Materiały dydaktyczne. Chłodnictwo, klimatyzacja i wentylacja. Semestr VI. Wykłady

Transkrypt

1 Materiały dydaktyczne Chłodnictwo, klimatyzacja i wentylacja Semestr VI Wykłady 1

2 Temat 1 (1h): Chłodnictwo i jego zastosowanie w okrętownictwie Zagadnienie 1.A: Metody chłodzenia i rodzaje urządzeń chłodniczych Podstawowe rodzaje chłodzenia stosowane w technice to chłodzenie przez zmianę stanu skupienia i chłodzenie przez rozprężanie. W związku z problemami ekologicznymi na etapie badań lub wdrażania na skalę przemysłową znajdują się modyfikacje podstawowych metod chłodzenia związane z wykorzystaniem obiegu CO 2 z ponadkrytycznym lub kaskadowym sprężaniem par oraz specjalnych układów absorpcyjnych. Ze względu na niską efektywność energetyczną dalekie od zastosowanie praktycznego do urządzeń dużych mocy wydają się obecnie metody chłodzenia termoelektrycznego, magnetycznego, termoplastycznego i termoakustycznego. Chłodzenie przez zmianę stanu skupienia obejmuje: topnienie, sublimację oraz parowanie i wrzenie. Chłodzenie przez rozprężanie polega na obniżeniu energii gazu przez wykorzystanie energii ciśnienia do pokonania sił wzajemnego przyciągania cząsteczek w procesie adiabatycznego dławienia. Podstawowe rodzaje urządzeń chłodniczych stosowanych w przechowalnictwie i przemyśle to urządzenia sprężarkowe i absorpcyjne. Zagadnienie 1.B: Zastosowanie chłodnictwa na statkach Zastosowanie urządzeń chłodniczych na statkach obejmuje chłodzony przewóz towarów w ładowniach i kontenerach, przewóz ładunków płynnych w stanie skroplonym, przechowywanie zapasów okrętowych w chłodniach prowiantowych, przechowywanie skroplonych środków gaśniczych, oraz obróbkę powietrza w instalacjach klimatyzacyjnych. Każde z zastosowań posiada specyficzny rodzaj instalacji i urządzeń potrzebnych do realizacji procesu chłodzenia. 2

3 Temat 2 (2h): Obiegi chłodnicze i układy chłodnicze stosowane na statkach Zagadnienie 2.A: Podstawy termodynamiczne obiegów chłodniczych Termodynamiczny obieg chłodniczy to zespół cyklicznych przemian stanu ziębnika podczas których ciepło przenoszone jest od źródła o niższej temperaturze do źródła o wyższej temperaturze, a więc przeciwnie do naturalnego ruchu ciepła, kosztem energii sprężania lub energii cieplnej doprowadzonej do ziębnika. Stan ziębnika po zakończeniu ostatniej przemiany pokrywa się ze stanem na początku cyklu. Stan ziębnika wyrażony jest zbiorem wartości parametrów fizykochemicznych. Przemiany można zobrazować w wybranym dwuwymiarowym układzie współrzędnych. Do analizy obiegów teoretycznych najczęściej używany jest układ współrzędnych entropia- temperatura (T- s). Najchętniej stosowanym praktycznie jest układ współrzędnych entalpia- ciśnienie (lgp- i) i do niego najczęściej będzie odwołanie podczas zajęć. Na rys. 2.1 przedstawiono w układzie współrzędnych lgp- i teoretyczny, sprężarkowy suchy obieg chłodniczy z dławieniem a na rys. 2.2 przebieg linii obrazujących stan ziębnika. Rys.2.1 Obieg termodynamiczny ziębnika w układzie współrzędnych lgp- i 3

4 Jak wynika z rys. 2.1 teoretyczny obieg chłodniczy jest obiegiem lewobieżnym. W zależności od relacji temperatury otoczenia do temperatury źródła dolnego i górnego obiegi lewobieżne dzieli się na Obiegi chłodnicze (temperatura otoczenia = temperaturze źródła górnego) Obiegi pompy ciepła (temperatura otoczenia = temperaturze źródła dolnego) Obiegi kombinowane (temperatura otoczenia pomiędzy temperaturą źródła dolnego i górnego) Najważniejszym pojęciem energetycznym obiegu jest skutek użyteczny. W obiegu chłodniczym skutkiem użytecznym jest ilość ciepła odebrana od źródła o niskiej temperaturze przez jeden kilogram ziębnika czyli jednostkowa wydajność chłodnicza q o. W obiegu pompy ciepła skutkiem użytecznym jest ilość ciepła dostarczonego do źródła górnego przez ten sam kilogram ziębnika. Miarą efektywności termodynamicznej obiegu jest stosunek wartości skutku użytecznego do ilości energii doprowadzonej do kilograma ziębnika po to, aby ten skutek osiągnąć zwany współczynnikiem wydajności chłodniczej ε. Gdy wszystkie przemiany obiegu termodynamicznego są odwracalne a wymiana ciepła pomiędzy ziębnikiem a źródłami ciepła odbywa się przy nieskończenie małej różnicy temperatur obieg nazywany jest odwracalnym. Wszystkie rzeczywiste obiegi lewobieżne są obiegami nieodwracalnymi. Efektywność egzergetyczną obiegu nieodwracalnego określa się porównując go z teoretycznym obiegiem odwracalnym, który posiada równoważny skutek użyteczny. Powszechnie stosowanym obiegiem porównawczym jest obieg Carnota. Podstawowe teoretyczne obiegi chłodnicze to mokry i suchy obieg Lindego oraz jego modyfikacje wynikające ze sposobu rozprężania ziębnika oraz obecności dochłodzenia, przegrzania i regeneracji. Podstawowe układy chłodnicze stosowane na statkach to układy ciśnieniowe i pompowe, z jednym lub wieloma poziomami parowania. Podział wynika ze sposobu zasilania wymienników ciepła w których realizowany jest skutek użyteczny działania obiegu. 4

5 Zagadnienie 2.B: Obiegi z przechłodzeniem ciekłego ziębnika i przegrzaniem ziębnika parowego po stronie ssawnej W obiegu chłodniczym bez przechłodzenia przed dławieniem izentalpowym ziębnik dopływający do elementu dławiącego (punkt 3 na rys. 2.1) jest cieczą nasyconą (linia x=0). W trakcie dławienia przechodzi w stan pary nasyconej mokrej. Przechłodzenie ziębnika przed dławieniem izentalpowym zwiększa skutek użyteczny q o - rys Przechłodzenie 3-4 zachodzi tak jak na rysunku w części skraplacza lub w oddzielnym wymienniku ciepła zamontowanym za skraplaczem. W obiegu chłodniczym bez przegrzania ziębnik który zostaje zassany przez sprężarkę (punkt 1 na rysunku 2.1) ma postać pary suchej nasyconej (linia x=1). Zapewnienie suchej pracy sprężarki tłokowej wymaga jednak przegrzania zasysanej przez nią pary ziębnika. Najprostszym sposobem zapewnienia przegrzania pary jest zastosowanie zaworów termoregulacyjnych dławiących ziębnik na dopływie do parownika. Zawory te pracują w ten sposób, że dostosowują ilość ziębnika dopływającego do parownika do ilości ciepła, którą musi on odebrać- rys Przegrzanie 5-1 zwiększa bardzo nieznacznie skutek użyteczny ponieważ współczynnik przejmowania ciepła w przepływie mieszaniny cieczowo- parowej 4-5 (para mokra nasycona) jest znacznie większy niż w przepływie pary przegrzanej 5-1. Zagadnienie 2.C: Obiegi o sprężaniu jedno i dwustopniowym Wraz ze wzrostem sprężu czyli stosunku ciśnienia skraplania do ciśnienia parowania maleje wydajność chłodnicza układu oraz współczynnik wydajności chłodniczej a wzrasta praca sprężania i temperatura końca sprężania. Poważnym ograniczeniem eksploatacyjnym jest temperatura końca sprężania ziębnika. Względy ekonomiczne przemawiają z kolei za zmniejszeniem nakładów energetycznych sprężania i podwyższeniem wydajności instalacji. Wreszcie potrzeby technologiczne procesu mogą decydować o zastosowaniu kilku różnych poziomów temperatury parowania ziębnika. Wszystkie powyższe czynniki decydują o tym, że po przekroczeniu określonego sprężu proces sprężania i dławienia ziębnika dzieli się na dwa, lub rzadziej, na więcej stopni. Klasyczne teoretyczne obiegi chłodnicze dwustopniowe można podzielić na: Obiegi z dwustopniowym sprężaniem i jednostopniowym dławieniem 5

