(495) 984-74-92
(495) 226-51-87
info@xiron.ru
WhatsApp
Главная
Техническая информация
Руководство по проектированию
Типовые системы охлаждения


Типовые системы охлаждения

Системы охлаждения различают по способу подачи хладагента в испаритель и холодильному циклу. Промышленные холодильные системы по типу холодильного цикла делятся на следующие:
  • одноступенчатые – системы, работа которых устроена следующим образом: сжатие-конденсация-расширение и кипение;
  • двуступенчатые – системы, в которых имеет место охладитель или экономайзер;
  • каскадные – системы, которые насчитывают два холодильных цикла. Испаритель высокотемпературного цикла служит конденсатором низкотемпературного цикла.
Системы охлаждения также различают по способу охлаждения:
  • прямого расширения – системы, в которых парожидкостная смесь хладагента направляется непосредственно в сами испарители;
  • с циркуляцией – системы, где парожидкостная смесь хладагента следует в отделитель жидкости. Таким образом, в испаритель направляется только жидкость из отделителя. Ее циркуляция проводится насосами.

Одноступенчатые системы с прямым расширением

Одноступенчатые системы охлаждения воздуха чаще всего применяют в системах кондиционирования воздуха, а также небольших холодильных установках. Процесс охлаждения происходит так: компрессор сжимает пар низкого давления и направляет в конденсатор. В нем пар высокого давления конденсируется и становится жидкостью. Далее жидкость высокого давления проходит терморегулирующий вентиль и расширяется в испарителе. Там жидкость низкого давления кипит и становится паром низкого давления, который поступает в компрессор.

Отметим, что маслоотделитель и ресивер не принимают участия в цикле охлаждения, но выполняют важную роль в процессе управления. В маслоотделителе масло отделяется от хладагента и направляется обратно в компрессор. Масляный контур заботится о стабильной работе компрессора, обеспечивая его смазкой. С помощью управляющих органов масло постоянно находится под давлением и имеет заданную температуру.

Ресивер отвечает за подачу жидкого хладагента в расширительный вентиль. В нем он скапливается, и если меняется структура хладагента, то ресивер отключается для технического обслуживания. От величины перегрева пара хладагента зависит степень открытия терморегулирующего вентиля. Он также играет важную роль в стабильной работе испарителя и компрессора:

  • постоянный перегрев пара хладагента на выходе из испарителя обеспечивает необходимый расход хладагента через испаритель;
  • перегрев способствует поступлению на линию всасывания компрессора только пара. Наличие следов жидкости на линии всасывания может стать причиной возникновения гидравлического удара компрессора.
Следует учитывать то, что терморегулирующий вентиль обеспечивает постоянный перегрев, а не температуру испарения хладагента. Поэтому при отсутствии дополнительных средств регулирования температуры кипения она будет повышаться вместе с тепловой нагрузкой на систему, следовательно, в обратной ситуации температура будет понижаться.

Главная задача системы охлаждения – это обеспечение постоянной температуры кипения, но для этого не обойтись без сторонних контролирующих приборов (например, регулятора производительности компрессора или испарителя). В свою очередь гарантом обеспечения холодопроизводительности системы служит регулятор производительности компрессора, а для обеспечения необходимого расхода жидкого хладагента через испаритель – регулятор производительности испарителя.

Многие уверены, что для увеличения эффективности охлаждения следует понизить температуру кипения. На практике, если рассмотреть охлаждающие системы с прямым расширением, то при незначительном давлении в ресивере перепад давления на терморегулирующем вентиле будет мал, чтобы обеспечить заданный расход хладагента через испаритель. Из этого следует, что если в подобной системе производительность конденсатора сильно изменится, то возникнет необходимость в установке регулятора для исключения образования надменно низкого давления конденсации.

Одной из особенностей систем с прямым расширением является ее малая эффективность. Она, прежде всего, обусловлена тем, что для работы такой системы необходимо поддерживать перегрев пара на заданной температуре. Делается это по нескольким причинам:

  • компрессор тратит большую часть энергии для сжатия перегретого пара, нежели насыщенного;
  • значительная часть теплообменной поверхности испарителя занята паром, из-за чего коэффициент теплопередачи в данной зоне снижается.
Данное свойство системы с прямым расширением больше всего проявляется в низкотемпературных и крупных холодильных установках. С экономической стороны, в таких системах рациональнее применять циркуляционные системы с естественной и насосной циркуляцией.

Одноступенчатые системы с насосной циркуляцией

Цикл охлаждения у систем с одноступенчатой насосной циркуляцией аналогичен циклу охлаждения систем с прямым расширением. Существенным отличием между циклами является то, что в системах с насосной циркуляцией пар, поступающий на линию всасывания компрессора, является насыщенным, а не перегретым.

