изменении давления
парожидкостной смеси хладона в термосистеме прибора (рис. 4.4) в
зависимости от изменения температуры термобаллона. При повышении
температуры термобаллона давление хладона возрастает и, воздействуя через
капиллярную трубку на сильфон, сжимает его.
Рисунок 4.4 - Принципиальная схема реле температуры: 1 — пружина
дифференциала; 2 — задатчик дифференциала; 3 — шкала дифференциала; 4
— шкала уставки; 5 — задатчик уставки; 6 — плечо основного рычага; 7подвижный контакт; 8 — неподвижный контакт; 9 — ось основного рычага;
10 — термобаллончик; 11 — капиллярная трубка; 12 — сильфон; 13 —
корпус сильфона; 14 — толкатель сильфона; 15 — основной рычаг; 16 —
основная пружина уставки; 17 — упор вилки дифференциала; 18 — вилка
дифференциала.
Толкатель сильфона воздействует на основной рычаг, стремясь
повернуть его по часовой стрелке.
Этому препятствует сжатая пружина уставки, которая воздействует на
рычаг сверху. При повороте основного рычага по часовой стрелке его плечо
воздействует на систему рычагов контактной группы и замыкает контакт для
включения компрессора в работу. Усилие сжатия пружины уставки
регулируется винтом-задатчиком. Настройка прибора контролируется по
положению стрелки шкалы уставки. Чем сильнее сжата пружина уставки
(стрелка установлена в нижней части шкалы), тем большее давление
требуется со стороны сильфона для поворота основного рычага по часовой
стрелке. Следовательно, замыкание контактов прибора будет происходить
при большей температуре контролируемого объекта.
Узел дифференциала предназначен для установки винтом-задатчиком
дифференциала определенной разности температур прямого срабатывания
прибора (контакт при этом размыкается) и обратного срабатывания
(замыкание контактов).
Корпус прибора устанавливают вне охлаждаемого объекта или среды.
Закрепляют
вертикально
с
подводом
электропроводки
снизу.
Термобаллончик закрепляют: в охлаждаемой камере — на кронштейне
капилляром вверх, вертикально, на максимальном удалении от охлаждающих
или нагревательных приборов; при контроле температуры хладоносителя —
в специальной гильзе, заполненной маслом для улучшения теплообмена.
Реле давления.
Характеристики реле давления. В зависимости
различают реле низкого и высокого давления.
от
назначения
Реле низкого давления. Прямое срабатывание этого реле (размыкание
контакта) происходит при понижении контролируемого давления до
величины, установленной на шкале уставки. Обратное срабатывание
(замыкание контакта) происходит при повышении контролируемого давления на величину настройки дифференциала.
Реле высокого давления. Прямое срабатывание реле высокого давления
(размыкание контакта) происходит при увеличении контролируемого
давления до величины, установленной на шкале уставки. Обратное
срабатывание (замыкание контакта) бывает при понижении контролируемого
давления на величину настройки дифференциала.
Двухблочное реле давления. Прибор включает в себя узлы низкого и
высокого давления (рис. 4.5). Узел низкого давления устроен и работает
аналогично одноблочному реле низкого давления.
Узел высокого давления имеет нерегулируемый дифференциал. При
воздействии на сильфон высокого давления двуплечий рычаг узла высокого
давления поворачивается против часовой стрелки и отодвигает от кнопки
микропереключателя плечо рычага низкого давления. Основной рычаг узла
низкого давления может оставаться в поднятом положении, а его плечо будет
отодвинуто от микропереключателя пружиной заводской настройки.При
понижении высокого давления двуплечий рычаг перемещается по часовой
стрелке и перестает препятствовать замыканию контакта плечом узла
низкого давления.
Рисунок 4.5 - Схема двухблочного реле давления: 1 — сильфон низкого
давления; 2 — основной рычаг низкого давления; 3 — вилка дифференциала;
4 — пружина дифференциала; 5 — винт-задатчик дифференциала; 6 —
шкала дифференциала; 7 — шкала уставки низкого давления; 8—пружина
уставки низкого давления; 9—винт-задатчик уставки низкого давления; 10 —
плечо основного рычага узла низкого давления; 11 — микропереключатель;
12 — винт-задатчик уставки высокого давления; 13 — пружина уставки
высокого давления; 14 — шкала уставки высокого давления; 15—двуплечий
рычаг; 16—сильфон высокого давления; 17— винт заводской настройки; 18
— вспомогательная пружина; O1 — О4 — оси вращения.
Реле контроля смазки.
Реле контроля смазки предназначены для автоматической защиты
компрессоров и компрессорных агрегатов от понижения разности давлений в
системе смазки; контроля разности давлений, создаваемой насосами
хладагентов и автоматической защиты от работы в кавитационном режиме.
Схема прибора показана на рис. 4.6.