6 o Z niepełnym chłodzeniem międzystopniowym o Z pełnym chłodzeniem międzystopniowym Obiegi z dwustopniowym sprężaniem i dwustopniowym dławieniem o Z jednym lub dwoma poziomami parowania o Z niepełnym chłodzeniem międzystopniowym o Z pełnym chłodzeniem międzystopniowym o Bez dochłodzenia przed zaworem dławiącym o Z dochłodzeniem przed zaworem dławiącym Poza rozwiązaniami klasycznymi istnieją układy chłodnicze jednostopniowe mające cechy obiegów dwustopniowych: Układy jednostopniowe z dławieniem pary zasysanej ziębnika Układy jednostopniowe z osuszaczem Układy jednostopniowe z wtryskiem cieczy do przewodu ssawnego sprężarki Zagadnienie 2.D: Obiegi o chłodzeniu bezpośrednim i pośrednim Chłodzenie bezpośrednie zachodzi wówczas, kiedy ciepło odbierane od źródła dolnego zostaje bezpośrednio przejmowane przez ziębnik, bez pośrednictwa innego medium. W układach pośrednich ciepło przejmowane jest najpierw przez ziębiwo w postaci solanki (przy niskich temperaturach źródła dolnego) lub przez wodę (przy wyższych temperaturach źródła dolnego). Medium pośredniczące cyrkuluje przez wymiennik w którym oddaje ziębnikowi ciepło pobrane wcześniej ze źródła dolnego. Dzięki zastosowaniu układów pośrednich układ cyrkulacji ziębnika ograniczony zostaje praktycznie do niewielkich rozmiarów, a w rurociągach łączących wiele indywidualnych odbiorów ciepła krąży medium pośredniczące. Rozwiązanie to pozwala na zdecydowane ograniczenie rozmiarów instalacji ziębnika i związanych z tym potencjalnych przecieków. Zagadnienie 2.E: Obiegi o zasilaniu ciśnieniowym, pompowym, grawitacyjnym Podział na obiegi o zasilaniu ciśnieniowym, pompowym i grawitacyjnym wynika ze sposobu zasilania ziębnikiem wymiennika w którym odbierane jest ciepło ze źródła dolnego. Przy zasilaniu ciśnieniowym do zaworu regulacyjnego dopływa ziębnik pod ciśnieniem 6

7 skraplania, gdzie ulega dławieniu do ciśnienia parowania. Przy zasilaniu pompowym ziębnik pobierany jest przez pompę z separatora i dostarczany do wymiennika w którym odbiera ciepło. Po odebraniu ciepła wraca do separatora, gdzie następuje rozdzielenie fazy parowej i cieczowej. Faza parowa zostaje odessana przez sprężarkę a faza cieczowa wraca z powrotem do obiegu wymuszonego przez pompę. Przy zasilaniu grawitacyjnym o ruchu cieczy nie decyduje praca pompy lecz różnica słupów cieczy ziębnika w separatorze i wymienniku ciepła. Zasilanie pompowe pracuje podczas intensywnego odbioru ciepła w fazie obniżania temperatury źródła dolnego a grawitacyjne podczas jej utrzymania. Zagadnienie 2.F: Obiegi o kilku poziomach temperatur parowania Zróżnicowanie poziomów temperatur parowania wynika z potrzeb technologicznych procesu chłodzenia. W układach dwustopniowych uzyskuje się dwa podstawowe poziomy temperatur parowania, czyli temperatur ziębnika w wymiennikach ciepła. Uzyskanie różnych temperatur parowania w układach jednostopniowych wymaga regulacji ciśnienia parowania ziębnika za pomocą zaworów dławiących zamontowanych pomiędzy parownikiem a sprężarką. Zawory te nazywane są zaworami stałego ciśnienia. 7

8 Temat 3 (1h): Instalacje pomocnicze w układach chłodzenia Zagadnienie 3.A: Instalacja odessania parowego ziębnika Instalacja odessania parowego ziębnika służy do opróżnienia układu chłodniczego z ziębnika zgromadzonego wcześniej w zbiorniku lub transferu ziębnika pomiędzy różnymi instalacjami. Składa się z rurociągów i zaworów łączących poszczególne zbiorniki i skraplacze instalacji. Podczas transferu ziębnika niskie ciśnienie w instalacji odessania wytwarzane jest przez pracującą sprężarkę układu chłodniczego a odessanie par ziębnika możliwe jest dzięki odpowiedniemu ustawieniu zaworów odcinających. Zagadnienie 3.B: Instalacja wytłaczanie ciekłego ziębnika Instalacja wytłaczania ciekłego ziębnika pozwala na szybki transfer ziębnika w postaci cieczy a nie w postaci pary tak jak w instalacji odessania. Ciśnienie potrzebne do transferu ziębnika wynika z ciśnienia skraplania. Instalacja składa się z rurociągów i zaworów odcinających podłączonych do skraplaczy i zbiorników układu chłodniczego. Zagadnienie 3.C: Instalacja uzupełnianie ziębnika Instalacja uzupełniania ziębnika pozwala na dopełnienie układu chłodniczego ziębnikiem w postaci fazy ciekłej. Uzupełnienie odbywa się przez osuszacz po odpowiednim ustawieniu zaworów w samej instalacji. Po przejściu przez osuszacz dopełniany ziębnik przepływa przez instalację i zostaje zgromadzony w zbiorniku. Kontrola napełnienia instalacji możliwa jest dzięki odcięciu zbiornika od rurociągów cieczowych i pracy sprężarki oraz skraplacza. Zagadnienie 3.D: Instalacja odpowietrzenia Instalacja odpowietrzenia w małych urządzeniach chłodniczych to wyłącznie króćce z zaworami na górnej części korpusu skraplacza. W dużych instalacjach chłodniczych z wieloma urządzeniami stosowana jest specjalna instalacja odpowietrzania składająca się z 8

