Назначение, устройство и принцип работы приборов автоматики для систем кондиционирования пассажирских вагонов

Установки кондиционирования в пассажирских вагонах обычно работают автоматически с помощью специальных приборов, обеспечивающих стабильность процессов и сохранность оборудования.

Назначение приборов автоматики состоит в поддержании заданного температурного режима внутри изотермического вагона, в защите холодильной машины от аварийных режимов, а также для снижения энергопотребления и расходных материалов. Наряду с этим применение приборов автоматики позволяет сократить трудоемкость при обслуживании и ремонте, улучшить условия труда и повысить безопасность обслуживающего персонала. В холодильных установках приборы автоматики выполняют пять основных функций: управление, регулирование, защита, сигнализация и контроль.

К приборам управления относятся контролеры и программные реле, которые обеспечивают подготовку к пуску, пуск и отключение холодильной установки или отдельных ее узлов.

К приборам регулирования относятся термостаты, терморегулирующие вентили, реле уровня, регуляторы давления всасывания и нагнетания. Их назначение состоит в поддержании требуемых значений параметров холодильной установки (температуры, давления, уровня жидкости и др.).

Приборы автоматической защиты (реле давления, температуры и предохранительные клапаны) отключают холодильную установку или отдельные ее элементы при возникновении опасных режимов работы холодильной установки.

Автоматическая сигнализация включает световые или звуковые оповестительные устройства при возникновении опасных режимов работы.

Приборы автоматического контроля (самописцы, счетчики времени работы установки, контактные термометры) осуществляют измерение и регистрацию параметров холодильной установки.

В холодильных машинах пассажирского подвижного состава применяются следующие основные приборы автоматики: терморегулирующие, барорегулирующие вентили, реле температуры, манометрические реле давления, автоматические дроссели давления, соленоидные вентили, обратные клапаны, а также контрольно-измерительные приборы (манометры, дистанционные термометры).

Терморегулирующий вентиль (ТРВ)

Терморегулирующие вентили(ТРВ) автоматически регулируют подачу жидкого холодильного агента в испаритель в зависимости от температуры паров хладагента, выходящих из испарителя.

Принцип действия ТРВ основан на температурном изменении давления жидкости. Датчиком ТРВ (см. рисунок 106) служит термочувствительная система, состоящая из термобаллона 8, капиллярной трубки 7 и полости 6 над мембраной 5. Внутренние его полости заполняется обычно тем же хладагентом, который циркулирует в холодильной установке. В термобаллоне возникает давление, пропорциональное температуре паров хладагента. Создаваемое в термобаллоне давление действует на мембрану сверху и стремится через шток 4 открыть клапан 3 увеличивая, тем самым, проходное сечение клапана. Этому давлению противодействуют давление паров хладагента в испарителе, а также усилие сжатой пружины 2 и давление жидкого хладагента, воздействующее на клапан 3.

1 - регулировочный винт; 2 – пружина; 3 – клапан; 4 – шток; 6 - полость над мембраной 5; 7 - капил­лярная трубка; 8- термобаллон

Рисунок 106. Терморегулирующий вентиль

При правильном заполнении испарителя температура пара на выходе из испарителя должна быть на 4 7°С (277 280K) выше температуры кипения. Если тепловая нагрузка на испаритель увеличивается, и количество подаваемого через ТРВ жидкого хладагента становится недостаточным, то перегрев и соответствующее ему давление в термочувствительной системе увеличиваются. Мембрана отжимает шток 4 вниз и открывает клапан 3 и сечение для прохода жидкого хладагента в испаритель увеличивается.

При уменьшении тепловой нагрузки на испаритель температура паров понижается, понижаются также температура и соответственно давление паров, заполняющих термочувствительную систему ТРВ. Вследствие этого пружина 2 перемещает клапан вверх, прикрывая проходное отверстие, уменьшая тем самым подачу хладагента в испаритель.

Настройка ТРВ на выбранную температуру перегрева производится увеличением или уменьшением предварительного сжатия пружины 2 с помощью регулировочного винта 1.

