Wydział Mechaniczny SEMINARIUM Z AUTOMATYKI CHŁODNICZEJ

Transkrypt

1 Wydział Mechaniczny SEMINARIUM Z AUTOMATYKI CHŁODNICZEJ Temat: Próba uzasadnienia celowości regulacji wydajności chłodniczej w urządzeniach średniej wielkości. Prowadzący Dr inŝ. Zenon Bonca Grzegorz Gąsiorowski SUiCHKl Rok akademicki 2005/2006

2 1.Co to jest wydajność chłodnicza. 2. Współpraca spręŝarki z parownikiem. 3. Dlaczego regulujemy, zadania regulacji. 4. Sposoby regulacji. 5. Olej w instalacji chłodniczej. 6.Wnioski. 7.Literatura.

3 1. Wydajność chłodnicza jest to wydajność spręŝarek chłodniczych, obsługujących dany obiekt chłodniczy, przy ściśle określonej temperaturze parowania i temperaturze skraplania, uwzględniającej spadki ciśnienia w rurociągach. 2. Współpraca spręŝarki z parownikiem. Rys.1 Charakterystyka pracy urządzenia chłodniczego. Wydajność chłodnicza spręŝarki w zimie, przy wzrastającej temperaturze parowania t 0 i obniŝającej się temperaturze skraplania t, powiększa się, natomiast wydajność cieplna parownika, przy rosnącej temperaturze parowania t 0 i malejącej skutkiem tego róŝnicy temperatur, ulega zmniejszeniu. W punktach przecięcia chrakterystyk pokazanych na rys. 1, zachodzi równowaga między wydajnością spręŝarki, skraplacza i parownika. Są to punkty pracy urządzenia chłodniczego podczas jego działania w okresie letnim i zimowym. Z ich połoŝenia wynika, Ŝe zapotrzebowanie na wydajność chłodniczą wynoszące w lecie Q 0 spadnie w zimie do Q 0 '. ObniŜy się przy tym temperatura w komorze, od t R do t' R. Aby zapobiec takiemu jej spadkowi naleŝy dopasować do nowych warunków wydajności: spręŝarki, skraplacz i parownik, np. zmieniając ilość pracujących cylindrów spręŝarki regulując liczbę obrotów wentylatora skraplacza, czy teŝ zmieniając poziom dławienia czynnika chłodniczego wtryskiwanego do parownika.

4 3. Dlaczego regulujemy, zadania regulacji. Urządzenia chłodnicze powinny zawsze być projektowane z uwzględnieniem najwyŝszych temperatur otoczenia (uŝytkowanie w okresie letnim) oraz maksymalnego obciąŝenia cieplnego (wypełnienie towarem i czas pracy). Takie warunki ich eksploatacji spotyka się jednak zwykle bardzo rzadko i w krótkich okresach działania, zatem spręŝarka, skraplacz i parownik są przez większość czasu uŝytkowania przewymiarowane. Zmieniające się warunki zewnętrzne powodują, Ŝe stale zakłócana jest równowaga między wydajnościami poszczególnych elementów składowych tych urządzeń. Warto zauwaŝyć, urządzenia chłodnicze za stale pracującą spręŝarką oraz z na, stałe ustawionym elementem dławiącym nie mogłoby zapewnić takiej samej temperatury komory chłodniczej w okresie letnim i zimowym. Warunki cieplne urządzenia chłodniczego, w którym pracuje spręŝarka, nie są na ogól stałe podczas eksploatacji i mogą ulegać zmianie w sposób nagły lub w dłuŝszym okresie czasu. Będzie to zaleŝeć od zmian obciąŝenia cieplnego komory chłodzonej (pomieszczenia), powodowanych załadowaniem lub wymiana, produktów chłodzonych, zmianą procesu technologicznego itp., w czasie których niezbędne jest schładzanie, a następnie utrzymanie stałej temperatury produktu lub pomieszczenia. ZaleŜnie od potrzeby temperatura la moŝe być róŝna. Wszystkie te zmiany ilości ciepła odprowadzanego z dolnego źródła do parownika(ów) wywołują zmiany strumienia masy czynnika, który odparuje i zostanie skierowany do spręŝarki. Stwarza to konieczność regulacji wydajności objętościowej (chłodniczej) spręŝarki. Ograniczenie wydajności, nawet do zera, jest równieŝ niezbędne dla spręŝarek w celu odciąŝenia silnika podczas rozruchu zespołu. Zadaniem regulacji jest utrzymywanie na stałym poziomie wymaganych warunków np. temperatury w komorze, przy czym stan roboczy elementów składowych regulatora (jego nastawy) jest stale dopasowywany do zmieniających się warunków

