Основные компоненты холодильной системы
Практическое устройство холодильной системы и принцип работы ее основных компонентов. Компрессор, конденсатор, расширительный клапан, испаритель.
Основные компоненты холодильной системы
Компрессоры в охладительных системах
Задача компрессора - всасывать хладагент в виде пара из испарителя и передавать его в конденсатор. Распространенными типами являются поршневые, винтовые и спиральные компрессоры.
Поршневой компрессор охватывает широкий диапазон производительности: от небольших герметичных компрессоров до больших моделей с 8–12 цилиндрами для промышленного применения.
В герметичных компрессорах очень низкой мощности компрессор и приводной двигатель заключены в один блок. В системах со средней холодопроизводительностью герметичные компрессоры часто используются как поршневые, так и спиральные.
Полугерметичный компрессор часто используется в более крупных системах. Его преимущество в том, что ось не изолирована от двигателя. Если в уплотнении возникнет течь, заменить его очень сложно. Тип этих компрессоров нельзя использовать в аммиачных системах, поскольку аммиак атакует обмотки двигателя.
В некоторых случаях используют безмасляные компрессоры. Однако, как правило, смазка подшипников и стенок цилиндров неизбежна. В больших холодильных компрессорах масло циркулирует с помощью насоса.
Конденсатор в охладительных системах
.
Конденсатор предназначен для отвода тепла, состоящего из тепла от горячего пара хладагента и энергии, добавляемой во время сжатия. Есть несколько различных конструкций конденсаторов.
Кожухо-трубный конденсатор: этот тип конденсаторов применяется при возможности использования достаточного количества охлаждающей жидкости. Он состоит из горизонтальной рубашки трубопровода с приваренными входными и отклоняющими пластинами, поддерживающими внутренние трубы.
Конденсат хладагента проходит через пространство рубашки, а охлаждающая жидкость проходит по внутренним трубам. Разделительные пластины в торцевых крышках отводят воду, которая, таким образом, несколько раз проходит через конденсатор. Как правило, конденсатор рассчитан на нагрев охлаждающей жидкости 5-10 К.
Если уменьшение количества циркулирующей воды желательно или даже необходимо, можно использовать конденсатор испарительного охлаждения. Этот тип конденсатора состоит из корпуса со встроенным змеевиком конденсатора, водораспределительных труб, каплеуловителя и вентиляторов. Газообразный хладагент входит в верхний конец змеевика и выходит из него в нижнем конце в жидком состоянии. Вода разбрызгивается через форсунки на змеевик из коллекторов, установленных над змеевиком, после чего она падает в поддон для сбора капель. Вентиляторы обеспечивают мощный восходящий поток воздуха. Необходимое для этого тепло испарения отбирается из хладагента, который затем начинает конденсироваться.
Принцип испарения воды также используется в так называемых «градирнях». Они используются в сочетании с трубчатыми конденсаторами. Охлаждающая жидкость циркулирует между двумя блоками. В принципе градирня устроена как конденсатор испарительного охлаждения, но вместо конденсационного теплообменника используется регистр встроенный для отделения капель. Воздух нагревается, проходя через градирню противотоком падающей воде. Поглощение тепла происходит в основном за счет испарения части циркулирующей воды. Испаренная вода не поступает обратно в охлаждающий контур и должна быть заменена подпиточной водой.
В случаях, когда нет воды для отвода тепла конденсатора, рекомендуется использовать конденсатор с воздушным охлаждением. Из-за худших свойств теплопередачи воздуха по сравнению с водой, здесь необходима большая внешняя поверхность теплопередачи. Используя ребра или каналы, которые установлены на трубах конденсатора, а также достаточно большой поток воздуха, создаваемый вентиляторами, вы можете достичь той же производительности, что и при работе с охлаждающей жидкостью.
Обычно этот тип конденсаторов используется в коммерческом холодильном оборудовании.
Расширительный клапан в холодильных установках
Задача расширительного клапана - подавать в испаритель подходящее количество хладагента. Хладагент подается через перепад давления между конденсатором и испарителем. Самое простое решение этой проблемы достигается с помощью капиллярной трубки, которая устанавливается между конденсатором и испарителем.
Однако капиллярная трубка используется только в небольших, простых системах, таких как холодильники и морозильники, поскольку она не имеет управляющих свойств. Для выполнения этого требования необходимо использовать расширительный клапан. Он состоит из корпуса, капилляра и датчика. Корпус установлен на жидкостной линии, а датчик прикреплен к выпускному отверстию испарителя.
