Современные холодильные машины и установки невозможно представить без средств автоматизации. Они обеспечивают стабильную работу, защищают от недопустимых режимов эксплуатации и продлевают срок службы всей системы.
К устройствам холодильной автоматики относятся:
- терморегулирующие вентили;
- регуляторы производительности, давления и уровня масла;
- пилотные, предохранительные и обратные клапаны;
- реле давления и температуры;
- реле протока.
Сюда же включают различные электрические и электронные устройства:
- контроллеры,
- преобразователи частоты,
- регуляторы скорости вращения,
- автоматы защиты двигателя,
- таймеры и так далее.
В номенклатуре подобных устройств можно выделить три группы:
- Регулирующую – устройства для регуляции уровня масла, производительности, температуры и давления установки.
- Защитную – клапаны (обратного типа, пилотные, а равно и предохранительные) и реле (потока, отслеживания температуры и контроля давления).
- Электрическую – контролирующие и преобразующие узлы, контактирующие с электрооборудованием (преобразователи частоты, регуляторы скорости, автоматы защиты).
От принадлежности к конкретной группе зависит функциональность и особенности конструкции устройства.
К сожалению, довольно часто на этой ответственной части оборудования стараются сэкономить. Нередко приходится сталкиваться также с незнанием возможностей и специфики применения автоматики. В данной статье мы постараемся дать краткий обзор основных механических устройств и решаемых с их помощью задач.
Устройства автоматики
Для плавного заполнения испарителя с целью наиболее эффективного использования его теплообменной поверхности предназначены терморегулирующие вентили (ТРВ). Показателем заполнения служит перегрев хладагента — разница его температуры на входе и на выходе испарителя. Именно по этому параметру и происходит регулирование. Бытует мнение, что ТРВ поддерживает температуру охлаждаемой среды или давление кипения, однако это принципиально невозможно по причине особенностей конструкции ТРВ.
Терморегулирующий вентиль состоит из:
- термочувствительной системы (1),
- отделенной от корпуса мембраной;
- капиллярной трубки, соединяющей термочувствительную систему с термобаллоном (2);
- корпуса вентиля с седлом (3);
- регулировочной пружины (4).
Работа ТРВ зависит от трех основных параметров: давления в термобаллоне, действующего на верхнюю поверхность мембраны (P1), давления кипения, действующего на нижнюю поверхность мембраны (Р2), и давления регулировочной пружины, также действующего на нижнюю поверхность мембраны (Р3).
Регулирование осуществляется за счет поддержания равновесия между давлением в термобаллоне и суммой давлений кипения и пружины. Пружина обеспечивает регулировку перегрева.
ТРВ устанавливается на линии жидкого хладагента между конденсатором и испарителем. В нем происходит дросселирование рабочего вещества от давления конденсации до давления кипения. По конструктивному исполнению ТРВ делятся на вентили с внешним и внутренним уравниванием давления; разборные и неразборные. ТРВ с внутренним выравниванием применяются, как правило, на испарителях малой производительности с небольшим падением давления хладагента, например в торговом оборудовании.
Разборный TPB Danfoss TE12
ТРВ малой производительности выполняются неразборными (с заменяемой или с фиксированной дросселирующей вставкой), а ТРВ большой производительности — разборными, что позволяет при необходимости заменять отдельные элементы, а не весь клапан.
Неразборный TPB. Регулятор давления конденсации
KVR в паре с дифференциальным клапаном NRD (например оборудование Danfoss).
На схеме приведён вариант такого решения для конденсатора и ресивера, установленных на улице.
Регуляторы давления конденсации для конденсаторов с воздушным охлаждением предназначены для поддержания минимально необходимого рабочего давления конденсации при снижении температуры окружающей среды. Они обеспечивают так называемое «зимнее регулирование».
Для конденсаторов с водяным охлаждением применяются клапаны, изменяющие расход воды в зависимости от давления хладагента. Данные клапаны позволяют поддерживать давление конденсации с высокой точностью.
Регуляторы давления кипения (KVP)устанавливаются на линии всасывания за испарителем для поддержания заданного давления кипения в холодильных системах. В системах с несколькими испарителями регулятор устанавливается за испарителем с наибольшим давлением кипения.
Регуляторы давления в картере позволяют избежать пуска и эксплуатации компрессора при слишком высоком давлении всасывания, на линии которого и устанавливаются непосредственно перед компрессором.
Подобные регуляторы часто используются в холодильных установках с герметичными или полугерметичными компрессорами, предназначенными для работы при низких температурах.
