Регулирование работы холодильной машины

1.

Тема 4. Регулирование работы
холодильной машины

2.

Лекция №9. Общие сведения о регулировании холодильных машин
1. Задачи и виды регулирования работы ХМ
2. Установившийся температурный режим
холодильной машины
3. Совместная работа компрессора и испарителя
4.Влияние окружающей и охлаждающей сред на
работу компрессора и испарителя.
Литература:
Росляков Е.М. Холодоснабжение / Е.М. Росляков, А.Д.
Авсюкевич, Н.В. Коченков. – СПб.: ВКА им. А.Ф.
Можайского, 2010, стр. 61-65, 133-135.

3.

1.Задачи регулирования работы
холодильной машины
Холодильная машина работает в
условиях постоянного изменения
параметров окружающей среды:
теплопритоков от охлаждаемого объекта,
температуры окружающей среды,
интенсивности процессов теплообмена в
ТОА и т.д.

4.

• Под действием внешнего теплопритока регулируе­
мый параметр (температура, давление, уровень
жид­кости и т. п.) отклоняется от заданной
величины.
• Вели­чину отклонения параметра называют
рассогласо­ванием.
• Значение регулируемого параметра можно
поддерживать в заданных пределах, т. е.
уменьшить величину рассогласования путем
воздействия на объект регулирования, согласуя
воздействие с нагрузкой (например, отводить от
объекта столько теплоты, сколько ее поступает
извне).

5.

Регулирование
• Изменение воздействия на объекты во
времени, вы­зываемое изменением
внешней нагрузки (теплопритока),
называют процессом регулирования.
• Для уменьшения величины отклонения
регулируемого параметра (рассогласования)
регулирующее воздействие на объект
осуществляется автоматическим
регулятором.

6.

Рис.1. Схема автоматическо­го регулятора и объекта ре­гулирования

7.

Элементы автоматического регулятора
• Чувствительный элемент ЧЭ (датчик). Этот
элемент воспринимает изменение ре­
гулируемого параметра X и преобразует его в
параметр Х1 более удобный для дей­ствия
прибора.
• Задающее устройство ЗУ. Задающее устройство
предназначено для настройки прибора на
заданное значение регулируемого параметра (в
некоторых пре­делах). Это устройство задает
параметр Х3.

8.

• Элемент сравнения ЭС. Он представляет собой ме­
ханизм, воспринимающий параметр Х3, заданный на­
стройкой, и параметр Х1, выдаваемый
чувствительным элементом. Он сравнивает эти
параметры и вырабаты­вает сигнал ∆Х3=Х1Х3 (соответствующий рассогла­сованию), который
передает регулирующему органу.
• Регулирующий (рабочий) орган РО. Регулирующий
орган (клапан, электрические контакты и др.) преобра­
зует полученный сигнал рассогласования ∆ХЗ в пара­
метр Х2, непосредственно вызывающий
регулирующее воздействие.

9.

Регулирование температуры в охлаждаемом
объекте и производительности компрессора
Для поддержания низкой температуры охлаждаемой
среды необходимо, чтобы вся теплота, проникающая
извне, отводилась при работе холодильной машины. Но
холодильная машина работает при переменных внешних
условиях (изменяются температура наружного воздуха,
тепловая нагрузка внутренняя и т. д.). Поэтому для
поддержания постоянной температуры в охлаждаемом
объекте с переменными теплопритоками нужно
изменять холодопроизводительность испарителя и
компрессора.

10.

Виды регулирования
• Плавное регулирование достигается плавным из­менением частоты
вращения электродвигателя, измене­нием объемной
холодопроизводительности холодильного агента и ухудшением
коэффициента подачи компрессора. Для этого используют
дросселирование всасывае­мого пара, открытие перепускных байпасов и
др. Одна­ко плавное регулирование требует применение слож­ных
устройств, что является энергетически невыгод­ным. Поэтому оно имеет
ограниченное применение.
• Ступенчатое регулирование осуществляется путем отжима всасывающих
клапанов в отдельных цилинд­рах компрессора, а при наличии нескольких
компрес­соров — последовательным включением и выключением
отдельных компрессоров.
• Позиционное (релейное) регулирование достигает­ся путем периодических
пусков и остановок компрес­сора, т. е. цикличной работой.

11.