9 rurociągów połączonych z odpowietrznikiem centralnym. Idea działania odpowietrznika polega na wykropleniu par ziębnika z mieszaniny parowo- powietrznej, dzięki wykorzystaniu wysokiej różnicy temperatur skraplania obu składników mieszaniny. Działanie odpowietrznika centralnego składa się z kilku faz podczas których realizowane jest napełnianie, wychładzanie i separacja powietrza. Zagadnienie 3.E: Instalacja wyrównania ciśnienia Instalacja wyrównania ciśnień służy do wyrównania ciśnienia par ziębnika w przestrzeniach parowych skraplacza i zbiornika cieczy. W obu urządzeniach ziębnik występuje w stanie nasycenia a ciśnienie przestrzeni parowej zależy od temperatury otoczenia. Grawitacyjny spływ ziębnika ze skraplacza do zbiornika jest możliwy wówczas, gdy ciśnienia w obu elementach instalacji są takie same lub gdy ciśnienie w skraplaczu jest wyższe niż w zbiorniku. Przy braku instalacji wyrównania ciśnień wyższa temperatura zbiornika uniemożliwiłaby spływ ziębnika ze skraplacza. Zagadnienie 3.F: Instalacja odwadniania ziębnika Instalacja odwadniania ziębnika składa się z separatora wilgoci oraz rurociągów i zaworów pozwalających podczas normalnej pracy na oddzielenie wody a podczas obsługi na uzupełnienie ziębnika i bezpieczną wymianę wkładu separatora wilgoci. Zagadnienie 3.G: Instalacja odszraniania termodynamicznego z powrotem ziębnika do kolektora cieczowego lub zbiornika drenażowego i separatora Instalacja oszraniania termodynamicznego służy do okresowego usunięcia warstwy szronu z parownika poprzez jej podgrzanie i odprowadzenie powstałej wody poza komorę chłodniczą. Przemiana fazowa szronu odbywa się kosztem utajonego ciepła skraplania ziębnika. Podczas odszraniania termodynamicznego gorące pary ziębnika zamiast do skraplacza kierowane są do odszranianego parownika w kierunku przeciwnym do normalnego kierunku przepływu. Po zmianie stanu ciekły ziębnik opuszcza odszraniany 9

10 parownik, przepływa do kolektora zasilania i dalej przepływa identycznie jak podczas normalnej pracy wracając do sprężarki w postaci pary przegrzanej. Zagadnienie 3.H: Instalacja bezpieczeństwa Instalacja bezpieczeństwa służy do zabezpieczenia skraplaczy i zbiorników instalacji przed nadmiernym wzrostem ciśnienia, w przypadku, gdy zawiodą niżej ustawione zabezpieczenia strony wysokociśnieniowej instalacji. Zasadniczym elementem instalacji są odpowiednio ustawione zawory bezpieczeństwa. Ciśnienie otwarcia zaworów bezpieczeństwa wynika z wymogów instytucji klasyfikacyjnych lub nadzoru technicznego Zagadnienie 3.I: Instalacja spustu ziębnika za burtę Instalacja spustu ziębnika za burtę służy do awaryjnego opróżnienia instalacji w przypadku zagrożenia pożarowego siłowni. Instalacja składa się z rurociągów podłączonych do skraplaczy i zbiorników oraz jednego zaworu odcinającego kierującego ziębnik bezpośrednio za burtę. Zagadnienie 3.J: Instalacja rekuperacji i odgazowania oleju W dużych freonowych instalacjach chłodniczych z separatorem cieczy istnieje konieczność okresowego odzysku oleju gromadzącego się pod powierzchnią ciekłego ziębnika. Służy do tego separator oleju wraz z obsługującymi go rurociągami. Separator oleju zbudowany jest w postaci dwuściennego cylindra którego przestrzeń zewnętrzna podgrzewana jest ciekłym ziębnikiem zasilającym separator cieczy. Cykl pracy separatora oleju składa się z fazy napełniania, fazy odgazowania oraz fazy opróżniania separatora. Przepływ oleju w poszczególnych fazach pracy możliwy jest dzięki otwarciu odpowiednich zaworów łączących przestrzeń separatora oleju z przestrzeniami wysokiego lub niskiego ciśnienia. Zagadnienie 3.K: Instalacja uzupełniania oleju 10

11 W dużych instalacjach chłodniczych z wieloma sprężarkami wykorzystującymi ten sam gatunek oleju smarowego stosuje się instalację ze zbiornikiem centralnego smarowania. Instalacja ta pozwala na uzupełnienie lub napełnienie każdej ze sprężarek olejem za pomocą przesterowania odpowiednich zaworów. Ciśnienie potrzebne do uzupełnienia zbiornika oraz transferu oleju do sprężarek wytwarzane jest za pomocą zaworów łączących przestrzeń zbiornika ze stroną ssawną lub tłoczną instalacji. Zagadnienie 3.L: Instalacja odszraniania elektrycznego Instalacja odszraniania elektrycznego służy do okresowego oczyszczenia parownika ze szronu za pomocą grzałek elektrycznych zainstalowanych na parowniku, tacy ociekowej oraz rurociągu spływu skroplin z odszraniania. Sterowanie czasem odszraniania oraz okresami pomiędzy kolejnymi cyklami pracy i odszraniania odbywa się za pomocą sterowników elektronicznych z opcją kontroli temperatury powierzchni parownika oraz pracy lub postoju wentylatorów w trakcie odszraniania. Zagadnienie 3.M: Instalacja odszraniania gorącym glikolem Instalacja odszraniania gorącym glikolem stosowana jest w dużych instalacjach chłodniczych. Rurociągi gorącego glikolu podgrzewają powierzchnię parownika, tace ociekowe oraz rurociągi spływu skroplin z odszraniania. Instalacja składa się z podgrzewacza glikolu, pomp cyrkulacyjnych oraz rurociągów z zaworami odcinającymi. Gorący glikol oddaje w parowniku ciepło pobrane w podgrzewaczu, potrzebne do przemiany fazowej warstwy szronu. 11

12 Temat 4 (1h): Sprężarki i agregaty chłodnicze Zagadnienie 4.A: Podział sprężarek i agregatów ziębniczych Sprężarki ziębnicze to maszyny o różnej konstrukcji i mocy napędowej a ich podział przedstawiono na rys W sprężarkach przepływowych sprężanie ziębnika odbywa się w sposób ciągły w procesie zamiany energii kinetycznej na energię ciśnienia. W sprężarkach tłokowych sprężanie ma charakter cykliczny wynikający ze zmiany objętości przestrzeni połączonej z rurociągiem ssawnym i tłocznym. Rys.4.1 Klasyfikacja sprężarek chłodniczych Zagadnienie 4.B: Moc ziębienia i moc napędowa w funkcji parametrów działania sprężarki Moc ziębienia sprężarki Q o to iloczyn strumienia masy ziębnika przetłaczanego przez sprężarkę i różnicy entalpii właściwej pary przegrzanej ziębnika na dopływie do sprężarki oraz entalpii właściwej ciekłego czynnika w stanie nasycenia odpowiadającym ciśnieniu tłoczenia na odpływie ze sprężarki. Moc napędowa sprężarki P e to moc na wale dla sprężarek dławnicowych lub moc elektryczna pobierana na zaciskach silnika dla sprężarek hermetycznych i semihermetycznych. 12