Терморегулирующим вентилям отечественного производства присваиваются индексы (например, 12ТРВ-2М) обозначающие следующее:

– первое перед сокращенным названием прибора (ТРВ) двузначное или трехзначное число соответствует номеру хладона, применяемого в качестве хладагента;

– последняя цифра соответствует номинальной холодопроизводительности в тысячах ккал/ч. В данном примере – 2000 ккал/час, которую способен обеспечить данный вентиль.

Если после сокращенного названия прибора (ТРВ) стоит буква А -то этот прибор предназначен для регулирования подачи аммиака.

В некоторых случаях индексы дополняются буквой М, которая указывает на модернизацию конструкции вентиля.

Реле температуры (РТ)

Принципиальная схема манометрического реле температуры (РТ) представлена на рисунке 107.

1 – термобаллон; 2 - капиллярная трубка; 3 – сильфон; 4 – шток; 5 – дифференциал; 6 - контактная планка; 7 - электрическая цепь; 8 – пружина; 9 - винтом

Рисунок 107. Манометрическое реле температуры РТ

В технической литературе по системам кондиционирования воздуха этот прибор может встречаться под следующими названиями: термостат, термореле, терморегулятор и др.

Реле температуры РТ предназначено для поддержания заданной температуры воздуха внутри помещения грузового или пассажирского вагона. Оно осуществляется с помощью двухпозиционного регулирования температуры путем включения и отключения компрессора, соленоидного вентиля или другого исполнительного устройства.

Принцип действия манометрического РТ заключается в использовании зависимости давления в термочувствительной системе от температуры среды, окружающей термобаллон 1. Внутренние его полости заполняется обычно тем же хладагентом, который циркулирует в холодильной установке. Изменение температуры термобаллона приводит к изменению давления в баллоне, которое через капиллярную трубку 2 воздействует на сильфон 3 или мембрану. Перемещение сильфона или мембраны приводит к перемещению штока 4, на который воздействует усилие пружины 8. При перемещении шток 4 и дифференциал 5 воздействуют на контактную планку 6, замыкающую или размыкающую электрическую цепь 7.

Настройка РТ на заданную температуру осуществляется винтом 9, изменяющим предварительное натяжение пружины 8. Для настройки дифференциала вращают гайку 5 , изменяя зазор между ее полумуфтами. Наибольшее распространение в холодильных машинах изотермического подвижного состава и пассажирских вагонах получили РТ манометрического типа, изготовленные фирмой "Данфосс". К реле температуры можно отнести ртутный контактный термометр (РКТ), которые широко применяются в различных системах регулирования и контроля температуры воздуха пассажирских вагонов отечественной и зарубежной постройки.

Реле давления (РД)

Реле давления (РД) защищает холодильную установку от опасных или нежелательных давлений, от нарушений в системе смазки компрессора и управляет работой отдельных устройств (например, вентиляторов конденсатора), процессом оттайки испарителя и т.д. Принцип действия РД (см. рисунок 108) основан на уравновешивании силы, создаваемой давлением контролируемой среды на дно сильфона 1, силами упругости винтовой цилиндрической пружины 2. Изменение давления в контролируемом трубопроводе приводит к появлению перемещения свободного конца сильфона 1. Это перемещение вызывает перемещение штока 6 и поворот рычажного механизма 4, что приводит к замыканию контактов 5 выходной цепи РД.

Для предохранения электрических контактов от подгорания при разрыве электрической цепи РД оборудуется узлом резкого размыкания контактов 11, который состоит из постоянного магнита и стального якоря. Настройка РД производится по шкале 7 с помощью винта 9 за счет регулирования предварительного сжатия пружины 2. Дифференциал (разность между давлением замыкания и размыкания контактов) настраивается по шкале 8 с помощью винта 10.

Различают реле низкого давления (РДН) - прессостаты, и высокого (РДВ) - маноконтроллеры.

Прессостат служит для поддержания в испарителе давления и температуры кипения в определенных пределах. Его присоединяют к всасывающему трубопроводу компрессора. Прессостат осуществляет включение и выключение электродвигателя компрессора в зависимости от значения давления в линии всасывания установки.

