Назначение и состав холодильной установки. Холодильные камера и изоляция. Регулирование, защита и контроль работы холодильных установок. Эксплуатация холодильных установок.

§17.1. Общие сведения о холодильных машинах на судах

Искусственное охлаждение, т. е. процесс понижения температуры охлаждаемого объекта ниже температуры окружающей среды, дости­гается при помощи холодильной машины (ХМ). Холодильной машиной называют совокупность соединенных трубопроводами механизмов, аппаратов и арматуры, в которых по замкнутому контуру циркулирует рабочее тело (хладагент), обеспечивающее обратный термодинамичес­кий цикл с целью охлаждения.

Согласно второму закону термодинамики, чтобы достичь низких температур, необходимо затратить внешнюю энергию. Поскольку искусственное охлаждение - процесс несамопроизвольный, для его протекания необходимо наличие рабочего тела и двух источников тепла с различным температурным потенциалом. В холодиль­ной технике рабочее тело называется хладагентом, а количество тепла, отводимого одним килограммом, - удельной массовой холодопроизводительностью q₀. При этом часть тепла, получен­ного рабочим телом от источника с низким температурным по­тенциалом, может переходить в работу. Другая часть неизбежно передается рабочему телу, что и является процессом, компен­сирующим несамопроизвольность превращения теплоты в работу.

ХМ классифицируют по следующим признакам:

по характеру рабочего процесса - на компрессорные, теплоиспользующие и термоэлектрические;

по диапазону рабочих температур - на одноступен­чатые, двухступенчатые, многоступенчатые, каскадные и комби­нированные;

по температуре кипения t₀ хладагента - на три группы:

низкотемпературные - одноступенчатые, t₀ = -30 ... -55 °С;

двухступенчатые, t₀ до – 70^оС;

каскадные, t₀ до -110 °С;

среднетемпературные, t₀ = -30 ... -10^оС;

высокотемпературные, t₀ = -10^оС;

по изменению агрегатного состояния хладаген­та - с изменением и без изменения агрегатного состояния хлад­агента.

Компрессорные (парокомпрессорные) ХМ (КХМ, ПКХМ) ис­пользуют энергию в виде механической работы. Основным элементом КХМ является компрессор, сжимающий и перемещающий хладагент. Привод компрессора может осуществляться от электрического двига­теля, ДВС, паровой или газовой турбины.

В теплоиспользующих ХМ (ТХМ) в качестве источников энергии применяют. низкопотенциальную теплоту, получаемую от горячей воды, отходящих газов, отработавшего пара. ТХМ бывают абсорбционные и пароэжекторные.

В термоэлектрических ХМ, пока не применяемых на судах, используется непосредственно электрическая энергия.

Искусственный холод на судах используется для следующих целей:

хранения пищевых продуктов - их охлаждения и замораживания (грузов, а также запасов продовольствия для экипажа и пассажиров);

приготовления льда и охлаждения воды (питьевой и забортной);

работы систем комфортного и технического кондиционирования воздуха, обеспечивающих работу электронного и другого специаль­ного оборудования, поддержания газовой среды в цистернах танкеров и газовозов и т. д.

Холодильная установка (ХУ) помимо ХМ включает еще и дополнительное оборудование (приборы и системы охлаждения, насосы, вентиляторы, трубопроводы, воздухопроводы, арматуру и т. п.), предназначенное для отбора теплоты от охлаждаемого объекта в трюме, морозильном аппарате, провизионной камере и т. д. и ее передачи ХМ, заправки системы хладагентом, оттаивания приборов охлаждения.

Физические основы получения низких температур. Для понижения температуры охлаждаемого объекта используются следующие физичес­кие процессы: теплообмен с окружающей средой; фазовые превраще­ния (плавление, кипение, сублимация) рабочего тела; дросселирование (эффект Джоуля-Томпсона); расширение с получением внешней работы; вихревой эффект (Ранка-Хильша); термоэлектрический эф­фект (Пельтье); магнитокалорический эффект; десорбция газов.

На судах основными способами получения низких температур являются кипение и дросселирование, применяемые на паровых КХМ и ТХМ, а также теплообмен с окружающей средой. Теплообмен с окру­жающей средой используется в ТА для снижения температуры тепло­носителей. Охлаждающим телом при этом служит забортная вода.

Однако возможности применения данного способа охлаждения ограни­чены температурой забортной воды.

Процесс кипения (парообразование) хладагентов сопровож­дается поглощением теплоты, равной теплоте их парообразования. Этот процесс протекает при постоянных температуре и давлении. Для испарительного охлаждения используют хладагенты с низкой темпера­турой кипения t₀ при нормальном давлении. От характеристик хлад­агента зависят конструкция ХМ и расход энергии.

Установлено, что отношение объемной удельной холодопроизводительности q_v (являющейся отношением q₀ к удельному объему хладагента v_t на всасывании компрессора) к разности давления (p_к – p₀) B условиях заданного холодильного цикла постоянно для разных хладагентов. По разности (p_к – p₀) можно приближенно опре­делить размеры компрессора. Чем ниже эта разность, тем они больше.

Важной характеристикой хладагента является отношение р_к /р₀, от которого зависят объемные и энергетические коэффициенты компрес­сора и затрачиваемая работа. Чем ниже t₀, тем больше это отношение и выше требования к прочностным параметрам конструкции компрес­соров и ТА.

На холодильный цикл существенно влияет значение отношения теплоемкости хладагента к теплоте парообразования с_p /г. При умень­шении этого отношения снижается влияние процесса дросселирования, так как при этом меньшая доля теплоты расходуется на испарение хладагента.

От теплоты парообразования значительно зависят удельная и объемная массовые холодопроизводительности, а следовательно, и количество циркулирующего в ХМ хладагента, которое уменьшается с ростом теплоты парообразования.

Величина вязкости определяет также конструктивные и энергети­ческие параметры ХМ. Более низкое значение вязкости способствует уменьшению сопротивления при движении хладагента, а, следова­тельно, и затрат энергии на совершение цикла и позволяет применить трубопроводы меньших диаметров. Вместе с тем с понижением вязкос­ти растут теплопроводность и коэффициенты теплопередачи в аппара­тах ХМ, что заметно влияет на расход металла.

Помимо термодинамических свойств при выборе хладагента суще­ственное значение имеют показатели токсичности, растворимости с маслами и водой, взрывоопасноcти, горючести, стоимости и т. д.

Нерастворимость хладагента в масле приводит к положительным явлениям: отсутствует пена при кипении в испарителе; на температуру не влияет концентрация растворенного масла, лучше работают прибо­ры автоматического регулирования расхода хладагента. В свою очередь, растворимость хладагента в масле в большей мере положи­тельное явление, чем отрицательное. При растворимости хладагента масло циркулирует в системе вместе с ним, улучшаются условия теплообмена в ХМ.

Растворимость хладагента с водой предотвращает образова­ние в проходных каналах регулирующей арматуры ледяных пробок.

Вместе с тем растворимость хладагента в воде обусловливает повыше­ние температуры.

Наибольшее применение в ХМ судов получили следующие хлад­агенты.

Хладагент хладон 12 (R12) применяют в одноступенчатых ХМ с t_к не более 75 ^оС при t₀ не ниже -30 °С. Хладон 12- бесцветный газ. Плотность жидкого R12 при 0^оС составляет 1390 кг/м3. Хладон 12 почти безвредный газ со слабым специфическим запахом. Хладагент и масло взаимно растворяются в любых пропорциях, образуя однород­ную смесь при некотором снижении вязкости масла. Вода в R12 почти не растворяется. Хладон не взрывоопасен и не горюч, но при соприкос­новении с открытым пламенем разлагается с выделением хлористого водорода, фтористого водорода и следов фосгена.