13 Moc ziębienia i moc napędowa przedstawiane są w postaci charakterystyk energetycznych czyli zależności od temperatury parowania i temperatury skraplania. Moc ziębienia sprężarki generalnie rośnie wraz ze wzrostem temperatury parowania i spadkiem temperatury skraplania. Moc napędowa sprężarki generalnie rośnie wraz ze wzrostem temperatury parowania i wzrostem temperatury skraplania. Zagadnienie 4.C: Sprężarki i agregaty tłokowe (konstrukcja, regulacja wydajności) Zmianę objętości przestrzeni roboczej w sprężarkach tłokowych uzyskuje się za pomocą postępowo- zwrotnego ruchu tłoka. Przestrzeń robocza połączona jest z komorą ssawną i tłoczną w głowicy cylindrowej za pomocą samoczynnych zaworów a tłok napędzany jest za pośrednictwem mechanizmu korbowo- tłokowego. Komora ssawna posiada połączenie z karterem sprężarki, co jest warunkiem powrotu oleju z instalacji. Cykl roboczy sprężarki rozpoczyna się w GMP. Podczas ruchu tłoka w kierunku DMP następuje wzrost objętości przestrzeni roboczej i spadek ciśnienia. Rosnąca różnica ciśnień między komorą ssawną i przestrzenią roboczą otwiera samoczynny zawór ssawny i następuje napełnienie cylindra ziębnikiem. Po osiągnięciu przez tłok DMP, cała przestrzeń robocza napełniona jest parami ziębnika o ciśnieniu podobnym jak w komorze ssawnej. Po przekroczeniu DMP samoczynny zawór ssawny zamyka się wskutek wyrównania ciśnień po obu jego stronach i rozpoczyna się faza sprężania par ziębnika wskutek ruchu tłoka w kierunku GMP i zmniejszania przestrzeni roboczej. Po osiągnięciu w przestrzeni roboczej ciśnienia na tyle wyższego od ciśnienia w komorze tłocznej aby otworzył się samoczynny zawór tłoczny, następuje faza wytłaczania sprężonych par ziębnika z cylindra sprężarki. Po osiągnięciu GMP samoczynny zawór tłoczny zamyka się i kończy się cykl roboczy sprężarki. Regulacja wydajności sprężarki jednocylindrowej odbywa się przez cykliczne włączanie i wyłączanie sprężarki albo przez zmianę prędkości obrotowej. Regulacja wydajności sprężarki wielocylindrowej odbywa się przez wyłączanie poszczególnych cylindrów. Wyłączanie cylindra polega na wymuszeniu otwarcia samoczynnego zaworu ssawnego podczas całego cyklu roboczego sprężarki. W efekcie po przekroczeniu DMP zawór ssawny pozostaje otwarty a ruch tłoka w kierunku GMP powoduje wytłaczanie zassanego ziębnika z powrotem do komory ssawnej. 13

14 Zagadnienie 4.D: Sprężarki śrubowe (konstrukcja, regulacja wydajności, zmienny współczynnik kompresji, funkcje oleju Zasadniczymi elementami sprężarki śrubowej są dwa współpracujące ze sobą wirniki, posiadające nacięte na obwodzie kształtowe zęby śrubowe, osadzone obrotowo z minimalnym luzem obwodowym w korpusie. Liczba nacięć na obu wirnikach jest różna. Moment napędowy doprowadzony jest do wirnika czynnego z mniejszą liczbą zębów o profilu wypukłym. Pomiędzy wirniki wtryskiwany jest olej, który wypełnia przestrzenie międzyzębne. Olej pełni w sprężarce rolę uszczelniającą przestrzeń roboczą, zmniejsza zużycie współpracujących powierzchni wirników, odbiera część ciepła przegrzania ziębnika podczas sprężania oraz obniża poziom hałasu. Przestrzeń roboczą sprężania tworzy każda bruzda międzyzębna oraz zamykające je ścianki obudowy. Sprężanie ziębnika następuje w wyniku stopniowego wchodzenia w bruzdę wirnika czynnego zęba współpracującego z nim wirnika biernego. Podczas obrotu wirników każda bruzda uzyskuje połączenie na przemian z komorami ssawną i tłoczną przez okna sterujące wykonane w przeciwległych ściankach czołowych obudowy. Cykl roboczy rozpoczyna się z chwilą gdy krawędź obrysu czołowego bruzdy wchodzi w obręb okna ssawnego a współpracujący z nią obrys czołowy powierzchni zęba przylega do niej z minimalnym luzem. Wraz z obrotem wirników powierzchnia styku wirników, czyli zamknięcie przestrzeni roboczej, zlokalizowane początkowo na powierzchni czołowej ssawnej przesuwa się wzdłuż osi wirników w kierunku przeciwnej ściany czołowej, co powoduje powiększanie przestrzeni roboczej w kształcie przestrzennej litery V. Powiększająca się przestrzeń robocza napełnia się ziębnikiem. Faza napełniania twa do chwili, gdy tylna krawędź obrysu czołowego bruzdy osiągnie krawędź okna ssawnego i napełniona bruzda zostaje odcięta od komory ssawnej. Podczas dalszego obrotu wirników następuje obwodowe przemieszczanie napełnionej bruzdy bez zmiany objętości aż do chwili, gdy bruzda wejdzie w kolejne zazębienie z obrysem czołowym wypukłej powierzchni zęba. Jest to faza przenoszenia. Od momentu wejścia w kontakt od strony okna ssawnego powierzchnia styku zaczyna przemieszczać się osiowo tak jak w fazie napełniania ale tym razem zmniejsza objętość bruzdy w kształcie V wypełnionej ziębnikiem, podczas gdy przestrzeń czołowa wirników od strony tłocznej jest zamknięta obudową. Jest to faza sprężania. Trwa on do chwili, gdy przednie krawędzie bruzd zamkniętych poruszającą się 14

15 powierzchnią styku wejdą w obręb okna tłocznego w obudowie. Od tej chwili rozpoczyna się faza wytłaczania ziębnika pod stałym ciśnieniem. Trwa ona do chwili, gdy przesuwająca się powierzchnia styku zamykająca przestrzeń roboczą znajdzie się na czołowej powierzchni wirników od strony tłocznej, czyli przestrzeń robocza osiągnie wartość zerową. Jednocześnie krawędzie zarysu tylnego bruzdy mijają w tym momencie zarys okna tłocznego. Regulacja wydajności sprężarek śrubowych polega na upuszczaniu części zassanego ziębnika na stronę ssawną. Realizacja polega na zmianie czynnej długości wirnika za pomocą suwaka regulacyjnego. Suwak regulacyjny stanowi przesuwny wycinek obudowy wirników dopasowany do powierzchni roboczej. Przemieszczanie suwaka pozwala na przepływ ziębnika z przestrzeni roboczej z powrotem na stronę ssawną. Układ regulacji pozwala na ciągłą zmianę wydajności w zakresie %. Wielkością charakteryzującą sprężarkę śrubową jest wewnętrzny objętościowy współczynnik kompresji zdefiniowany jako stosunek objętości czynnika zawartego w przestrzeni międzyzębnej w chwili gdy jest ona połączona ze stroną ssawną do objętości czynnika, gdy przestrzeń międzyzębna osiąga otwór wylotowy. Zmiana współczynnika kompresji polega na wykorzystaniu dodatkowego ruchomego ogranicznika współpracującego z suwakiem regulacji wydajności od strony ssawnej przestrzeni roboczej, co zmienia punkt wylotu czynnika do otworu upustowego i stopień sprężania. Zagadnienie 4.E: Sprężarki i agregaty spiralne (konstrukcja, regulacja wydajności) Zasadniczymi elementami sprężarki spiralnej są dwie osadzone jedna wewnątrz drugiej współpracujące ze sobą spirale, podobne w kształcie do sprali Archimedesa. Jedna z nich jest nieruchoma, druga zaś ruchoma. Stykające się powierzchnie spiral tworzą zamknięte przestrzenie robocze w kształcie półksiężyców ograniczone ściankami korpusu. Spirala ruchoma wykonuje złożony ruch kołowo- orbitujący w wyniku którego równocześnie po dwóch przeciwnie położonych stronach powstają powiększające się przestrzenie robocze do których zassany zostaje ziębnik. Przy dalszym obrocie spirali ruchomej przestrzenie zostają zamknięte i oddzielone od otworów ssawnych co rozpoczyna fazę sprężania. W wyniku dalszego ruchu spirali ruchomej przestrzenie robocze wędrują w kierunku centrum jednocześnie zmniejszając swoją objętość. Proces sprężania kończy się z chwilą gdy przestrzeń robocza dociera do centrum spiral i uzyskuje połączenie z otworem tłocznym. W 15