На иллюстрации напротив впрыск жидкости через расширительный клапан в испаритель. Зонд заполнен небольшим количеством жидкости. В остальной части датчика, капилляре и пространстве над мембраной находится насыщенный пар под давлением, которое соответствует температуре датчика. Пространство под мембраной находится в непосредственном контакте с испарителем, так что преобладающее там давление соответствует давлению испарения.
Степень открытия клапана определяется:
• давление наполнения над мембраной
• давление испарения под мембраной
• давление пружины под мембраной.
При нормальной работе впрыснутый хладагент полностью испаряется незадолго до выхода из испарителя. В последней части испарителя насыщенный пар перегревается. Таким образом, регистрируемая датчиком температура соответствует температуре испарения плюс перегрев, например, при температуре испарения -10 ° C температура датчика может составлять 0 ° C.
Если впрыскивается слишком мало хладагента, пары хладагента нагреваются еще больше, что приводит к увеличению температуры и давления в датчике. В результате мембрана изгибается вниз и открывает клапан с помощью нажимного штифта. В противном случае открытие клапана уменьшается по мере падения температуры датчика.
Существует множество различных версий термостатических расширительных клапанов, а также производится множество вариаций отдельных типов.
Испаритель в холодильных установках
В зависимости от области применения к испарителю предъявляются разные требования. Поэтому существует большое количество различных типов испарителей.
Испарители для естественной конвекции или «бесшумного охлаждения» используются относительно редко из-за их плохой теплоотдачи. Часто они состоят из оребренных труб.
Если воздушный поток проходит через испаритель с помощью вентилятора, его охлаждающая способность значительно увеличивается. Повышенная скорость воздуха улучшает передачу тепла от воздуха к испарительной трубе до такой степени, что испарители меньшего размера могут использоваться с той же производительностью.
Для жидкостного охлаждения используются различные испарители. Самый простой вариант состоит из змеевика, погруженного в открытый резервуар для воды. Однако наиболее распространены закрытые системы в виде кожухо-трубных испарителей.
Практическое устройство холодильной системы
На рисунке А показан принцип холодильной системы для простой холодильной камеры, которая часто встречается в мясных магазинах или супермаркетах.
Например, компрессорно-конденсаторный агрегат можно установить в соседнем вентилируемом помещении. С одной стороны, он состоит из компрессора. На опорной раме также установлены конденсатор с воздушным охлаждением и коллектор. Вентилятор, установленный на оси двигателя, обеспечивает прохождение воздуха через конденсатор и охлаждение компрессора. Линия между компрессором и конденсатором называется линией горячего газа.
В настоящее время часто используются компрессоры полугерметичного или герметичного исполнения.
Неизолированный жидкостный трубопровод ведет от коллектора к расширительному клапану, который находится в холодильной камере непосредственно на входе в испаритель. Испаритель содержит трубку с жесткими оребрениями, а также вентилятор и поддон для сбора капель.
Так называемая линия всасывания ведет от выхода испарителя обратно к компрессору. Его диаметр немного больше диаметра жидкостной линии, так как он должен пропускать пар большого объема. Эта линия обычно изолируется из-за возможного образования капель или инея на внешней трубе.
На рисунке B показаны текущие условия давления и температуры в такой системе. На выходе из компрессора давление 7,6 бар и температура 60 ° C, потому что газ сильно перегрет. В верхней части конденсатора температура быстро падает до точки насыщения, которая соответствует 34 ° C при указанном давлении. Разжижение начинается при этой температуре.
Давление на выходе из коллектора примерно такое же, но из-за возникшего переохлаждения температура упала на 2 K до +32 ° C. На испарителе отображается давление 1 бар и температура испарения -10 ° C. В задней части испарителя температура увеличивается, а давление остается неизменным, так что температура датчика, согласно настройке перегрева на расширительном клапане, составляет + 2 ° C.
Как показано ниже, температура воздуха изменяется во время прохождения через комнату из-за поглощения тепла хранящимися товарами, стенами, освещением и т. Д. Температура наружного воздуха, протекающего через конденсатор, также изменяется в зависимости от сезона.
Холодильная установка должна быть рассчитана на максимальную нагрузку. Чтобы иметь возможность хорошо работать в диапазоне частичных нагрузок, необходимы вспомогательные средства.