Хладагент хладон 22 (R22) используется в одно- и двухступенча­тых ХМ в диапазоне t₀ от 10 до -70^оС и t_к не выше 50 °С, в двухступен­чатых машинах целесообразно применять температуру кипения t₀ до -70^оС, в одноступенчатых - до t₀ = -35 °С. Хладон 22 - бесцветный газ. Плотность R22 при 0 °С равна 1285 кг/м3. Хладон 22 более вредный, чем R12. Жидкий R22 может растворить в 8 раз больше воды, чем R12; на стороне высокого давления жидкий R22 и смазочное масло смеши­ваются в любых пропорциях. Хладон 22 не взрывоопасен и не горюч, но очень текуч и растворяет резину.

Хладагент аммиак (R717) применяют при t_к не выше 55 °С. В одно­ступенчатых ХМ используют до t₀ = -30°C, в двухступенчатых-до - 60 °С. Аммиак - бесцветный газ с удушливым запахом, в воздухе горит плохо. Смесь аммиака с воздухом (от 16 до 26,8 %) может взры­ваться при наличии открытого пламени. Аммиак почти не растворяет­ся в масле и интенсивно поглощается водой, не вызывает коррозии стали, но в присутствии влаги разъедает цинк, медь, бронзу и ее спла­вы. Весьма раздражающе действует на слизистые оболочки носа, глаз и дыхательных путей.

Из-за высоких значений показателя изоэнтропы и р_к/р₀, токсич­ности и повышенных требований по технике безопасности применение аммиака в настоящее время на судах современной постройки ограни­чено. В качестве заменителя R717 применяются хладагенты R12, R22, R505, R13B1. Однако с введением ограничений на применение хладонов в связи с экологической проблемой следует ожидать расшире­ние применения R717 и других рабочих веществ.

Хладон 13 (R13) является основным хладагентом низкотемпера­турных каскадных ХМ (нижней ветви каскада) для получения темпе­ратур кипения не ниже - 95 °С в поршневых и винтовых ХМ. При ис­пользовании в ХМ с центробежными компрессорами применяется до t₀ = -110°С. По химико-физическим свойствам R13 близок cR12 и R22.

В ХМ наряду с чистыми хладагентами применяются неазеотропные смеси.

При дросселировании не производится внешней работы. Энтальпия остается постоянной.

На рис. 17.1 изображена схема перемещения вдоль трубы массы хладагента, заключенной между сечениями I-I и II-II. Обозначим площадь сечения трубы F, давление, удельный объем и температуру хладагента до диафрагмы 1 и после будут соответственно р_1, v₁, T₁ и р_2, v₂, T₂. В течение определенного времени сечение I-I переместит­ся на расстояние S₁ сечение II-II - на расстояние S₂. Поскольку давле­ние и плотность хладагента за диафрагмой ниже, чем перед диафраг­мой, поэтому S₂ >S₁. Для перемещения хладагента на расстояние S₁ совершается работа L₁ = р₁ S₁F.

Рис. 17.1. Схема процесса дросселиро­вания

Если объем рабочего вещества, вытесненный сечением I-I, V₁ = S₁ • F, a V₁ = v₁ • G, то L₁ = р₁ • v₁ • G, где G - масса хладагента, прошедшего через диафрагму. Аналогично L₂ = р₂ • v₂ • G. При перемещении хлад­агента по трубе совершается работа

L = L₂ – L₁ , L = (р₂ • v₂ - р₁ • v₁ )G (17.1)

которая затрачивается на преодоление сопротивления трения. Эта работа превращается в теплоту и передается хладагенту.

Дросселирование без теплообмена с окружающей средой может быть обеспечено за счет уменьшения внутренней энергии системы. Тогда

L = (u₁ – u₂)G, (17.2)

где u₁ и u₂- внутренняя энергия единицы массы хладагента до и пос­ле диафрагмы. Используя выражения (17.1) и (17.2), получаем

u₁ + p₁v₁ = u₂ + p₂v₂, (17.3)

или i₁ = i₂

Уравнение (17.3) показывает, что в результате адиабатного дроссе­лирования значения энтальпий до и после диафрагмы одинаковы. Однако в процессе дросселирования энтальпия переменна. При проте­кании через диафрагму поток хладагента ускоряется, его кинетичес­кая энергия возрастает. Следовательно, энтальпия уменьшается. За диафрагмой сечение трубы вновь возрастает. Поток замедляется и его кинетическая энергия уменьшается. При этом энтальпия увеличивает­ся до прежнего значения.

При расширении хладагента от давления p₁ до р₂, если процесс расширения происходит в расширительном цилиндре (детандере), можно получить внешнюю работу за счет изменения энтальпий хлад­агента и отвода работы через детандер. Для расширения хладагента преимущественно используются центростремительные или осевые детандеры. Поскольку процесс расширения с совершением внешней работы осуществляется адиабатно, а теплота трения хладагента пере­дается детандеру, то его энтропия не меняется, процесс расширения идет изоэнтропно, т. е. dS = 0. Так как внешняя работа совершается за счет внутренней энергии хладагента, то его температура в процессе расширения всегда понижается. Процесс адиабатного расширения с получением внешней работы термодинамически более эффективен, чем процесс адиабатного расширения дросселированием. Это подтвер­ждается рис. 17.2, где процесс а - b - адиабатное расширение с получе­нием внешней работы, процесс а - с - дросселирование. Очевидно ΔT >ΔT_i.

Наиболее простыми процессами фазового превращения является плавление льда и сублимация углекислоты. Теплота плавления обыч­ного водяного льда при температуре О^оС составляет 335 кДж/кг. При­менение льдосоленых смесей, в частности хлорида кальция и льда, позволяет снизить температуру плавления льда до -55°С. На судах рыбопромыслового флота способ плавления льда повсеместно исполь­зуется для охлаждения рыбы до криоскопических температур. Смесь льда с солью служит также для замораживания тунцов.

Процесс сублимации углекислоты, т. е. непосредственный переход ее из твердого состояния (сухой лед) в газообразное, дает возможность создавать низкие температуры. При атмосферном давлении температу­ра сублимации сухого льда равна - 78,9 °С. Количество теплоты, необ­ходимое для испарения 1 кг сухого льда, составляет 573 кДж/кг.

Способ сублимации углекислоты не нашел применения на судах.

В последнее время стали уделять определенное внимание процес­су температурного расслоения газа, осуществляемому в вихревой трубе (эффект Ранка - Хилыыа).

Рис. 17.2. Схема процесса дросселиро­вания с совершением внешней работы

Тангенциально по отношению к гладкой внутренней поверхности цилиндрической трубы 1 устанавливают сопло 3 (рис. 17.3). Около сопла располагают диафрагму 2 с концентрическим отверстием.

Поступающие в трубу газы совершают вращательное движение. При этом угловая скорость вращения потока велика около оси и умень­шается по мере удаления от нее. При движении к дросселю 4 поток вследствие наличия сил трения между слоями газа приобретает почти одинаковую угловую скорость, так как внутренние слои теряют скорость, а внешние набирают ее.

Повышение температуры внешнего слоя потока происходит за счет избытка кинетической энергии, передаваемой внутренним слоем. Температурное расслоение газа в трубе осуществляется быстрее на­ступления термического равновесия. Вследствие этого внешние слои выходят через дроссель нагретыми, а внутренние- через диафрагму холодными.

Следует отметить, что термодинамические процессы вихревой трубы малоэффективны.