16 wyniku dalszego ruchu spirali następuje wytłaczanie ziębnika do przestrzeni tłocznej. Pełny cykl sprężania przebiega podczas obrotu spirali ruchomej o 580 o, a więc podczas dwóch niepełnych obrotów. Regulacja wydajności sprężarek spiralnych polega na zmianie mimośrodowości ruchu spirali ruchomej za pośrednictwem specjalnego mechanizmu sprzęgłowego łączącego spiralę z mimośrodem wału napędowego. 16

17 Temat 5 (1h): Aparatura chłodnicza Zagadnienie 5.A: Wymagania stawiane wymiennikom ciepła Wymienniki ciepła stosowane w urządzeniach chłodniczych do wymienniki przeponowe w których wymiana ciepła odbywa się na drodze przenikania przez ścianki przewodów rurowych lub płyt. Dobór wymiennika wynika z powierzchni wymiany ciepła wyznaczonej z równania Pecleta w oparciu o strumień ciepła określony z bilansu urządzenia. Poza strumieniem ciepła należy określić typ wymiennika, wartość współczynnika przenikania ciepła oraz średnią logarytmiczną różnicę temperatur, rodzaj materiałów konstrukcyjnych i rodzaj podłączeń uwzględniający specyfikę stosowania wymiennika. Zagadnienie 5.B: Skraplacze Skraplacze służą do przekazania medium chłodzącemu ciepła przegrzania, skraplania i przechłodzenia ziębnika. Medium chłodzącym może być woda, powietrze lub mieszanina wodno powietrzna. Podział skraplaczy wynika z rodzaju rozwiązania konstrukcyjnego: Skraplacze płaszczowo- rurowe poziome i pionowe Skraplacze płytowe Skraplacze współosiowe wężownicowe Skraplacze natryskowo- wyparne Schemat wyposażenia skraplacza płaszczowo- rurowego przedstawiono na rys

18 Rys. 5.1 Schemat skraplacza płaszczowo- rurowego Zagadnienie 5.C: Chłodnice powietrza (typy, sposoby chłodzenia ładowni, sposoby zasilania Wymienniki do chłodzenia powietrza dzielą się na grawitacyjne parowniki rurowe oraz chłodnice wentylatorowe. W urządzeniach pracujących z amoniakiem stosuje się zasilane od dołu parowniki stromorurowe wykonane z równolegle zasilanych, pionowych rur stalowych, połączonych kolektorami. Ze względu na małą prędkość przepływu ziębnika, związaną z portem oleju, tego rodzaju parowniki nie mogą być stosowane do freonów. Zamiast nich stosuje się zasilane od góry parowniki wężownicowe, najczęściej z rur ożebrowanych. Ożebrowanie zwiększa powierzchnię wymiany ciepła a powierzchnia żeber może być specjalnie kształtowana w celu zwiększenia turbulencji przepływu powietrza. Parowniki maja niewielki współczynnik przenikania ciepła ze względu na małą prędkość ruchu powietrza wywołaną naturalną różnicą gęstości powietrza. Chłodnice wentylatorowe to parowniki wężownicowe zamknięte w obudowie wyposażonej w wentylator wymuszający ruch powietrza. Posiadają wielokrotnie większy współczynnik przenikania ciepła od parowników grawitacyjnych co pozwala na zmniejszenie wymiarów wymiennika przy tej samej wydajności chłodniczej. Wadą chłodnic wentylatorowych jest wyższa energochłonność instalacji wynikająca z mocy napędowej wentylatorów. 18

19 Zagadnienie 5.D: Chłodnice do chłodzenia cieczy Wymienniki do chłodzenia cieczy dzielą się na trzy grupy: parowniki stromorurowe i wężownicowe, parowniki płaszczowo- rurowe oraz parowniki płytowe. Podobnie jak w chłodnicach powietrza do urządzeń amoniakalnych stosowane są parowniki stromorurowe zanurzone w otwartych zbiornikach. Ich zaletą jest odporność na zamarzanie chłodzonej cieczy a wadą duże wymiary i niebezpieczeństwo korozji w wyniku natleniania chłodzonej cieczy wynikającej ze zwiększenia rozpuszczalności gazu po obniżeniu temperatury. W instalacjach freonowych podobnie jak w chłodnicach powietrza stosuje się zanurzone parowniki wężownicowe. W parownikach płaszczowo- rurowych na zewnątrz pęku rur umieszczonych w płaszczu wrze ziębnik w stanie nasycenia. Wewnątrz rur przepływa medium oddające ciepło, najczęściej woda, solanka lub glikol. W parownikach freonowych rury są zewnętrznie żebrowane, co podwyższa współczynnik przekazywania ciepła. Chłodzenie cieczy może być realizowane za pomocą wymienników płytowych. W przestrzeniach międzypłytowych przepływa w przeciwnym kierunku ziębnik i kontaktujące się z nim przez ściankę medium chłodzące. Powierzchnia płyt jest odpowiednio ukształtowana celem zwiększenia powierzchni wymiany ciepła i prędkości przepływu. Zagadnienie 5.E: Odpowietrzacze Odpowietrzacze centralne to urządzenia w których zapowietrzona para ziębnika zostaje wykroplona a oddzielone powietrze zostaje odprowadzone na zewnątrz instalacji. Mieszanina parowo- powietrzna doprowadzona jest do odpowietrzacza rurociągami z newralgicznych punktów instalacji a medium chłodzącym mieszaninę jest ziębnik pod ciśnieniem skraplania wtryskiwany do wężownicy chłodzącej przez zawór regulacyjny. Zagadnienie 5.F: Chłodnice międzystopniowe Chłodnice międzystopniowe dzielą się na dwie grupy: chłodnice z wężownicą chłodzącą- rys. 5.2 i bez wężownicy. Chłodnice międzystopniowe bez wężownicy służą do schłodzenia pary czynnika opuszczającego pierwszy stopień sprężania do temperatury 19