2. Установившийся температурный режим
холодильной машины
При изменении нагрузки необходимо осуществлять
регулирование холодопроизводительности машины с
тем, чтобы обеспечить равенство
Qом = Qооб, (1)
где Qом, Qооб - холодопроизводительность ХМ и
теплоприток от охлаждаемого объекта соответственно.
Задача регулирования холодопроизводительности
холодильной машины сводится к поддержанию
равенства (1) в зависимости изменения внешних и
внутренних параметров.
Это – установившийся режим.

12.

Характеристики холодильных машин
Характеристиками ХМ называются
зависимости холодопроизводительности Qо,
эффективной Pe или электрической Pэ
мощности от температуры окружающей
среды ts и температуры кипения в
испарителе to.
Уравнение теплового баланса холодильной
машины
Qк = Qo + La (2)

13.

Характеристика ХМ состоит из 4-х зависимостей:
1)Теплота, подводимая к ХА в испарителе, т.е. теплоприток
Qo = kF(Ts – To),
(3)
где Ts - средняя температура теплоносителя; F - площадь
теплопередающей поверхности; k - коэффициент теплопередачи
испарителя;
2)холодопроизводительность компрессор
Qo = λVTqv (4)
3)адиабатная работа компрессора определяется по формуле
La = Gala (5)
где Ga - массовый расход; la - удельная работа адиабатного сжатия
компрессора;
4)теплота, отдаваемая в конденсаторе окружающей среде, равна
Qк = kFк(Тк – Тв)
(6)
где Tв - средняя температура воды в конденсаторе;k,F - коэффициент
теплопередачи и площадь теплопередающей поверхности
конденсатора.

14.

а)
б)
в)
Рис. 1. Построение характеристики
холодильной машины

15.

Совокупность характеристик отдельных агрегатов позволяет установить взаимосвязь между
параметрами
1) Пусть известны Qo1 и Ts (средняя температура
теплоносителя), тогда температура кипения ХА установится
равной To1 .
2) По известной зависимости Qo для компрессора и To
определим температуру конденсации Tк.
3) Работа, затраченная на сжатие рабочего вещества в
компрессоре определяется по Tк1 и To1 (зависимость 4).
4) По уравнению теплового баланса ХМ определяется
тепловой поток на конденсатор Q1 .
Q1 = Qо1 + Lа1 (7)
Тогда по Q1 и Tк1 можно определить температуру
охлаждающей воды Tв и ее расход.

16.

3. Совместная работа компрессора и испарителя
Регулирование работы ХМ обеспечивает
поддержание требуемой температуры
охлаждаемого объекта, которая может меняться
под воздействием внутренних и внешних
теплопритоков.
Температура охлаждаемого объекта Ts
зависит от температуры кипения ХА To , которая
самоустанавливается в зависимости от
производительности компрессора, испарителя и
конденсатора.

17.

Рис. 2. Совместная работа
компрессора и испарителя

18.

Исходное состояние: QK = f(To), Qo1 = f (To) при Тк = const.
Первая позиция. Точка A – рабочая точка; To – температура
кипения. Расходная характеристика дросселя Qдр проходит
через (∙) A.
Вторая позиция. Пусть измениться характеристика
компрессора Qк и станет Qк1 . Характеристика испарителя
остается прежней. Тогда рабочая точка переместится в
положение А1, а температура кипения станет равной То1.
Расходная х-ка дросселя пройдет через (∙) A1.
Третья позиция. Установление нового значения To1 может
произойти и в результате изменения характеристики
испарителя. Температура кипения Tо1 может установиться,
если характеристика испарителя переместится – станет
равной Qo2.

19.

4.Влияние окружающей и охлаждающей сред
на работу компрессора и испарителя
В зависимости от температур tо и tк одна и та
же холодильная машина (Vc = const) имеет
различные значения
холодопроизводительности, эффективной
мощности и действительного холодильного
коэффициента.
Температуры цикла определяются
температурами охлаждаемого объекта ts и
охлаждающей среды tв.

20.

а)
б)
Рис. З. Циклы с различными температурами конденсации (а) и кипения (б) на диаграмме s-Т

21.

Рис. 5. Характеристики
холодильной машины и
поршневого компрессора
Qо = f(tо ,tк ,n), Ре = f1(tо ,tк ,n)