Эффект Пельтье позволяет создавать низкие температуры с помощью полупроводниковых термоэлементов. Термоэлемент (рис. 17.4) состоит из двух последовательно соединенных медной пластиной 3 полупроводников 1 и 2 прямоугольной или круглой формы. Сущность эффекта заключается в появлении разности темпера­тур на спаях пары материалов при прохождении через них электри­ческого тока, а количество поглощаемой или выделяемой теплоты -от силы тока. Снижение температуры спая происходит под воздей­ствием электрического поля, когда электроны, двигаясь из одной вет­ви термоэлемента на другую, переходят в новое состояние с более вы­сокой энергией, повышение энергии электронов - за счет кинетичес­кой энергии, отбираемой от атомов ветвей термоэлемента в местах их напряжения. При обратном направлении движения тока электроны от­дают избыточную энергию атомам кристаллической решетки в связи с переходом на более низкий энергетический уровень.

Термоэлементы можно последовательно соединять в батареи и та­ким образом увеличивать их потенциал. Эффективность термоэлемен­тов в значительной степени зависит от материала, который должен обладать высоким коэффициентом Пельтье и большим значением α² • σ/λ., где α - коэффициент термо-ЭДС термоэлемента; σ - электропроводность полупроводника, 1/(Ом • см); λ – теплопроводность полупроводника, Вт/(м • К).

Магнитокалорический эффект и десорбция рабочих веществ (газов), используемые для получения температур, близких к абсолютному нулю, на судах не применяются.

Циклы ХМ. Обратный цикл Карно служит образцом совершенства холодильного цикла в условиях постоянных температур охлаждаемо­го объекта и окружающей среды и бесконечно малой разности темпе­ратур между хладагентом и объектом охлаждения. Однако процесс охлаждения не стационарен. Поэтому рабочий цикл, состоящий из двух изотермических и двух изоэнтропных процессов, осуществить практически невозможно.

ХМ, работающая по холодильному циклу, служит для отвода теплоты от источника с низким температурным потенциалом к окружающей среде (рис. 17.5, а). В процессе 4-1 к 1 кг хладагента подводится от объекта охлаждения теплота q₀. В процессе 1-2 хлад­агент сжимается, а в процессе 2—3 происходит отвод теплоты q от 1 кг хладагента к окружающей среде; процесс 3-4 - расширение рабочего вещества с совершением внешней работы l_рц (работы расширительного цилиндра - РЦ).

Согласно второму закону термодинамики q > q₀, а работа цикла l_Ц = q – q₀ Выражение для работы цикла можно записать так: l_Ц =l_К – l_РЦ где l_К - работа компрессора. Термодинамическая эффектив­ность холодильного цикла выражается холодильным коэффициен­том ε = q₀ / l_Ц

ХМ, работающая по циклу теплового насоса (рис. 17.5, б), обеспечивает перенос теплоты от окружающей среды к ис­точнику с более высокой температурой. Цикл холодильной машины имеет температуру окружающей среды своим верхним пределом, а цикл теплового насоса - нижним пределом.

Термодинамическая эффективность цикла теплового насоса вы­ражается тепловым коэффициентом μ = q’ / l_Ц =(q₀ + l_Ц) / l_Ц, или

μ = q₀ / l_Ц + 1 = ε + 1. Следовательно, термодинамическая эффектив­ность цикла теплового насоса выше эффективности цикла ХМ.

Комбинированный цикл (рис. 17.5, в) - цикл, в котором теплота от объекта с низкой температурой передается источнику вы­сокой температуры (выше температуры окружающей среды). В цикле процессы 4"-1"- подведение теплоты q₀” к рабочему веществу; 1 "-2" - сжатие рабочего вещества; 2"-3" - отвод теплоты q" от рабо­чего вещества к источнику высокой температуры; 3"-4" - расширение рабочего вещества с получением работы. При этом цикле получают одновременно холод и теплоту. Характеризуемся этот цикл двумя коэффициентами: ε и μ, где

ε = q₀ “/ l_ЦХ ; μ = q₀ “/ l_{Ц T} , где l_ЦХ и l_{Ц T} - соответственно работа циклов l"-b-a-4" и b-2"-3"-a.

ХОЛОДИЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ (Епифанов)Назначение и общие требования

Холодильные системы предназначены для охлаждения провизи­онных камер и грузовых трюмов, замораживания свежевылов­ленной рыбы, а также для охлаждения воздуха в постах управ­ления, кладовых и некоторых жилых помещениях. В группу холодильных систем входят системы холодильного агента (хлад­агента) и системы хладоносителя (называемые также система­ми охлаждения). Системы хладагента обеспечивают циркуля­цию хладагента (аммиака, фреона и др.) между холодильной машиной и теплообменниками. Системы хладоносителя обеспе­чивают циркуляцию хладоносителя (воды, рассола и др.) меж­ду холодильной установкой и охлаждаемым помещением.

Скоропортящиеся продукты весьма чувствительны к измене­ниям температуры и влажности воздуха и в связи с этим могут терять свои вкусовые качества и калорийность. Холодильные системы должны поддерживать температуру в помещении, не­обходимую для хранения различных продуктов. Оптимальные температуры в судовых помещениях для хранения наиболее часто перевозимых продуктов следующие (см. таблицу 10.1):

Таблица 10.1

Провизионные камеры и грузовые трюмы рефрижераторов оборудуют змеевиками, по которым циркулирует хладоноситель (или хладагент), отбирающий теплоту от воздуха помещений. С целью уменьшения теплопритоков в охлаждаемые помещения их теплоизолируют. В качестве теплоизоляционных материалов применяют пробку, войлок, стекловолокно, пенопласты и др. Их выпускают в форме плит для стен и в виде скорлуп для трубо­проводов. В последнее время за рубежом и в СССР находит при­менение пенополиуретановая изоляция, которую выполняют пу­тем заливки или напыления. Благодаря этому значительно сни­жается трудоемкость монтажных работ на судах. От действия влаги теплоизоляцию защищают путем нанесения на нее слоя битумной мастики или специального клея (изолита, идитола) и обертыванием пергамином или рубероидом.

Хладагенты и холодильные машины

Совокупность холодильной машины, вырабатывающей холод, с обслуживающими ее вспомогательными насосами и устройст­вами называют холодильной установкой. Технические характери­стики и эксплуатационные качества холодильной установки во многом определяются типом хлад­агента. В качестве хладагента в судовых холодильных машинах в основном применяют аммиак и хладоны.

Аммиак – газ легче воздуха, обладающий большой скрытой теплотой парообразования,вслед­ствие чего по габаритам аммиач­ная холодильная машина значи­тельно меньше хладоновой ма­шины. Однако аммиак очень ток­сичен и взрывоопасен. Хладон-12 и хладон-22, наоборот, безвред­ны для людей и пожаробезопасны. Основным недостатком хладонов является высокая прони­цаемость через соединения тру­бопроводов. Поэтому по стоимо­сти хладоновые системы зна­чительно дороже аммиачных. Ис­пользование аммиака в судовых условиях сокращается в связи с необходимостью выполнения специальных мер безопасности при обслуживании аммиачных холодильных машин и прови­зионных камер. И наоборот, большее применение получают хладон-12 и хладон-22.

В судовых холодильных системах применяются холодильные машины трех основных видов: компрессионные, абсорбционные и эжекторные. Компрессионные машины вырабатывают холод за счет затраты механической энергии, а машины двух других типов – за счет потребления теплоты. В настоящее время на судах наиболее широко применяются компрессионные машины, отличающиеся экономичностью и компактностью. На рис. 81 показана принципиальная схема такой машины.