Регуляторы производительности (CPCE), компенсирующие снижение тепловой нагрузки, применяются в системах с одним компрессором, не оборудованным другими средствами регулирования (отжим клапанов, преобразователь частоты). Устанавливаются на байпасной линии между всасыванием и нагнетанием компрессора, позволяя избежать снижения давления всасывания и частых пусков остановок компрессора. К достоинствам подобных регуляторов относятся простота и дешевизна, однако существует ряд ограничений на их применение. Так, из-за снижения скорости хладагента в системе, приводящего к проблемам с возвратом масла в компрессор, компенсировать падение нагрузки возможно не более чем на 50 %. Перепуск горячего газа во всасывающую магистраль герметичного или полугерметичного компрессора может привести к перегреву обмоток электродвигателя. Кроме того, растет и температура нагнетания. Для снижения температуры всасывания может потребоваться впрыск жидкого хладагента со стороны нагнетания, что требует тщательного подбора и настройки системы для недопущения гидроудара в компрессоре.
Реле давления и температуры.
Реле давления (прессостаты) могут выполнять как регулирующую, так и защитную функцию. При регулировании реле включает и выключает компрессоры или вентиляторы конденсатора при достижении заданных рабочих параметров. По конструктивному исполнению реле бывают двухблочные (реле высокого и низкого давления в одном корпусе) и одноблочные, с автоматическим или ручным сбросом после срабатывания. Последние, как правило, выполняют функцию защиты.
Давление срабатывания реле, как правило, настраивается. У некоторых моделей настраивается и дифференциал срабатывания. Компактные реле без возможности настройки (картриджные прессостаты) применяются преимущественно крупными заводами-производителями компрессорных, компрессорно-конденсаторных агрегатов и моноблоков.
Реле давления(перепада) в картере(KVL) широко используются в качестве защиты компрессоров от падения давления масла в картере. Эти устройства зачастую включают в себя таймер, отключающий компрессор, если в течение заданного времени давление масла держится ниже минимально необходимого, — для нормальной смазки движущихся частей компрессора. Они защищают двигатель компрессора от перегрузок во время пуска после длительных простоев или циклов оттаивания(при высоком давлении в испарителе).
Реле температуры (термостаты) применяются для поддержания температуры и защиты элементов холодильной системы, например компрессора, от чрезмерно высокой температуры нагнетания. Реле, используемые для регулирования параметров, при срабатывании сбрасываются автоматически, защитные реле, как правило, вручную.
В холодильной технике применяются два типа заправки чувствительного элемента термостата — паровая и адсорбционная. Термостаты с паровым наполнителем применяются в системах, где изменение температуры происходит медленно (например, в холодильных камерах большого объема). В таких термостатах корпус реле должен находиться в более теплом помещении, чем чувствительный элемент. Реле с адсорбционной заправкой могут применяться для контроля там, где температура меняется быстро.
Применение автоматики
Рассмотрим применение устройств автоматики на примере системы холодоснабжения небольшой холодильной камеры, выполненной специалистами компании «Термокул» c использованием автоматики фирмы Danfoss:
Заполнение испарителя хладагентом регулируется при помощи разборного ТРВ ТЕХ 5–3 с внешним уравниванием давления. За температуру в камере отвечает электронный контроллер (на схеме не показан), управляющий электромагнитным клапаном EVR 10.
Поддержание давления конденсации в зимний период осуществляется при помощи регулятора давления конденсации KVR, дифференциального клапана NRD и обратного клапана NRV. Характерной особенностью данного технического решения является установка регулятора KVR перед конденсатором. Это приводит к определенному удорожанию системы, так как требуется регулятор большего размера по сравнению с регулятором на линии жидкости за конденсатором. В то же самое время это позволяет избежать проблем с запуском системы после длительной остановки в случае, когда конденсатор и ресивер установлены на улице или в неотапливаемом помещении. Для регулирования давления конденсации при работе установки используется ступенчатое управление вентиляторами конденсатора при помощи двух реле высокого давления КР 5 с автоматическим сбросом.
Реле давления
Danfoss KP двухблочное
и одноблочное
Управление компрессором осуществляется при помощи двухблочного реле KP 17 W: реле низкого давления включает и отключает компрессор в рабочем режиме, реле высокого давления — останавливает в случае превышения рабочего значения. В качестве дополнительной защиты от остановки по высокому давлению на агрегат установлено реле КР 5 с ручным сбросом.
Такая конфигурация автоматики позволяет, при относительно небольшой стоимости комплектующих, получить простую и надежную систему управления холодоснабжением, обеспечивающую стабильное поддержание заданных параметров.