Типовые системы охлаждения

Системы охлаждения, в основном, характеризуются холодильным циклом и способом подачи хладагента в испаритель. Что касается холодильного цикла, промышленные системы охлаждения по этому признаку разбиваются на три типа:

Одноступенчатые системы

Это системы, которые работают в последовательности: сжатие - конденсация - расширение - кипение.

Двухступенчатые системы

В этих системах всегда присутствует промежуточный охладитель или экономайзер.

Каскадные системы

Это системы, которые включают в себя два холодильных цикла. Испаритель высокотемпературного цикла в этом случае является конденсатором низкотемпературного цикла. По способу подвода хладагента к испарителю системы охлаждения подразделяются на два типа:

системы с прямым расширением - этих системах парожидкостная смесь хладагента после расширения поступает прямо в испарители.

системы с циркуляцией - в этих системах парожидкостная смесь хладагента после расширения направляется в отделитель жидкости, и только жидкость из отделителя поступает в испарители. Циркуляция жидкости осуществляется насосами или под действием сил тяжести.

Одноступенчатая система охлаждения с прямым расширением наиболее часто используется в системах кондиционировании воздуха и в малых холодильных установках. Цикл охлаждения осуществляется следующим образом: пар низкого давления сжимается компрессором и поступает в конденсатор. В конденсаторе пар высокого давления конденсируется и превращается в жидкость высокого давления. Жидкость высокого давления проходит через терморегулирующий вентиль и расширяется в испарителе. В испарителе жидкость низкого давления кипит и превращается в пар низкого давления. Пар низкого давления снова поступает в компрессор.

Маслоотделитель и ресивер не участвуют в цикле охлаждения, но играют важную роль в управлении процессом. Маслоотделитель отделяет масло от хладагента, собирает его и направляет обратно в картер компрессора. Контур подачи масла обеспечивает безопасную и эффективную работу компрессора, снабжая его смазкой. Органы управления подачей масла поддерживают на допустимом уровне температуру и давление масла.

В ресивере скапливается хладагент при изменении его содержания в различных компонентах системы, или когда компоненты системы отключаются при проведении их технического обслуживания и ремонта. Ресивер также обеспечивает подачу жидкого хладагента при постоянном давлении в расширительный вентиль.

Степень открытия терморегулирующего вентиля зависит от перегрева пара хладагента на выходе из испарителя. Перегрев пара оказывает большое влияние на работу как испарителя, так и компрессора:

• Поддерживая постоянный перегрев пара на выходе из испарителя терморегулирующий вентиль обеспечивает нужный расход жидкого хладагента через испаритель, соответствующий тепловой нагрузке на систему.
• Перегрев гарантирует, что в линию всасывания компрессора поступает только пар. Капли жидкости в линии всасывания могут привести к гидравлическому удару компрессора, что эквивалентно детонации электродвигателя.

Обратите внимание, что терморегулирующий вентиль поддерживает постоянный перегрев, а не постоянную температуру испарения хладагента. Следовательно, при отсутствии других средств регулирования температура кипения будет подниматься при повышении тепловой нагрузки на систему и опускаться при ее понижении. Поскольку целью системы охлаждения является обеспечение постоянной температуры кипения, необходимо также использовать другие контролирующие приборы, например, регулятор производительности компрессора или регулятор производительности испарителя. Регулятор производительности компрессора обеспечивает требуемую холодопроизводительность системы, а регулятор производительности испарителя обеспечивает нужный расход жидкого хладагента через испаритель.

Теоретически, чем ниже температура кипения, тем выше эффективность охлаждения. Однако в системах охлаждения с прямым расширением при слишком низком давлении в ресивере перепад давления на терморегулирующем вентиле будет слишком мал для обеспечения нужного расхода хладагента через испаритель. Следовательно, если производительность конденсатора системы с прямым расширением изменяется слишком сильно, во избежание слишком низкого давления конденсации необходимо установить соответствующий регулятор давления. Этот вопрос рассматривался в разделе «Регулирование работы конденсатора».

Особенностью системы с прямым расширением является ее низкая эффективность. Поскольку необходимо поддерживать определенный перегрев пара:

• часть теплообменной поверхности испарителя занята паром и коэффициент теплопередачи в этой зоне понижается;
• компрессор затрачивает большую мощность для сжатия перегретого пара по сравнению со сжатием насыщенного пара.

Эта отрицательная характеристика системы с прямым расширением становится особенно заметной в низкотемпературных холодильных установках и больших холодильных установках. Для этих систем охлаждения с точки зрения экономии энергии более предпочтительны циркуляционные системы с насосной или естественной циркуляцией.