20 międzystopniowej, a chłodnice z wężownicą dodatkowo do schłodzenia cieczy opuszczającej skraplacz do temperatury nieco wyższej od temperatury nasycenia dla ciśnienia międzystopniowego. Chłodnica międzystopniowa wypełniona jest ciekłym ziębnikiem do poziomu utrzymywanego automatycznie za pomocą zaworu regulacyjnego. Przegrzana para ziębnika wypływająca z niskiego stopnia sprężania wprowadzana jest do chłodnicy poniżej poziomu cieczy. Znad lustra cieczy zasysana jest przez sprężarkę drugiego stopnia para sucha nasycona. Rys. 5.2 Chłodnica międzystopniowa z wężownicą dochładzacza Zagadnienie 5.G: Pompy ziębnika W układach pompowych obieg ziębnika przez parowniki utrzymywany jest przez pompy wirowe zasilane przez filtry z oddzielacza cieczy. Pompy posiadają izolacje termiczną korpusów. Zagadnienie 5.H: Zbiorniki ziębnika i oleju W instalacjach chłodniczych stosuje się zbiorniki ziębnika spływającego ze skraplacza, osuszacza lub zbiorniki drenażowe. Zbiorniki mogą być wyposażone w króćce dopływowe, króćce manometryczne, wyrównania ciśnień, zaworów bezpieczeństwa i 20

21 spustowe oraz wzierniki poziomu cieczy. Zbiorniki oleju stosuje się w instalacjach wyposażonych w układ centralnego smarowania. Poza rurociągiem doprowadzającym olej do sprężarek zbiornik wyposażony jest w króćce łączące przestrzeń wewnętrzną ze stroną ssawną i tłoczną sprężarki oraz króciec z lejkiem do napełniania zbiornika świeżym olejem. Zagadnienie 5.I: Osuszacze i zespoły osuszające Osuszacze służą do zabezpieczenia sprężarki przed zalaniem cieczą ziębnika. Instalowane są pomiędzy parownikiem a sprężarką. Osuszacze dzielą się na pionowe i poziome. Pierwsze z nich stosowane są w układach ciśnieniowych a drugie w układach pompowych, gdzie pełnią rolę zbiorników drenażowych lub separatorów mieszaniny dwufazowej cieczy i pary. Oddzielenie kropel ziębnika od pary następuje dzięki gwałtownej zmianie kierunku i prędkości przepływu. Olej gromadzący się w osuszaczu odprowadzany jest okresowo do rekuperatora oleju. Zagadnienie 5.J: Regeneracyjne wymienniki ciepła Regeneracyjne wymienniki ciepła to przeponowe wymienniki stosowane są w instalacjach freonowych. W wymienniku zachodzi przekazanie strumienia ciepła od ciekłego ziębnika opuszczającego skraplacz do par ziębnika opuszczających parownik. W wyniku wymiany ciepła ciekły ziębnik zasilający zawór regulacyjny parownika ulega przechłodzeniu a para dopływająca do sprężarki przegrzaniu. Wymienniki mają charakter rury w rurze. Rurą wewnętrzną wyposażoną najczęściej w spiralną wkładkę płynie ruchem wirowym dochładzana ciecz ziębnika a przestrzenią międzyrurową podgrzewana para. Rura wewnętrzna posiada ożebrowanie od strony parowej, co intensyfikuje wymianę ciepła. Wymienniki mają niewielkie rozmiary ze względu na maksymalną możliwą do osiągnięcia w układzie chłodniczym różnicę temperatur w wymianie ciepła wynikającą z temperatur parowania i skraplania. Zagadnienie 5.K: Odolejacze amoniakalne i freonowe 21

22 Odolejacze służą do zatrzymania i skierowania z powrotem do sprężarki oleju unoszonego przez gorące pary ziębnika opuszczające sprężarkę. Montowane są między sprężarką i skraplaczem. Zasada działania opiera się na wykorzystaniu gwałtownej zmiany kierunku i prędkości przepływu par ziębnika zanieczyszczonych kropelkami oleju. Odolejacze do amoniaku wymagają chłodzenia, dlatego posiadają płaszcz wodny pozwalający na wykroplenie par oleju. Skuteczność odolejaczy freonowych wymaga z kolei podniesienia temperatury procesu. Wykorzystuje się ciepło niesione przez pary ziębnika do podgrzewania wewnętrznego naczynia w którym następuje separacja oleju. Oddzielony olej gromadzi się w dolnej części odolejacza, skąd odprowadzany jest automatycznie przez zawór pływakowy. Zagadnienie 5.L: Odgazowywacze oleju instalacji freonowych Odgazowywacze oleju dużych instalacji freonowych służą do oczyszczenia oleju z rozpuszczonego w nim ziębnika. Olej o temperaturze nasycenia dla ciśnienia parowania trafia okresowo do odgazowywacza z separatora cieczy. Odgazowywacz posiada zewnętrzny płaszcz przez który przepływa ciekły ziębnik o temperaturze skraplania. W wyniku podgrzania ziębnik rozpuszczony w oleju ulega odparowaniu i gromadzi się w górnej części odgazowywacza skąd jest okresowo odprowadzany przez połączenie ze stroną ssawną sprężarki. Poziomy oleju i procesy napełniania, odgazowywania oraz opróżniania kontrolowane są automatycznie. 22

23 Temat 6 (1h): Urządzenia chłodnicze- osprzęt, armatura, ziębniki, ziębiwa, oleje, kierunki rozwoju Najważniejsze elementy drobnej armatury chłodniczej to odwadniacze, wzierniki, filtry par i ciekłego czynnika oraz zawory odcinające. Odwadniacze służą do usuwania z instalacji wilgoci, która przedostaje się podczas czynności obsługowych związanych z demontażem elementów lub uzupełnianiem mediów roboczych. Odwadniacze instalowane są pomiędzy zbiornikiem cieczy i zaworami regulacyjnymi parowników. Działają na zasadzie reakcji chemicznej lub pochłaniania wody i posiadają ograniczoną chłonność decydującą o czasie eksploatacji. Korpusy odwadniaczy z wymiennym wkładem posiadają króćce do uzupełniania ziębnika w instalacji. Wziernik służy do kontroli przepływu i stanu ziębnika przed zaworem regulacyjnym. Obecność pęcherzyków pary we wzierniku świadczy o częściowym odparowaniu ziębnika w przewodzie zasilającym spowodowanym spadkiem ciśnienia lub zyskiem ciepła co zmniejsza sprawność urządzenia chłodniczego. Wzierniki wyposażone są dodatkowo w indykatory wilgoci. Rys Zamienniki tradycyjnych ziębników 23

24 Zawory regulacyjne wyposażone są we własne precyzyjne filtry ziębnika na dopływie. Ze względu na minimalną chłonność tych filtrów w instalacji montuje się tuż za zbiornikiem dodatkowe filtry ciekłego ziębnika zatrzymujące większe zanieczyszczenia, które mogą uwalniać się w trakcie eksploatacji instalacji. Sprężarka zabezpieczona jest z kolei filtrem ssawnym par, zamontowanym bezpośrednio przed króćcem ssawnym. W związku ze stwierdzeniem negatywnego wpływu freonów na środowisko naturalne rozważa się szereg możliwości opanowania tego problemu. Jako zamienniki wycofywanych ziębników proponuje się związki naturalne, syntetyczne oraz mieszaniny- rys W związku z wprowadzaniem do eksploatacji zamienników do rozwiązania pozostają problemy wynikające z wzajemnej rozpuszczalności i kompatybilności nowych ziębników i olejów oraz ich oddziaływanie na materiały konstrukcyjne i reakcja z wilgocią. 24