Работа холодильной машины основана на использовании хладагентов, об­ладающих низкой температурой кипения. Поршневой или цент­робежный компрессор 1 засасывает из испарителя 4 насыщен­ные пары хладагента и сжимает их. Из компрессора сжатые па­ры следуют в конденсатор 8, где охлаждаются циркулирующей через него забортной водой и конденсируются. После конденса­тора жидкий хладагент, проходя через клапан 5, дросселируется. В испа­рителе он закипает, от­нимая от хладоносителя теплоту, необходимую для его испарения. Ох­лажденный хладоноситель насосом откачивает­ся и направляется для охлаждения провизион­ных камер, трюмов или в воздухоохладители.

Современные холодиль­ные установки преимуще­ственно автоматизирова­ны, что позволяет снизить эксплуатационные расхо­ды за счет более эконо­мичной работы установки и сокращения обслужи­вающего персонала.

Типы холодильных систем

В зависимости от вида хладоносителя, циркули­рующего через испарите­ли холодильной установ­ки, холодильные системы разделяют на три типа: непосредственного охлаждения, рассоль­ную и воздушного охлаждения. В системах непосредственного охлаждения (рис. 82, а) охлаждающие батареи 3, в которых про­исходит отбор теплоты хладагентом, устанавливают в охлажда­емой камере 4. Правилами Регистра разрешено применять такие системы только для провизионных и морозильных камер объе­мом не более 200 м3, а также на малотоннажных судах. Это связано с возможными утечками хладагента, которые представ­ляют опасность для обслуживающего персонала. В рассольной системе (рис. 82,б) насосом 9 рассол прокачивается через ох­лаждающие змеевиковые батареи 3. Из камеры 4 теплый рассол следует в испаритель 10, где охлаждается прокачиваемым че­рез него хладагентом. В качестве рассолов используют водные растворы солей. Наиболее распространен раствор хлористого кальция, как имеющий самую низкую температуру замерзания (218 К). Преимущество рассольной системы состоит в просто­те регулирования температуры в охлаждаемых камерах.

В системе воздушного охлаждения (рис. 82, б) в отличие от двух других типов холодильных систем поддержание заданной температуры в обслуживаемом помещении осуществляется ох­лажденным воздухом. Теплый воздух из помещения забирается вентилятором 13, проходит через воздухоохладитель 12, в кото­ром охлаждается циркулирующим хладагентом. Охлажденный воздух возвращается обратно в помещение через воздухорас­пределители 15. Преимуществом системы воздушного охлажде­ния является отсутствие в охлаждаемом помещении охлаждаю­щих батарей. Ее недостаток – невозможность практического применения в провизионных кладовых и морозильных камерах.

ИЗОЛЯЦИЯ ХОЛОДИЛЬНЫХ ПОМЕЩЕНИЙ. (Лалаев)

Изоляционные материалы и конструкции. Основное назначе­ние изоляции — снижать приток тепла в охлаждаемые помеще­ния. Проникающее в охлаждаемые помещения тепло не только вы­зывает увеличение тепловой нагрузки на холодильную машину, но и способствует усушке продуктов. Установлено, что каждые 4,2 кДж тепла, проникающего в помещение, имеющее температу­ру — 18°С, где хранятся неупакованные пищевые продукты, вызы­вают испарение с их поверхности 0,15 г влаги, при температуре —10°С — 26г.

К судовой изоляции предъявляются следующие требования:

высокие теплозащитные свойства. Эти свойства характеризу­ются малой величиной теплопроводности;

малая объемная масса;

высокая механическая прочность;

стойкость к увлажнению. При увлажнении теплоизоляционно­го материала существенно повышается теплопроводность. Объяс­няется это тем, что при увлажнении материала его поры запол­няются водой, имеющей теплопроводность 0,53 Вт/(м-°С), что в 23 раза больше теплопроводности воздуха. При понижении температуры изоляции образовавшаяся в порах вода замерзает. Теплопроводность льда 2,2 Вт/(м-°С), что почти в 100 раз боль­ше теплопроводности воздуха. Влажный изоляционный материал, помимо потери теплоизоляционных свойств, быстро теряет меха­ническую прочность и подвергается процессу гниения-;

высокие огнестойкие качества;

легкость обработки в процессе изготовления и монтажа на судне;

невысокая стоимость. ,

Кроме того, изоляция не должна выделять запахов и не воспри­нимать их.

Наиболее высокоэффективными изоляционными материалами являются пенополиуретаны. Основными исходными продуктами для их изготовления являются диизоционаты и синтетические смо­лы. Кроме того, для осуществления технологического процесса и придания нужных свойств к смоле или диизоционатам добавляют эмульгаторы и другие компоненты, повышающие огнестойкость и прочность. Смешение смолы с диизоционатом производят в зара­нее установленной на месте опалубке. При этом происходит экзо­термическая реакция с интенсивным выделением углекислого га­за. Материал затвердевает, принимая сложные формы судового набора, чем значительно облегчается выполнение изоляционных работ.

Нанесение пенополиуретана на уровне поверхности корпуса можно осуществлять из пистолета-распылителя. Жесткие и полу­жесткие пенополиуретаны в процессе их получения хорошо прилипают к металлу, материалам и хуже – к масляным, жирным и полированным поверхностям.

В качестве гидроизоляционных материалов применяют пергамин (картон, пропитанный нефтяным битумом), пленку марки ПТГМ и др.

Особенностью судовой изоляционной конструкции является ее сложность, связанная с наличием на поверхностях изолируемых помещений шпангоутов, стрингеров, бимсов, карлингсов и других элементов набора корпуса судна.

Применяют следующие основные виды изоляционных конст­рукций: нормальную, с воздушной прослойкой и с высадками (с обходом профилей судового набора). В нормальной конструкции изоляции (рис. 6, а) пространство между изолируемой поверхно­стью 1 и деревянной обшивкой 3 заполнено изоляционным мате­риалам 2. Деревянные бруски 4 крепят к набору болтами или шпильками. Такую конструкцию чаще всего применяют для изо­ляции бортов, палуб и переборок. В конструкции изоляции с воз­душной прослойкой (рис. 6, б) изоляционным материалом запол­няют только пространство между внутренней и наружной дере­вянными обшивками, а между изолируемой поверхностью и внут­
ренней деревянной обшивкой остается воздушная прослойка.

Такую конструкцию применяют для изолирования двойного дна. Накапливающаяся влага свободно стекает по воздушной прослой­ке в льяла, откуда откачивается осушительным насосом. По Пра­вилам Регистра СССР при изоляции двойного дна толщина воз­душной прослойки должна быть не менее 50 мм. При высоких профилях набора судна применяют конструкцию изоляции с вы­садками (рис. 6, в).

Изоляционная конструкция должна обеспечивать надежную защиту изоляционного материала от увлажнения, механических повреждений и проникновения грызунов. Для этого изоляционный материал зашивают по обрешетнику двумя рядами шпунтованных досок с проклейкой между ними листового паронепроницаемого материала.

В качестве материалов для паро- и гидроизоляционных покры­тий применяют битумы, разные битумные мастики, синтетические пленки, керамические плитки, рулонные и листовые материалы — рубероид, пергамин и др. Листовые паро- и гидроизоляционные материалы наклеивают на ограждения с помощью битума или би­тумной мастики, а пленочные материалы — с помощью клеев (эпоксидного, 884, ВИАМ и др.).

С целью предохранения изоляции от грызунов в отдельных конструкциях по внешнему слою паро- или гидроизоляции натя­гивают металлическую сетку и после этого пришивают наруж­ный слой шпунтованных досок. При обшивке внутренней поверх­ности трюма или кладовой листами из оцинкованного железа или нержавеющей стали тщательно пропаивают швы между листами. В этом варианте ограничиваются одним слоем досок без пароне­проницаемой бумаги, металлическую сетку не устанавливают. Такая конструкция уменьшает толщину изоляции и улучшает санитарные условия хранения продуктов.