Причиной этому служит наличие отделителя жидкости, установленного между расширительным вентилем и испарителем. В нем происходит разделение пара и жидкости, после чего пар поступает на линию всасывания компрессора, а жидкость — в испаритель. В отличие от системы с прямым расширением, температура хладагента на линии всасывания ниже, поскольку пар на выходе из испарителя не перегревается, что позволяет компрессору работать более экономично. В испарителе находится жидкий аммиак, что улучшает теплопередачу через его стенку. Хладагент в данной системе циркулирует более эффективно, чем в установке с прямым расширением. Надежный слив хладагента из конденсатора в ресивер обеспечивает линия для выравнивания давления.

В циркуляционных системах многое зависит от стабильной работы насосов. Благодаря установленной разности давлений на насосе, происходит нормальное течение жидкости. В данных системах перегрев пара не является регулирующим параметром для расширительных вентилей.

При использовании испарителей вместо охладителей воздуха, на теплообменниках может появляться снеговая шуба, в особенности, если температура воздуха составляет менее 0 С. При этом, возникает потребность в ее удалении, поскольку инеем могут забиваться каналы воздуха, что становится причиной повышения термического сопротивления испарителя. Для оттаивания промышленных теплообменников применяется вода, воздух, горячий пар хладагента или электроэнергия.

Во время оттаивания испарителя горячим паром, пары высокого давления из линии нагнетания направляются в испаритель. Испаритель разогревает пары, и они превращаются в жидкость высокого давления, после чего она расширяется в отделителе жидкости.

Принцип оттаивания горячим паром рационально применять в системах, которые насчитывают не менее трех параллельно соединенных испарителей. Для нормальной производительности системы две трети ее должно работать нормально, а одну треть производительности допускается использовать для оттаивания. В противном случае количество вырабатываемого горячего пара будет недостаточным.

Двухступенчатые системы охлаждения

В одноступенчатых системах охлаждения процесс расширения жидкого хладагента происходит от высокого до давления всасывания. В это время часть холодильного агента превращается в пар, в свою очередь охлаждающий часть, которая осталась в жидком состоянии. Затем пар необходимо сжать от давления всасывания до давления нагнетания, поскольку он теряет охлаждающую способность. Энергия, потраченная на сжатие, является потерянной. Более эффективным был бы вариант, когда часть жидкого хладагента могла бы расшириться при промежуточном давлении и охладить жидкость, поскольку охлаждение происходило бы при более высокой температуре.

В этом случае более рационально использовать двухступенчатую систему охлаждения. Там часть жидкого хладагента, которая находится в ресивере, расширяется при промежуточном давлении и испаряется, охлаждая остальную жидкость в промежуточном теплообменнике. Пар направляется в линию нагнетания низкого давления, а после — в компрессор высокого давления. Таким образом, энергия, затраченная на сжатие пара от давления всасывания до промежуточного, экономится, а температура нагнетания компрессора понижается.

Из этого напрашивается вывод, что двухступенчатые системы обладают большей эффективностью. Кроме того они, имеют низкую температуру нагнетания, что больше подходит для низкотемпературных систем охлаждения. Промежуточные теплообменники способны подавать хладагент в испарители с промежуточной температурой.

Во время естественной циркуляции в испарителе возникает эффект термосифона. В отличие от насосной циркуляции этот способ надежнее и проще. Единственный минус в нем – это недостаточно высокая теплопередача.

На первый взгляд, очевидно, что двустепенчатые системы обладают большей экономичностью, относительно одноступенчатых. Вместе с этим возникает вопрос: как подобрать хладагент, чтобы он работал одновременно при высоких и низких температурах в низкотемпературных системах? На практике сделать это довольно сложно.

Поскольку установка работает при высоких температурах, то и давление хладагента будет оставаться высоким. По этой причине к компрессору предъявляются особые требования. Во время работы установки при низких температурах давление хладагента становится слишком низким. Это в свою очередь может стать причиной попадания воздуха в контур охлаждения, что негативным образом сказывается на теплопередающей способности конденсатора. Поэтому для рассмотрения низкотемпературной системы лучше всего взять в качестве примера каскадную систему.

Каскадные системы

Каскадные системы насчитывают два контура охлаждения. Конденсатор также сочетает в себе два контура, служа одновременно конденсатором высокотемпературного контура и испарителем низкотемпературного контура. В каждом из контуров может применяться различный хладагент (например, в высокотемпературном NH3, а низкотемпературном – СО2).

В отличие от двухступенчатой аммиачной системы, каскадная система более производительна при низких температурах и требует меньшей заправки аммиака.

 

"Добавить комментарий"

Осуществление контроля над основными рабочими органами компрессора >>

 

Menu