Регулирование энергетических установок

4.2 Способы регулирования холодопроизводительности

Установление температуры в охлаждаемом помещении. Температура охлаждаемого объекта зависит от температуры кипения рабочего вещества, которая самоустанавливается в зависимости от производительности компрессора, испарителя и конденсатора. На рис.11.1 показана зависимость холодопроизводительности компрессора Q_K и испарителя Q₀ от температуры кипения при постоянной температуре конденсации. Пересечение линий Q₀ и Q_0l определяет рабочую точку А. Перпендикуляр, опущенный из точки А на ось абсцисс, дает значение температуры кипения Т₀. При этом линия, характеризующая расходную характеристику дроссельного вентиля Q_др, должна проходить через точку А. Если изменится зависимость компрессора Qк=f (Т₀) и станет Q_K1⁼f₁ (T₀) (рис 11.1) при неизменной характеристике испарителя Q₀ - f (T₀), то рабочая точка переместится в точку А₁ и температура кипения примет новое значение Т₀₁. Расходную характеристику дроссельного вентиля необходимо изменить таким образом, чтобы она проходила через точку A₁ Здесь следует подчеркнуть пассивную роль дроссельного вентиля. Температура кипения устанавливается не в результате степени открытия дроссельного вентиля, а в результате изменения холодопроизводительности компрессора. Степень открытия дроссельного вентиля должна соответствовать рабочей точке холодильной машины. В противном случае машина будет работать в неустановившемся режиме.

Установление нового значения температуры кипения Т₀₁ может произойти и при изменении характеристики испарителя Q₀=f (Т₀). Такое же значение температуры кипения Т₀₁ установится в испарителе холодильной машины, если при зависимости компрессора Q_K=f (Т₀) характеристика испарителя Q₀=f (T₀) изменится и станет Q₀₁=f₁ (Т₀) (рис.11.1). Расходная характеристика дроссельного вентиля также должна измениться и принять новое значение Q_др1.

Таким образом, для изменения температуры в охлаждаемом помещении или для поддержания в нем постоянной температуры (при изменении теплопритоков в этом помещении) необходимо изменять холодопроизводительность компрессора (или компрессоров), т.е. регулировать их холодопроизводительность. Различают две системы изменения холодопроизводительности: плавную и позиционную (ступенчатую).

Плавное регулирование холодопроизводительности. Этот способ регулирования может реализоваться в компрессионных холодильных машинах с помощью внешних и встроенных устройств.

К внешним относят регулирующие устройства, устанавливаемые на линии перепуска с нагнетательной стороны на всасывающую (байпасы). Регулирование холодопроизводительность перепуском пара из линии нагнетания в линию всасывания (байпасирование) практически можно использовать на всех компрессионных холодильных машинах. Однако этот способ регулирования невыгоден из-за потерь потенциальной энергии сжатого пара. Кроме того, повышается температура всасывания, что увеличивает работу сжатия и ведет к повышению температуры нагнетания. Регулирование в этом случае осуществляется посредством установки регулирующих вентилей между линиями нагнетания и всасывания, которые открываются и закрываются по сигналу от датчика давления или температуры.

К внешним устройствам относят также дросселирование пара на всасывании, которое состоит в том, что компрессор с помощью автоматического регулятора давления переводится на работу с более низким давлением всасывания, в результате чего его холодопроизводительность уменьшается. Эта система имеет ограниченное применение, так как при понижении давления всасывания увеличивается степень повышения давления и температурная напряженность компрессора. Это ведет к снижению холодильного коэффициента. Дросселирование на всасывании применяется при необходимости регулирования холодопроизводительности на компрессорах, не оборудованных специальными устройствами.

Перспективным является регулирование холодопроизводительности путем изменения частоты вращения привода компрессора, что также относится к внешним устройствам.

Встроенными являются устройства, изменяющие внутренние параметры компрессоров. В поршневых компрессорах могут применяться золотники, связывающие полость цилиндра с всасывающей полостью, а также устройства, плавно изменяющие мертвый объем цилиндров. В винтовых компрессорах золотник изменяет эффективную длину винтов, в результате чего регулируется холодопроизводительность. В центробежных компрессорах применяют входной регулирующий аппарата и диффузор с поворотными лопатками.

В теплоиспользующих холодильных машинах для плавного регулирования холодопроизводительности используются управляемые клапаны, изменяющие расход греющих или охлаждающих сред.

Плавное регулирование холодопроизводительности используется, как правило, в системах с малой тепловой инерцией и с быстро изменяющейся нагрузкой.

Позиционное (ступенчатое) регулирование холодопроизводительности. Эта система меняет холодопроизводительность скачками (ступенями). В зависимости от числа ступеней могут быть двух-, трех - и многопозиционные системы. Позиционное регулирование по своим свойствам может приближаться к плавному в том случае, когда размах колебаний мал, а частота относительно велика.

Позиционное изменение холодопроизводительности используется в основном в холодильных машинах с поршневыми компрессорами. Наиболее распространенным является способ "пуск-остановка" компрессора. Если в холодильной машине один компрессор, то осуществляется двухпозиционное регулирование, если несколько - многопозиционное.

Рассмотрим двухпозиционное регулирование. При периодической работе холодильной машины (рис.11.1) температура кипения Т₀ понижается от Т₀₁ до Т₀₁. Компрессор останавливается, когда температура кипения достигает значения Т₀₁, но теплоприток к испарителю продолжается. После того как температура рабочего вещества в испарителе снова достигает значения Т₀₁, компрессор включается и период повторяется. Таким образом, каждый период ф_ц состоит из двух частей: первой части, в которой компрессор включен (ф_р), и второй части, в продолжение которой компрессор не работает (ф_нр).

После пуска холодильная машина проходит две стадии: неупорядоченный процесс и упорядоченный процесс неустановившегося теплового состояния. К первой стадии следует отнести период разгона компрессора, переход дроссельного устройства в рабочее положение, время заполнения испарителя до нормы жидким рабочим веществом или удалении избыточного количества жидкого рабочего вещества. После завершения первой стадии наступает вторая, которая длится до выключения компрессора и характеризуется постоянным понижением температуры кипения.

В настоящее время достаточно широко распространен способ изменения холодопроизводительности отключением части цилиндров в многоцилиндровых компрессорах. Отключение цилиндров происходит путем отжима всасывающих клапанов с помощью механических толкателей, которые приводятся в движение гидравлическим, пневматическим или электромагнитным приводами.

В отечественном холодильном машиностроении для холодильных машин с поршневыми компрессорами применяют разработанную НИИхолодмашем систему электронного регулирования производительности компрессоров. В основу этого регулирования положен принцип воздействия на всасывающие клапаны электромагнитного поля.