Долговечность и надежность работы изоляционной конструкции зависят от соблюдения технологических требований в процессе монтажа, а также правил эксплуатации конструкции.

Повреждение изоляционной конструкции в процессе эксплуата­ции неизбежно приводит к увлажнению и гниению изоляции, вследствие чего в охлаждаемых помещениях могут появиться по­сторонние запахи, которые будут восприниматься грузами. Поэто­му во время эксплуатации необходимо постоянно следить за со­стоянием изоляции. Периодическую проверку на увлажнение про­изводят путем взятия проб в тех местах, где увлажнение изоляции с течением времени является наиболее вероятным. Необходимо также изолировать холодные трубопроводы и аппараты. При этом конструкция должна исключать возможность появления влаги между изолируемой поверхностью и изоляционным материалом, так как это приводит к увлажнению изоляции, а впоследствии к образованию свищей в результате коррозии металла.

На рис. 7 показана изоляционная конструкция холодного тру­бопровода. Для защиты от коррозии наружную поверхность тру­бопровода тщательно очищают и покрывают слоем горячего биту­ма, который прилипает к трубе, исключая возможность появления на ней влаги. Два слоя скорлуп из термоизоляционного материала склеивают с трубопроводом и между собой горячим битумом та­ким образом, чтобы поперечные и продольные стыки двух слоев были взаимно смещены.

Наружную поверхность термоизоляции снова покрывают сло­ем горячего битума, который должен обеспечить ее защиту от ув­лажнения при работе установки. Далее поверхность изоляции покрывают асбесто-цементной штукатуркой. Высохшую штука­турку оклеивают мягким брезентом, который затем окрашивают. Битумную мастику варят в котле вместимостью 0,5—1 м3 при тем­пературе 150—180°С. Приготовление ее на судне, находящемся в эксплуатации, представляется достаточно сложным. Для приклеивания изоляционных скорлуп и плит наряду с битумом применя­ют клей изолит. Он представляет собой смесь нитроглифталевого клея в органических растворите­лях, например этилацетате или этиловом спирте с активными наполнителями (портландцемен­том), волокнистым асбестом и железным суриком. В этих же це­лях применяют идитоловый клей. Время твердения идитолового клея зависит от температуры воздуха и увеличивается при ее понижении. Поэтому использо­вать идитоловый клей можно только при температуре не ниже + 10°С.

Изоляцию аппаратов, флан­цев, клапанов и другой холо­дильной арматуры выполняют теми же материалами, которыми изолируют трубопроводы. При этом особое внимание должно быть уделено обеспечению не­прерывности всего изоляционного слоя. Увлажнение изо­ляции на трубопроводах обычно начинается у фланцев и кла­панов. В этих местах изоляционные работы следует выполнять с особой тщательностью. В местах окончания изоляционного слоя (например, фланца всасывающего патрубка компрессора) необ­ходимо обеспечить полное склеивание изоляции с трубопроводом, исключающее попадание воздуха под изоляцию. Наличие воздуха между трубопроводом и изоляцией приводит к замерзанию влаги, сконденсировавшейся на холодной поверхности, и вследствие это­го к вспучиванию изоляции.

АВТОМАТИЗАЦИЯ СУДОВЫХ ХОЛОДИЛЬНЫХ УСТАНОВОК

16. НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ АВТОМАТИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ

На современных судах применяют холодильные установки с высокой степенью автоматизации, что надежно защищает их от аварии, обеспечивает точное поддержание заданных температур охлаждаемых объектов, повышает экономичность установки.

В судовых холодильных машинах автоматизируют процессы регулирования: подачи жидкого агента в испаритель, темпера­туры кипения агента в испарителе, температуры в охлаждаемых помещениях, температуры промежуточного хладоносителя и дав­ления конденсации. Автоматическая работа холодильных уста­новок осуществляется с помощью автоматических приборов, ко­торые можно разделить на три группы: регулирования, управле­ния и защиты.

Приборы регулирования автоматически поддержива­ют заданное значение регулируемой величины или изменяют его по заданному закону.

Приборы управления автоматически включают или выключают в определенной последовательности части машины и механизмы холодильной установки.

Приборы защиты автоматически отключают всю холо­дильную установку или отдельные ее элементы и включают зву­ковую или световую сигнализацию при отклонении любого из контролируемых параметров от заданного значения на определен­ную величину.

В зависимости от принципа действия автоматические приборы могут быть двух типов: позиционного и непрерывного (плавного) действия. Регулирующий орган приборов позиционного действия может занимать несколько определенных положений. Наиболь­шее распространение получили двухпозиционные автоматические приборы (реле), в которых регулирующий орган может иметь только два крайних положения: «Включено» или «Выключено», «Открыто» или «Закрыто» и т. п. В приборах непрерывного дей­ствия регулирующий орган, плавно перемещаясь, может зани­мать любые промежуточные положения.

Каждый автоматический прибор имеет диапазон регулирова­ния, т. е. интервал значений регулируемой величины параметра (например, давлений, температур), в котором он может быть применен, и так называемую зону нечувствительности. В наибо­лее широко применяемых позиционных автоматических приборах эту зону нечувствительности называют дифференциалом прибора

17. РЕГУЛЯТОРЫ ПЕРЕГРЕВА

Чрезмерно большая подача жидкости в испаритель приведет к неполному ее выкипанию, к работе компрессора «влажным» ходом, а в тяжелых случаях к гидравлическим ударам в компрес­соре. Недостаточная подача жидкого агента в испаритель не обе­спечит заданный температурный режим охлаждаемого объекта. Для регулирования заполнения испарителя жидким холодиль­ным агентом применяют регуляторы перегрева и регуляторы уровня. В морских холодильных установках применяют в основ­ном регуляторы перегрева, называемые терморегулирующими вентилями (ТРВ). Устанавливают ТРВ перед испарителем для дросселирования жидкого хладагента от давления конденсации Рк до давления кипения Ра и автоматического регулирования по­дачи жидкости в испаритель в зависимости от перегрева пара агента на выходе из испарителя. Если пар агента, выходящий из испарителя, перегрет, т. е. имеет более высокую температуру, чем температура кипения при данном давлении, ТРВ открыт и агент поступает в испаритель. Если перегрев снизится ниже установленной минимальной величины, ТРВ закрывается, пре­кращая подачу жидкого агента в испаритель.

По конструкции ТРВ бывают мембранные и сильфонные. Отечественная промышленность выпускает только мембранные ТРВ.

18. РЕЛЕ ДАВЛЕНИЯ

Изменение давления всасывания. Рассмотрим простейший случай, когда компрессор обслуживает один охлаждаемый объект, например провизионную кладовую. Для поддержания заданной низкой температуры холодопроизводительность комп­рессора должна быть равна количеству тепла, проникшего в эту кладовую и образующегося в ней. Ранее уже отмечалось, что при проектировании установок холодопроизводительность обору­дования рассчитывается из условия погашения максимально возможных теплопритоков, т. е. всегда предусматривается резерв холодопроизводительности. Поэтому для обеспечения равенства рабочей холодопроизводительности и теплопритоков возникает необходимость регулирования холодопроизводительности комп­рессора.

В простейшем случае оно осуществляется путем остановки компрессора при достижении в кладовой низшей требуемой тем­пературы и его последующего пуска в тот момент, когда темпе­ратура в охлаждаемом помещении станет максимально допусти­мой. Такая работа компрессора называется цикличной и может обеспечиваться автоматическим прибором — реле низкого дав­ления (РНД), иногда называемым прессостатом.