25 Temat 7 (2h): Współdziałanie sprężarki z innymi urządzeniami układu chłodniczego Zagadnienie 7.A: Współdziałanie sprężarki z parowaczem i zaworem rozprężnym Współpraca sprężarki z elementami układu po stronie ssawnej wymaga dopasowania jej mocy chłodniczej do strumienia ciepła odbieranego przez parownik zasilany ziębnikiem dostarczanym przez zawór regulacyjny- rys Moc chłodnicza elementów układu jest funkcją temperatury parowania ziębnika w parowniku. Efektem dopasowania mocy chłodniczej elementów jest ustalenie się ciśnienia parowania na określonym poziomie. Rys Współpraca sprężarki z elementami układu po stronie ssawnej. Zagadnienie 7.B: Współdziałanie sprężarki ze skraplaczem Współpraca sprężarki z elementami układu po stronie tłocznej wymaga dopasowania mocy chłodniczej sprężarki do mocy skraplacza. Moc chłodnicza elementów jest funkcją temperatury skraplania. Efektem równowagi jest ustalenie się temperatury skraplania na określonym poziomie- rys

26 Zagadnienie 7.C: Zmiany punktu współpracy w urządzeniu chłodniczym przy różnych stanach eksploatacyjnych i niesprawnościach działania Punkt współpracy w urządzeniu chłodniczym zależy od szeregu parametrów pracy, które zmieniają się wraz ze zmianą ilości ciepła dostarczanego do parownika w związku ze zmianą stanu pracy komory chłodniczej (wychładzanie, praca przy stałym obciążeniu, odszranianie, zmiana temperatury otoczenia itp.) ilości ciepła odbieranego w skraplaczu w związku ze zmianą warunków zewnętrznych (temperatura medium chłodzącego skraplacz), zmiany przepływu ziębnika w związku ze zmianą oporów przepływu i oporów cieplnych (zabrudzenie filtrów i powierzchni wymiany ciepła) oraz zużyciem współpracujących elementów (sprężarka, zawory regulacyjne, pompy). Rys Współpraca sprężarki z elementami układu po stronie tłocznej. Moc cieplna każdego z zasadniczych elementów układu chłodniczego zależy od parametrów konstrukcyjnych i warunków pracy przedstawionych na rysunkach Zagadnienie 7.D: Wpływ wymuszeń eksploatacyjnych i wartości wielkości nastawczych na skuteczność i sprawność procesu ziębienia 26

27 Podstawowe wymuszenia eksploatacyjne układu chłodniczego to zmiana warunków przekazywania ciepła ze źródła dolnego (parownika) oraz do źródła górnego (skraplacza). Wartościami nastawczymi są ustawienia elementów automatyki dwupołożeniowej i proporcjonalnej decydującej o utrzymaniu temperatur w komorach chłodniczych, ciśnień parowania w parownikach, wydajności zasilania parowników, wydajności sprężarki oraz wydajności skraplacza. Ciśnienie parowania wynikające ze sposobu ustawienia zaworów regulacyjnych wpływa zarówno na wydajność parownika wynikającą ze zmiany współczynnika przekazywania ciepła i wykorzystania jego powierzchni jak i na problemy eksploatacyjne związane ze szronieniem parownika, powrotem oleju do sprężarki czy trwałością sprężarki i samego elementu regulacyjnego. Ciśnienia startu i stopu sprężarki oraz elementów regulacji wydajności decydują o możliwości osiągnięcia założonej temperatury w komorach chłodniczych oraz efektywności energetycznej instalacji. Rys Zależność mocy chłodniczej sprężarki od parametrów instalacji. 27

28 Rys Zależność mocy cieplnej skraplacza od parametrów instalacji. Rys Zależność mocy chłodniczej zaworu regulacyjnego od parametrów instalacji. 28

29 Rys Zależność mocy chłodniczej parownika od parametrów instalacji. 29

30 Temat 8 (2h): Automatyzacja urządzeń i instalacji chłodniczych Zagadnienie 8.A: Automatyzacja zasilania ziębnikiem (rurki kapilarne, zawory rozprężne, regulatory poziomu ziębnika) Automatyzacja zasilania ziębnikiem to sposób regulacji ilości ziębnika dopływającego do parownika. Elementy regulujące dopływ ziębnika dzielą się na: kapilary, presostatyczne zawory rozprężne, termostatyczne zawory rozprężne (TZR), elektroniczne zawory rozprężne (EZR) oraz regulatory poziomu cieczy niskiego i wysokiego ciśnienia. Zadania stawiane przed elementami regulacyjnymi to: obniżenie ciśnienia ciekłego ziębnika od ciśnienia skraplania do ciśnienia parowania, minimalizacja mocy rozruchowej sprężarki, szczelne odcięcie parownika od sprężarki podczas jej postoju oraz dopasowanie ilości ziębnika do zmiennego obciążenia cieplnego parownika czy też zachowanie stałego przegrzania par opuszczających parownik i maksymalne wykorzystanie powierzchni parownika. Ilość realizowanych zadań zależy od rodzaju elementu regulacyjnego. Zagadnienie 8.B: Automatyczne zawory wodne skraplaczy Zadaniem automatycznego zaworu wodnego skraplacza jest utrzymanie stałego ciśnienia skraplania ziębnika niezależnie od zmieniającego się obciążenia cieplnego instalacji lub parametrów medium chłodzącego. Reguluje on strumień masowy medium chłodzącego skraplacz w zależności od mierzonego ciśnienia nasycenia wewnątrz skraplacza. Przy wzroście ciśnienia skraplania, świadczącym o konieczności zwiększenia odbioru ciepła w skraplaczu, przekrój przepływu przez zawór rośnie co pozwala na odebranie większej ilości ciepła skraplania. Zagadnienie 8.C: Automatyzacja komór chłodniczych Automatyzacja komór chłodniczych polega na: utrzymywaniu temperatury w komorze chłodniczej w założonym zakresie, sterowaniu ciśnieniem parowania, sterowaniu wilgotnością względną powietrza oraz początkiem i końcem procesu odszraniania. Zadania 30

31 te mogą być realizowane przez automatykę dwupołożeniową albo przez układy centralnego sterowania Zagadnienie 8.D: Automatyzacja agregatów chłodniczych Automatyzacja agregatów chłodniczych sprowadza się do regulacji ciśnień skraplania i parowania, dopasowania wydajności agregatu do potrzeb chłodzenia i monitorowania oraz alarmowania o stanach różniących się od wartości zadanych. Zagadnienie 8.E: Automatyzacja współdziałania agregatów i komór chłodniczych Automatyzacja współdziałania agregatów i komór chłodniczych polega na dopasowaniu wydajności chłodniczej agregatów do potrzeb chłodzenia czyli ilości ciepła dopływającego do parowników, przy zachowaniu regulowanych parametrów takich jak temperatury i ciśnienia na założonym poziomie. Dodatkowo, automatyzacja obejmuje kontrolę stanu zaszronienia parowników, uruchamianie i kontrolę odszraniania, oraz automatyczne dopasowanie temperatur do pory dnia. Zagadnienie 8.F: Automatyzacja ssania i tłoczenia sprężarek Ciśnienie par ziębnika po stronie ssawnej sprężarki niesie informacje o aktualnej relacji wydajności parowników do wydajności sprężarki. Automatyzacja strony ssawnej sprowadza się do regulacji ciśnienia parowania za pomocą za pomocą zaworów stałego ciśnienia, zaworów dwupołożeniowych i termostatycznych zaworów dławiących oraz regulacji ciśnienia ssania za pomocą zaworów upustowych. Automatyzacja strony tłocznej polega na regulacji ciśnienia tłoczenia za pomocą automatycznych zaworów wodnych presostatycznych lub termostatycznych oraz elektromagnetycznych odcinających zaworów wodnych. 31