1 – сильфон; 2 - пружина; 3- дифференциал; 4 - рычажный механиз­м: 5 - контак­ты выходной цепи; 6 – шток; 7,8 - шка­ла; 9,10 – винт; 11 - узел резкого размыка­ния контактов

Рисунок 108. Реле давления

Маноконтроллер предназначен для контролирования максимального давления на линии конденсации, поэтому он устанавливается в линии нагнетательного трубопровода холодильной установки. Маноконтроллер автоматически защищает холодильную установку от чрезмерного увеличения давления нагнетания путем выключения компрессора при достижении давлении в конденсаторе выше допустимого.

Дифференциальное реле давления (см.рисунок 109.) состоит из двух барочувствительных систем 1 и 8, узла настройки разности давлений, передаточного механизма 3, узла резкого размыкания контактов 9.

1,8 - барочувствительные системы; 2 – толкатель передаточного механизма 3; 4 – дифференциал; 5 – контакты; 6 – винт; 7 – шкала; 9 - узел резкого размыкания контактов

Рисунок 109 – Дифференциальное реле давления

При увеличении разности давлений на величину, превышающую порог чувствительности дифференциала, толкатель 2 поворачивает рычаг 3, после чего контакты 5 замыкаются. Настройка заданной разности давлений производится по шкале 7 с помощью винта 6. Дифференциал (разность между значениями давлений включения и выключения) не регулируется.

Автоматический дроссель давления (АДД)

Автоматический дроссель давления (АДД) защищает компрессор холодильной машины от перегрузок (см. рисунок 110.).

Снижение перегрузок компрессора при повышении давления на выходе испарителя выше нормы осуществляется путем дросселирования хладагента на линии всасывания. АДД также защищает электродвигатель компрессора от перегрузок при больших нагрузках на холодильную машину в начале ее работы.

1 – сервопоршень; 2 – пружина; 3 – шток; 4 – канал; 5 – настроечная пружина; 6 – мембрана; 7 – клапан; 8 – канал; 9 – цилиндр; 10 – винт; 11 - клапан

Рисунок 110. Автоматический дроссель давления

АДД состоит из двух функциональных узлов: исполнительного механизма (ИМ) и пилотного устройства (ПУ). Чувствительным элементом пилотного устройства служит стальная мембрана 6. Подмембранное пространство каналом 4 сообщается с выходом АДД и воспринимает давление на стороне компрессора. На мембрану сверху действуют атмосферное давление и усилие настроечной пружины 5. Через канал 8 к клапану 7 пилотного устройства подводится давление испарителя, которое служит для перемещения регулирующего органа. Регулирующим органом является сервопоршень 1. В поршне 1 и цилиндре 9 имеются окна, при совмещении которых открывается проход парообразного хладагента от испарителя к компрессору.

При повышении давления на всасывающей стороне компрессора в АДД благодаря наличию канала 4 возрастает давление в подмембранном пространстве ПУ. В результате мембрана перемещается вверх и тянет за собой шток клапана 7, который уменьшает поток паров хладагента, поступающий в надпоршневое пространство по каналу 8.

Давление в надпоршневом пространстве уменьшается за счет утечки через кольцевое отверстие в сервопоршне. Усилием пружины 2 сервопоршень перемещается вверх, уменьшая сечение окон (условно представлены в виде клапана 11), а, следовательно, количество хладагента, проходящего через АДД. Уменьшение количества хладагента и его давления на входе в компрессор происходит до значения, заданного настройкой ПУ.

При понижении давления на всасывающей стороне компрессора мембрана ПУ перемещается вниз. Давление в подпоршневом пространстве уменьшается, и сервопоршень перемещается вниз, увеличивая сечение окон. В результате давление на всасывающей стороне компрессора возрастает до заданного настройкой значения.

Регулирование АДД производится с помощью манометра, установленного на линии всасывания компрессора. Вращением регулировочного винта 10 по часовой стрелке сжимается пружина 5 и увеличивается значение давления, поддерживаемого на всасывающей стороне компрессора.