Реле низкого давления устанавливают на линии всасывания компрессора. Оно реагирует на давление всасывания, близкое по величине к давлению кипения агента в испарителе. Проследим, как изменяется это давление при цикличной работе.

Так как холодопроизводительность компрессора выше теплопритоков, то во время его работы температура в помещении понижается, что ведет к снижению интенсивности кипения жидкости в змеевиках испарителя. Одновременно с этим уменьшается перегрев пара агента на выходе из испарителя, и ТРВ автомати­чески уменьшает подачу жидкости в испаритель. Пара, образую­щегося в испарителе, становится меньше, в результате чего дав­ление в испарителе и на линии всасывания компрессора понижа­ется. При этом снижается и температура кипения агента в испа­рителе. Таким образом, определилась важная зависимость: при работе компрессора с понижением температуры охлаждаемого объекта уменьшается давление на линии всасывания компрессо­ра, а следовательно, и температура кипения агента в испарителе. Когда давление на линии всасывания понизится до нижнего заданного значения, РНД отключит компрессор. Чем ниже дав­ление, при котором РНД остановит компрессор, тем ниже тем­пература установится в охлаждаемом помещении. После оста­новки компрессора ТРВ постепенно закроется, так как уравни­вание температур агента в начале и в конце змеевика испарите­ля приведет к уравниванию давлений по обе стороны мембраны, и пружины плотно закроют клапан.

После остановки компрессора приток тепла вызывает повы­шение температуры охлаждаемого объекта, что приведет к повы­шению температуры и давления агента в испарителе. Когда дав­ление в испарителе повысится до верхнего заданного предела, РНД снова включает компрессор. Чем выше давление, при кото­ром РНД включает компрессор, тем более высокой будет темпе­ратура в кладовой в момент включения. При пуске компрессора ТРВ откроется, так как давление в испарителе резко понизится, а температура термобаллона останется высокой, что обеспечит необходимую для открытия разность давлений по обе стороны мембраны прибора. Таким образом, при цикличной работе комп­рессора регулирование температуры в кладовой осуществляется путем изменения рабочего давления в испарителе, а следова­тельно средней температуры кипения холодильного агента.

Для поддержания требуемых температур охлаждаемого объекта при помощи РНД его настраивают, исходя из условия, что ввиду малого гидравличес­кого сопротивления давление всасывания непосредственно у компрессора, куда подключается реле (рис. 37), незначительно от­личается от давления в испари­теле, т. е. рвс ≈ ро.

В схемах, где предусмотрено управление компрессором дру­гими автоматическими приборами, РНД устанавливают в качест­ве прибора защиты от вакуума.

Для автоматического отключения компрессора при увеличе­нии давления нагнетания выше допустимого установку снабжают прибором защиты — реле высокого давления (РВД), иногда называемым включателем максимального давления или мано-контроллером. Причинами опасного повышения давления могут быть прекращение или ухудшение охлаждения конденсатора, пуск компрессора с закрытым нагнетательным вентилем и др. Реле высокого давления, соединенное с нагнетательным трубо­проводом компрессора, размыкает контакты при повышении и замыкает их при понижении давления (см. рис. 37).

Реле давления (как РНД, так и РВД) настраивают на опре­деленные (каждый свою) величины Pвкл и Pвыкл. Разность этих давлений определяет зону нечувствительности прибора к измене­нию контролируемого давления и называется дифференциалом реле давления. Для того чтобы изменить дифференциал, доста­точно изменить одну из величин, на которые настроен прибор.

Узел прибора, которым изменяют Pвкл или Pвыкл, называют узлом настройки дифференциала. Узел прибора, которым изменяют обе эти величины одновременно (при сохранении диффе­ренциала), называют узлом настройки диапазона.

19. РЕЛЕ ТЕМПЕРАТУРЫ

Для поддержания заданной температуры в охлаждаемых кла­довых или температуры рассола используют реле температуры различных типов. В морской практике в этих целях наиболее широко применяют манометрические двухпозиционные реле тем­пературы (другие названия прибора: термостат, термореле, дат­чик температуры).

Реле температуры воздействует на исполнительный прибор, которым может быть соленоидный или моторный вентиль, рас­положенный на трубопроводе холодильного агента или рассола, а также выключатель компрессора или вентилятора воздухо­охладителя.

На рис. 43 приведена принципиальная схема ТРДК-3 (термо­реле дистанционное, корабельное). Термочувствительная система состоит из термопатрона 14, капиллярной трубки 15 и камеры с сильфоном /. Эта система герметична и заполнена хладоном-12

Термореле изготовляют с термосистемой одной из двух моди­фикаций: с гладким цилиндрическим термопатроном — для жид­кой среды (например рассола) и с ребристой поверхностью тер­мопатрона — для воздуха. Давление, действующее на сильфон 1 термосистемы, уравновешено через шток 2 и рычаг 3 силой упру­гой деформации пружины 4, зацепленной за конец рычага 3. К другому концу пружины прикреплен указатель 5 с резьбовым отверстием для регулировочного винта 6. К рычагу 3 прикреп­лена пластинчатая пружина 13, которая в силу своей упругости стремится к нему приблизиться. Между пружиной и этим рыча­гом находится регулировочная серьга 12.

При повышении температуры регулируемой среды давление на сильфон увеличивается, равновесие нарушается, и, растягивая пружину 4, рычаг 3 поворачивается против часовой стрелки. При этом правый конец пластинчатой пружины 13 войдет в соприкос­новение с головкой штока 10, подаст шток 10 вверх, и контакты 16 микропереключателя 11 замкнутся. При понижении темпера­туры охлаждаемой среды рычаг 3 под воздействием пружины 4 поворачивается по часовой стрелке, выбирается слабина, а затем правый конец рычага 3 подает шток 10 вниз, и контакты раз­мыкаются.

Дифференциал прибора зависит от расстояния d и регулирует­ся вращением винта 9. При вращении винта по часовой стрелке регулировочная серьга 12 перемещается вправо, а расстояние d и дифференциал прибора увеличиваются.

20. СОЛЕНОИДНЫЕ ВЕНТИЛИ

Соленоидные вентили (СВ) — это запорные устройства с электрическим дистанционным управлением, устанавливаемые на трубопроводах холодильного агента, на водяных и рассольных трубопроводах (другие названия прибора: электромагнитный вен­тиль, магнитный вентиль, соленоидный клапан). По конструкции соленоидные вентили бывают поршневые и мембранные, по прин­ципу действия — прямого, комбинированного и непрямого дей­ствия. В соленоидных вентилях прямого действия сердечник свя­зан непосредственно с его запорным клапаном. При подаче питания в катушку 2 (рис. 46) соленоида сердечник 3 с клапаном 5 из специальных сортов резины втягивается катушкой, и вен­тиль открывается. При снятии напряжения под действием соб­ственной массы и пружины 1 сердечник с клапаном опускаются, закрывая вентиль. Намагничиванию сердечника 3 препятствует втулка 4 из немагнитного материала. Соленоидные вентили прямо­го действия выполняют диаметром условного прохода 6—10 мм.

Для уменьшения тока, необходимого для открытия клапана, соленоидные вентили больших размеров выполняют комбиниро­ванного и непрямого действия, с управляющим (разгрузочным) клапаном. В вентилях комбинированного действия для открытия клапана используется как сила электромагнита, так и давление рабочей среды, в вентилях непрямого действия — только энер­гия протекающей жидкости (разность давлений до клапана и после него).