32 Temat 9 (2h): Eksploatacja instalacji chłodniczych Zagadnienie 9.A: Ogólne zasady eksploatacji instalacji chłodniczych Podczas eksploatacji instalacji chłodniczych najistotniejsze jest zachowanie procedur bezpieczeństwa wynikających z obsługi aparatury wypełnionej medium pod wysokim ciśnieniem, w warunkach niskich i wysokich temperatur oraz zabezpieczenie instalacji przed wprowadzeniem do niej wilgoci, powietrza i zanieczyszczeń. Zagadnienie 9.B: Bieżąca i okresowa obsługa instalacji chłodniczych Obsługa instalacji chłodniczych sprowadza się do okresowych procedur polegających na kontroli ogólnego stanu instalacji, sprawdzania sprężarki i przewodów ziębnika, skraplacza, parownika, automatyki silników elektrycznych, wentylatorów i pomp. Każda z procedur obejmuje wykonywanie powtarzających się czynności, kontrolę newralgicznych punktów oraz poszukiwanie charakterystycznych objawów i zmianę wartości parametrów pracy świadczących o nieprawidłowościach w pracy instalacji, takich jak zapowietrzenie, zaszronienie, zaolejenie, zabrudzenie, zawilgocenie, utrata ziębnika lub oleju, spadek wydajności, nieprawidłowe nastawy aparatury. Zagadnienie 9.C: Objawy, przyczyny, konsekwencje różnych nieprawidłowości w instalacjach chłodniczych Określenie przyczyny nieprawidłowej pracy instalacji wymaga systematycznego podejścia celem eliminacji potencjalnych przyczyn, poczynając od najprostszych, do najbardziej złożonych. Najczęściej występujące nieprawidłowości to stan w którym: nie można uruchomić sprężarki, sprężarka pracuje lecz nie osiąga efektu chłodniczego, sprężarka pracuje w krótkich cyklach lub bez zatrzymania, sprężarka pracuje zbyt głośno lub jest zaszroniona, obserwuje się ubytek oleju ze sprężarki, w jednej z komór chłodniczych występuje zbyt wysoka lub zbyt niska temperatura, obserwuje się zbyt wysokie lub zbyt niskie ciśnienie skraplania lub parowania. W każdej z tych sytuacji należy podjąć odpowiednie kroki kontrolne celem ustalenia i usunięcia przyczyny nieprawidłowości. 32

33 Zagadnienie 9.D: Procedury postępowania przy różnych czynnościach eksploatacyjnych (uzupełnianie ziębnika i oleju, odpowietrzanie, odwadnianie, lokalizacja i usuwanie nieszczelności, odszranianie, rozruch po dłuższym postoju, odstawianie instalacji) Podczas wykonywania wszystkich czynności eksploatacyjnych należy przestrzegać procedur bezpieczeństwa pracy i zachować środki ostrożności zabezpieczające przed penetracją wnętrza instalacji przez środowisko zewnętrzne. Typowe procedury eksploatacyjne to sprawdzanie szczelności urządzeń po montażu i w trakcie eksploatacji, osuszanie instalacji, dodawanie i wymiana oleju, napełnianie i dopełnianie ziębnikiem, odpowietrzanie i odwadnianie w trakcie eksploatacji, demontaż i montaż poszczególnych elementów, czyszczenie filtrów, odszranianie gorącymi parami, odstawianie na krótki lub długi postój i ponowny rozruch oraz spuszczanie ziębnika. 33

34 Temat 10 (2h): Systemy wentylacji i klimatyzacji stosowane na statkach morskich Zagadnienie 10.A: Podstawy klimatyzacji (cel i rodzaje klimatyzacji) Celem klimatyzacji bytowej jest automatyczna regulacja parametrów środowiska w pomieszczeniu celem osiągnięcia komfortu cieplnego ludzi a klimatyzacji przemysłowej parametrów atmosfery pomieszczenia na poziomie określonym wymaganiami procesu technologicznego. Rodzaje klimatyzacji wyjaśnia rys Rys Rodzaje klimatyzacji Zagadnienie 10.B: Parametry klimatyczne pomieszczeń, komfort klimatyczny Komfort klimatyczny wynika z parametrów środowiska, regulowanych przez instalację klimatyzacyjną. Poczucie komfortu nie jest pojęciem obiektywnym, lecz subiektywnym wrażeniem wynikającym ze zdolności człowieka do utrzymania równowago cieplnej z otoczeniem. Zależy od wieku, płci, rodzaju aktywności i indywidualnych przyzwyczajeń. O poczuciu komfortu decyduje: temperatura suchego termometru, wilgotność względna, prędkość i kierunek ruchu powietrza oraz średnia temperatura promieniowania otaczających powierzchni. 34

35 Zagadnienie 10.C: Obróbka powietrza w klimatyzacji (wykresy psychrometryczne, operacje obróbki powietrza, bilans cieplno- wilgotnościowy pomieszczeń) Obróbka powietrza w klimatyzacji obrazowana jest na wykresie psychrometrycznym Moliera w ukośnym układzie współrzędnych i- x, zbudowanym w oparciu o równanie opisujące entalpię powietrza wilgotnego. Podstawowe operacje obróbki powietrza wizualizowane na wykresie psychrometrycznym to mieszanie strumieni powietrza, nagrzewanie, chłodzenie mokre i suche oraz nawilżanie wodą i parą. Bilans cieplno wilgotnościowy pomieszczeń to suma zysków i strat ciepła oraz zysków wilgoci. Bilans przedstawiany jest na wykresie i- x w postaci wektora kierunku przemiany Δi/Δx, którego kąt pochylenia wynikający z wartości składowych przyrostu entalpii i zawartości wilgoci zgodny jest z podziałką kierunkową wykresu. Rys Wektor kierunku przemiany na wykresie i- x. Zagadnienie 10.D: Systemy i urządzenia klimatyzacyjne rysunku Systematyka urządzeń klimatyzacyjnych wynika z wielu kryteriów przedstawionych na 35

36 Rys Podział instalacji klimatyzacyjnych Zagadnienie 10.E: Automatyzacja urządzeń klimatyzacyjnych Urządzenia klimatyzacyjne pracują podczas wielosezonowej eksploatacji w bardzo szerokim zakresie obciążeń chłodniczych i grzewczych. Uzyskanie stabilności regulowanych parametrów środowiska wymaga zastosowania automatycznej regulacji i kontroli wielu parametrów instalacji. Należą do nich: masowy strumień powietrza świeżego, wywiewanego, oraz recyrkulacji, stan filtrów powietrza, strumień czynnika grzewczego i chłodzącego, ciśnienia wytwarzane przez wentylatory, temperatury powietrza zewnętrznego, wywiewanego i zmieszanego, wydajność i parametry pracy urządzeń chłodniczych. Zagadnienie 10.F: Wentylacja siłowni okrętowych Wentylacja siłowni okrętowych wymaga uwzględnienia: bilansu zysków ciepła i wilgoci, kryterium maksymalnych stężeń czynników szkodliwych, strumienia powietrza niezbędnego do spalania paliwa oraz opracowania optymalnego sposobu rozdziału powietrza. Skuteczność wentylacji zależy zarówno od strumienia powietrza jak i metody jego rozdziału. Stosowane są równolegle nisko i wysokoprędkościowe metody wentylacji oraz metody wymuszające cyrkulację powietrza wewnątrz pomieszczenia. Wykorzystuje się 36