Принцип действия прибора. При равенстве давлений на нижний и
верхний сильфоны основной рычаг находится в нижнем положении,
поскольку сверху на него действует усилие пружины уставки. Плечо
основного рычага не воздействует на контактную группу. Основной контакт
разомкнут. Пуск компрессора или насоса возможен только при внешнем
замыкании контактов, что обычно осуществляется путем включения в
электрическую схему реле времени. Реле должно разомкнуть свои контакты
через 45—60 с после пуска.При повышении разности давлений контролируемой среды давление на нижний сильфон становится выше, чем на
верхний. Это приводит к сжатию нижнего сильфона и растяжению верхнего,
поскольку они жестко связаны друг с другом ножевой опорой и штоком.
Основной рычаг поднимается
вверх, преодолевая
сопротивление
пружины уставки, и его плечо, воздействуя на контактную группу,
замыкает основной контакт и размыкает дополнительный контакт
сигнализации.
Рисунок 4.6 - Схема реле контроля смазки: 1 — корпус сильфона;
2 — сильфоны; 3 — ножевая опора; 4 — пружина уставки; 5 — шкала
разности давлений; 6 — задатчик
уставки;
7— шток; 8 — узел
переключения контакта; 9 — плечo основного рычага; 10 — основной
рычаг.
Если ко времени размыкания внешних контактов реле времени не
произойдет замыкания основного контакта прибора, то работающий
компрессор или насос остановится. В процессе работы компрессора или
насоса контролируемая разность давлений должна поддерживаться
постоянно. При понижении контролируемой разности давлений до величины,
установленной на шкале прибора, произойдут размыкание его контакта и
остановка контролируемого механизма.
Соленоидные вентили
Соленоидные вентили являются двухпозиционными исполнительными
механизмами. Они устанавливаются на трубопроводах для воздуха, пресной
воды, хладоносителя, аммиака, хладонов, смешанных с маслом в качестве
автоматических запорных устройств. Промышленностью выпускаются также
вентили, предназначенные только для какого-либо определенного рабочего
вещества, например хладона.
Принцип действия соленоидных вентилей. По
соленоидные вентили бывают прямого и непрямого действия.
конструкции
Соленоидные вентили непрямого действия типа СВМ работают за счет
разности давлений на входе и выходе из прибора (рис. 4.7).
Рисунок 4.7 - Соленоидный вентиль типа СВМ: 1 — корпус; 2 —
пружина; 3 — основной клапан; 4 — фильтрующая шайба; 5 — мембрана; 6
— каналы в корпусе и крышке прибора; 7 — крышка; 8 — вспомогательный
клапан; 9 — сердечник; 10 — катушка электромагнитная; 11 — калиброванное отверстие; 12 — колпачок; 13 — винт ручного подъема клапана.
При отсутствии тока в катушке сердечник опущен, и вспомогательный
клапан закрыт. Давления под мембраной и над ней одинаковы и равны
давлению конденсации, поскольку полости сообщаются через калиброванное
отверстие. Основной клапан закрыт за счет собственной массы и
вспомогательной пружины. При прохождении тока через катушку сердечник
поднимается,
открывая
вспомогательный
клапан.
Хладагент
из
надмембранной полости уходит по каналу, высверленному в корпусе
прибора. Давление над мембраной уменьшается, поскольку сечение
перепускного канала и вспомогательного клапана значительно больше се-
чения калиброванного отверстия. За счет разности давлений под мембраной
и над ней основной клапан открывается.
Контроллеры обеспечивают автоматическую и безопасную работу
силовой электрической цепи и цепи управления. Электронный блок также
выводит информацию о режимах работы на панель управления.
Температурный контроллер предназначен для использования при
охлаждении или обогреве и устанавливает контрольную точку.
Водорегулирующие вентили устанавливаются на входе воды в
конденсатор и служат для поддержания постоянного давления конденсации,
регулируя расход воды, охлаждающей конденсатор.
В водорегулирующем вентиле в качестве чувствительного элемента
используются мембрана или сильфон, на которые воздействуют давление
конденсации и уравновешивающее его давление пружины. Регулирование
подачи воды производится клапаном, установленным на штоке, связывающем мембрану (сильфон) с пружиной.
Реле времени в малых холодильных установках применяют преимущественно для включения принудительного удаления инея с испарителей
(оттайки).
Содержание отчёта.
1. Наименование, цель работы.
2. Краткое описание устройства и принципа действия приборов автоматики
холодильных машин (с изображением схем приборов).
Контрольные вопросы по теме лабораторной работы.
1. Перечислите приборы автоматики, используемые в холодильной
технике.
2. Принцип действия и место в схеме ТРВ.
3. Перечислите и охарактеризуйте приборы автоматики, обеспечивающие
защиту от опасных режимов работы.
4. Принцип действия и место в схеме холодильной машины реле
температуры.