Поршневой соленоидный вентиль комбинированного действия показан на рис. 47. При отсутствии тока управляющий клапан 2 перекрывает отверстие 7 в основном клапане-поршне. 3. Жидкость с напорной стороны по вертикальной канавке, сделанной на бо­ковой поверхности поршня 3, попадает в полость над поршнем. Давление жидкости и масса клапана обеспечивают его плотное закрытие. При появлении тока в катушке 5 сердечник 4 втяги­вается в катушку и поднимает управляющий (разгрузочный) клапан 2. Полости над поршнем и под ним сообщаются через отверстие 7, в результате чего давление над клапаном резко снижается.

Под действием электромагнитных сил и результирующего давления жидкости снизу на основной клапан (комбинированное действие) последний перемещается вверх до полного открытия вентиля.

При отключении катушки сердечник 4 с управляющим кла­паном 2 и основной клапан опускаются вниз под действием соб­ственной массы. В отдельных конструкциях предусмотрена пру­жина, содействующая посадке клапана на седло 6, — втулка из немагнитного материала. Винт 1 служит для принудительного открытия вентиля.

На рис. 48 показан мембранный соленоидный вентиль комби­нированного действия СВМ-15 (ту же конструкцию имеют вен­тили СВМ-6 и СВМ-10). Мембрана 6 разделяет внутреннюю по­лость вентиля на две части: под- и надмембранную. Жидкость из напорной линии проходит в полость над мембраной через фильт­рующую шайбу по щели высотой 0,3 мм и далее через отверстие диаметром 1 мм. При включении катушки 3 сердечник 4 с уп­равляющим клапаном 5 поднимается, давление над мембраной 6 падает и основной клапан 1 поднимается под действием пере­мещающегося вверх сердечника и давления, действующего под мембраной (комбинированное действие). После отключения элек­тромагнита управляющий клапан садится на свое седло и основ­ной клапан 1 под действием сил тяжести и пружины 2 закры­вается.

Преимущество такой схемы — возможность открывать вен­тиль при перепадах давления между входом и выходом от нуля до максимума. Принудительное открытие вентиля осуществляют посредством винта 7.

В СВМ-40 и СВМ-25 (рис. 49) также имеется мембрана 9 и фильтрующая щель 10, но седло 5 управляющего клапана 6 не­подвижно. При подаче питания на катушку СВ сердечник 7, дви­гаясь вверх, поднимает управляющий клапан 6 и давление из полости над мембраной стравливается по каналам 5 и 3. Давлением, действующим снизу на мембрану, основной клапан 2 от­крывается. При обесточенной катушке управляющий клапан 6, опускаясь, разобщит каналы 8 и 3. Теперь пространства над и под мембраной сообщаются только через отверстие 1 и кольце­вой зазор 4, давление по обе стороны мембраны выравнивается, и вентиль закрывается.

К достоинствам мембранных соленоидных вентилей от­носятся: надежное закрытие основного клапана, работа без гидравлических ударов, надежное срабатывание при значи­тельном падении напряжения, хорошая фильтрация жидко­сти, протекающей через вспомогательные отверстия, имеющие малые диаметры, что дает возможность работы холодильной установки на загрязненных средах.

21. РЕЛЕ КОНТРОЛЯ СМАЗКИ

Давление, создаваемое масляным насосом компрессора, должно быть выше, чем давление в картере, на 0,05—0,25 МПа (0,5—2,5 кгс/см2). Превышение давления масляного насоса над давлением в картере называют дифференциальным давлением смазки. Автоматический контроль за этой величиной осуществля­ется с помощью автоматического прибора — реле контроля смаз­ки (РКС).

Схема реле контроля смазки РКС-1Б дана на рис. 50. Верх­ний сильфон 6 сообщен трубкой с картером компрессора, ниж­ний сильфон 1 — с напорной масляной магистралью и находится под давлением, создаваемым масляным насосом 9. Донышки сильфонов соединены штоком 2. При нормальной работе смазоч­ной системы сила, действующая на нижний сильфон, больше си­лы, действующей на верхний, плюс усилие сжатой пружины 3. Тогда шток 2 находится в верхнем, а угловой рычаг 8 в правом положении, и контакты микровыключателя 7 замкнуты. В РКС-1Б применен микровыключатель той же конструкции, что в РД-1Б-01 (см. рис. 38). При снижении дифференциального давления до величины, установленной на шкале диапазона 4 (см. рис. 50, а) шток 2 подается вниз, пружина 3 поворачивает рычаг 8 против часовой стрелки, контакты размыкаются и компрессор останавливается. При повышении перепада давления контакты замыкаются.

23. СПОСОБЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ХОЛОДОПРОИЗ­ВОДИТЕЛЬНОСТИ

Холодопроизводительность компрессоров должна быть доста­точной для поддержания заданных величин температур охлажда­емых объектов при наибольших теплопритоках. Поступающие в охлаждаемые помещения теплопритоки зависят от многих фак­торов: широты, в которой находится судно; времени года и су­ток; температуры в кладовых и их загрузки; качества изоляции и др. Величина теплопритоков колеблется в широких пределах.

С изменением тепловой нагрузки растет или уменьшается пе­регрев пара агента на выходе из испарителя, и ТРВ соответствен­но изменяет подачу агента в испаритель. При этом изменяется количество пара, образующегося в испарителе. Приняв произво­дительность компрессора неизменной, рассмотрим следующие возможные случаи:

тепловая нагрузка меньше холодопроизводительности комп­рессора. В этом случае в испарителе образовывается меньшее ко­личество пара, чем может отсосать компрессор. Это неизбежно приведет к снижению давления кипения и всасывания и темпе­ратуры кипения агента;

тепловая нагрузка равна холодопроизводительности компрес­сора. Давление и температура кипения агента остаются постоян­ными, так как объем отсасываемого компрессором пара равен количеству пара, образующегося в испарителе. Если это равенст­во тепловой нагрузки и холодопроизводительности достигнуто при давлении, соответствующем необходимой температуре кипе­ния, то в охлаждаемом объекте обеспечивается заданная темпе­ратура;

тепловая нагрузка больше холодопроизводительности комп­рессора. В этом случае количество пара, образующегося в испа­рителе, больше того, что может отсосать компрессор, давление и температура кипения tо повышаются. Как известно, холодопроиз­водительность зависит от tо. Повышение to приведет к увеличе­нию холодопроизводительности установки Qo, так как вследствие уменьшения удельного объема всасываемого пара v увеличится удельная объемная холодопроизводительность q_v. Этот процесс увеличения холодопроизводительности будет продолжаться до тех пор, пока не наступит равенство между холодопроизводительностью установки и теплопритоками. Однако этот процесс самовыравнивания может остановиться на температуре кипения более высокой, чем та, которая необходима для обеспечения тем­пературы охлаждаемого объекта. В этом случае не будет обес­печена необходимая температура хранения продуктов, что приве­дет к их порче.

Для поддержания температуры объекта на заданном уровне холодопроизводительность компрессора должна постоянно со­ответствовать тепловой нагрузке. Номинальная холодопроизво­дительность правильно выбранных компрессоров всегда выше максимально возможной тепловой нагрузки, поэтому регулиро­вание холодопроизводительности сводится к ее уменьшению.

Рассмотрим способы позиционного и плавного регулирования холодопроизводительности, применяемые в судовых холодильных установках.

Позиционное регулирование. Цикличная работа компрессора. Осуществляют такую работу путем периодического пуска и оста­новки компрессора с помощью РНД или термостата. Последний осуществляет управление компрессо­ром, непосредственно воспринимая температуру охлаждаемого объекта. Температурный дифференциал не должен превышать 2°С (±1°С от средней температуры). Цикличная работа харак­теризуется двумя показателями: коэффициентом рабочего вре­мени k и продолжительностью цикла. Значение коэффициента k зависит от соотношения холодопроизводительности работающих компрессоров и тепловой нагрузки:

, где τ_р и τ_ст — время соответственно работы и стоянки комп­рессора.

Коэффициент k изменяется от 0 до 1. Чем больше тепловая нагрузка, тем больше время работы данного компрессора за цикл и тем больше значение k. Производительность холодильной уста­новки обычно выбирают с таким расчетом, чтобы обеспечить не­обходимый температурный режим в кладовых при k не выше 0,75. Продолжительность цикла τ_ц = τ_р + τ_ст.

При одинаковой величине k продолжительность цикла комп­рессора может быть разной. Например, если компрессор 5 мин работает и 5 мин стоит, τ_ц =10 мин, k = 0,5; если компрессор 7 мин работает и 7 мин стоит, τ_ц = 14 мин, a k = 0,5.

Однако во втором случае пределы колебания температур охлаждаемого объекта больше, чем в первом, а число включений компрессора в час меньше, чем в первом. Продолжительность цикла зависит от настройки узла дифференциала прибора, уп­равляющего пуском — остановкой компрессора при цикличной работе. С увеличением дифференциала τ_ц увеличивается. Маши­ны небольшой холодопроизводительности имеют частоту циклов 5—6 в час, большой (особенно машины с рассольным охлажде­нием) 2—3 в час.

Способ регулирования холодопроизводительности методом пуска — остановок широко применяют во всех судовых холодиль­ных установках, кроме обслуживающих системы кондициониро­вания воздуха с непосредственным охлаждением воздухоохлади­телей. К его недостаткам относятся неизбежность колебаний температур охлаждаемого объекта, повышенный износ компрес­сора и электродвигателя от частых пусков и др.

Изменение числа работающих компрессоров. Каждым из ком­прессоров в этом варианте управляет РНД или реле температу­ры, пределы настройки которого сдвинуты относительно другого. Если холодопроизводительность одного работающего компрес­сора окажется недостаточной для погашения теплопритоков, повышается температура охлаждаемого объекта, увеличиваются давление кипения и близкое по величине давление всасывания. У второго компрессора РНД (или термореле), пределы настрой­ки которого выше, чем у работающего, среагирует на изменение контролируемого параметра и включит второй компрессор, холо­допроизводительность соответственно увеличится.

При уменьшении тепловой нагрузки контролируемые пара­метры понижаются и происходит выключение компрессоров в обратном порядке.

Ступенчатое регулирование частоты вращения компрессора. Осуществляют такое регулирование с помощью двух- или много­скоростных электродвигателей. При уменьшении частоты враще­ния компрессора уменьшаются его производительность и потреб­ляемая электродвигателем мощность (незначительно).

Переключения осуществляют посредством камерных термо­статов. Однако следует отметить, что конструктивная сложность, значительное увеличение габаритов и стоимости как самого мно­госкоростного двигателя, так и переключающего устройства (стоимость которого близка к стоимости самого двигателя) зна­чительно ограничивают область применения этого удобного в эксплуатации способа регулирования.

Изменение числа работающих, цилиндров. У компрессоров с регулируемой производительностью такой процесс осуществля­ется последовательным отжимом всасывающих клапанов парных цилиндров. Отжим всасывающих клапанов может быть электри­ческим или гидравлическим. Регулирование холодопроизводительности пу­тем отжима всасывающих клапанов применимо только для не­прямоточных компрессоров. Включаются или выключаются пар­ные цилиндры в результате срабатывания реле давления системы регулирования холодопроизводительности, реагирующих на изме­нение величины давления всасывания компрессора. Позиционное регулирование за счет отжима клапанов связано с повышением построечной стоимости компрессора, а также с потерями энер­гии, расходуемой на бесполезное переталкивание пара через каналы компрессора. Однако, ис­пользуя компрессоры, оборудо­ванные механизмами отжима всасывающих клапанов, можно получить несколько вариантов холодопроизводительности при непрерывной работе компрессо­ра. Кроме того, можно автома­тически обеспечить разгрузку компрессора при пуске и его за­щиту при нарушениях в смазочной системе в случае регулиро-вания гидравлическим способом.

Байпасирование перепуском охлажденного пара из конден­сатора во всасывающую трубу компрессора. Этот способ регу­лирования холодопроизводитель­ности осуществляется подачей импульса на два соленоидных вентиля (СВ) 1 и 2 (рис. 52), ус­тановленных на байпасных тру­бопроводах, соединяющих конденсатор КД со всасыва­ющей стороной компрессора КМ. Трубопровод подсое­диняют к конденсатору с таким расчетом, чтобы перепускался пар, охлажденный верхними рядами трубок конденсатора. При сни­жении тепловой нагрузки снижается давление всасывания и РНД, замыкая контакты, открывает СВ 2. При этом пар перепускается из конденсатора во всасывающую трубу компрессора, снижая его производительность (по пару, отсасываемому из испарителей). При дальнейшем снижении тепловой нагрузки РВД откроет СВ . В системах рассольного охлаждения соленоидными вентилями уп­равляют реле температуры, контролирующие температуру рассо­ла. На фланцах соленоидных вентилей устанавливают дроссельные шайбы, отверстия которых подобраны с таким расчетом, чтобы пос­ле открытия первого СВ холодопроизводительность компрессора снижалась до 75% номинальной, а после открытия второго — до 50%. При повышении нагрузки реле закрывают соленоидные вен­тили в обратном порядке, повышая производительность компрес­сора. Конструкция микровыключателей, управляющих реле дав­ления, должна предусматривать такое их подключение, чтобы при понижении давления (или температуры) контакты замыкались. Для этих целей можно использовать реле давления РД-1Б-01, тер­мореле ТР-5М и другие, имеющие подходящие пределы регулиро­вания диапазона и дифференциала.

Плавное регулирование. Дросселирование всасываемого комп­рессором пара с помощью пропорционального регулятора давле­ния «до себя». (Другие названия прибора: регулятор давления испарителя, автоматический дроссель по давлению.) Пропорцио­нальный регулятор давления (ПРД) устанавливают на линии от­соса пара из испарителя. Плавное уменьшение производительнос­ти компрессора осуществляют усилением дросселирования всасы­ваемого пара в ПРД.

На рис. 53 показан ПРД «до себя» фирмы «Данфосс» типа CVA-10. С уменьшением тепловой нагрузки количество образую­щегося в испарителе пара становится меньше и соответственно снижается давление, действующее снизу на стакан 8. Сильфон 4 под действием пружины 5 сжимается, шток с клапаном 10 опус­кается, уменьшая проходное сечение и увеличивая дросселирова­ние всасываемого пара. При этом давление пара перед компрес­сором снижается, удельный объем всасываемого пара повышает­ся, а удельная холодопроизводительность qv уменьшается. Одно­временно возрастает отношение рк/ро, что вызывает снижение ко­эффициента подачи λ. В итоге плавно снижается холодопроизво­дительность машины.

При повышении давления в испарителе произойдет обратное: дросселирование уменьшается, а отсос пара из испарителя уве­личится. Таким образом, ПРД «до себя» в процессе работы под­держивает постоянное давление до клапана, т. е. в испарителе, на выходе из которого он установлен. Значение этого давления, а следовательно, и температуры кипения регулируют винтом 7 под колпаком 6. Для настройки регулятора к штуцеру 1 присоединя­ют манометр, а игольчатый клапан 2 открывают. Описанные регуляторы относятся