5 zewnętrznych (wymuszeń zakłócających - np. temperatury otoczenia). 4. Sposoby regulacji. Sposoby regulacji i odciąŝenia spręŝarki moŝna podzielić na trzy grupy: A - przez oddziaływanie na zespół napędowy, - zatrzymaniem i uruchomieniem zespołu silnik - spręŝarka, - zatrzymaniem i uruchomieniem spręŝarki, - ciągłą lub skokową zmian prędkości obrotowej spręŝarki, B - przez bezpośrednie oddziaływanie na proces pracy w komorze roboczej spręŝarki, - zmianą przestrzeni szkodliwej, - podwieszeniem płytek zaworów ssawnych. - upustem czynnika z komory roboczej na stronę ssawną, C - przez pośrednie oddziaływanie na proces pracy spręŝarki, - częściowym lub całkowitym zamknięciem przewodu ssawnego. - połączeniem strony tłocznej ze stroną ssawną. W praktyce spotyka się równieŝ układy regulacji mieszane tzn, szeregowo lub równolegle stosuje się dwa sposoby zmniejszenia wydajności spręŝarki. 5. Olej w instalacji chłodniczej. Po zatrzymaniu spręŝarki temperatura oleju w skrzyni korbowej stopniowo się obniŝa i po dłuŝszej przerwie, zaleŝnej od pojemności cieplnej wanny olejowej, zrównuje się z temperaturą otoczenia, niŝszą o ok K od roboczej temperatury oleju w czasie normalnej pracy spręŝarki. Równocześnie rośnie ciśnienie czynnika w niskopręŝnej części urządzenia chłodniczego, które dąŝy do wyrównania z ciśnieniem po stronie wysokopręŝnej (czas zaleŝy m.in. od szczelności zaworów odcinających). Powoduje to stopniowe roztwarzanie się czynnika w oleju znajdującym się w skrzyni korbowej lub w zbiorniku. W skrajnie niekorzystnych sytuacjach roztwór czynnik-olej moŝe zawierać nawet 75% czynnika. W spręŝarkach spręŝających czynniki o bardzo słabej rozpuszczalności i czynniki o ograniczonej rozpuszczalności następuje w tych warunkach równoczesne rozwarstwianie się

6 roztworu czynnik-olej. Rys.2. Sposób odgazowania oleju w miniaturowych spręŝarkach chłodniczych: 1, 2 -otwory olejowe, 3, 4 - otwory odgazowujące, 5 - Ŝebra, 6 - otwór ssawny Jednym z najprostszych sposobów ograniczenia nadmiernego roztwarzania się czynnika w oleju jest zmniejszenie w urządzeniu chłodniczym stosunku ilości czynnika do oleju. W większych instalacjach jest to oczywiście trudne w realizacji, ale w małych spręŝarkach hermetycznych ilość oleju stanowi często wielokrotność ilości czynnika. Zapobiega to praktycznie nadmiernemu roztwarzaniu się czynnika w oleju w czasie dłuŝszego postoju. W przypadku krótszych przerw w pracy spręŝarki opisane zjawiska występują w znacznie mniejszym stopniu. Uruchomienie spręŝarki po dłuŝszym postoju powoduje stopniowe obniŝenie ciśnienia czynnika po stronie ssawnej, a więc równieŝ mieszaniny olej-czynnik w skrzyni korbowej. Szybkość zmiany ciśnienia zaleŝy od stosunku wydajności spręŝarki do objętości części niskopręŝnej urządzenia i w niektórych przypadkach jest bardzo duŝa. MoŜna ją zmniejszyć przez częściowe zmniejszenie wydajności spręŝarki. Zmiana ciśnienia roztworu olej-czynnik wywołuje odparowanie czynnika z roztworu. Towarzyszy temu intensywne pienienie. Piana moŝe wypełnić całą objętość skrzyni, wywołując efekty zbliŝone do uderzenia hydraulicznego i przez otwory łączące skrzynię z komorą ssawną moŝe przeniknąć do cylindra i do instalacji chłodniczej. Efektem tego będzie szybki ubytek oleju w misie olejowej. Spieniony olej, zassany przez pompę, nie zapewnia odpowiedniego smarowania w łoŝyskach, co prowadzi do tarcia mieszanego, a często zatarcia. Podobne zaburzenia mogą

7 wystąpić podczas rozruchu przy częściowo zamkniętym zaworze odcinającym na ssaniu. Szczególnie niebezpieczny jest rozruch spręŝarki spręŝającej czynnik o ograniczonej rozpuszczalności, który najczęściej ma gęstość większą niŝ olej. Po uruchomieniu spręŝarki pompa olejowa, w wyniku rozwarstwienia się podczas postoju roztworu olej-czynnik, zasysa z dolnej części misy olejowej prawie czysty czynnik - co prowadzi nieuchronnie do zatarcia łoŝysk. Podobne objawy jak w czasie rozruchu występują przy nagłej zmianie temperatury wrzenia, z wysokiej do niskiej. Rozpowszechnioną metodą zapobiegania tym niekorzystnym zjawiskom jest ogrzewanie oleju podczas postoju spręŝarki grzałką elektryczną. Umieszcza się ją najczęściej w oleju (rys. 3) a w małych spręŝarkach pod misą olejową. Grzejnik włącza się samoczynnie w momencie zatrzymania spręŝarki i wyłącza po uruchomieniu. Ogrzewanie oleju podczas postoju spręŝarki stało się regułą dla spręŝarek R22, a jest przydatne dla spręŝarek spręŝających czynniki o nieograniczonej rozpuszczalności, stosowanych w klimatyzacji oraz jako pompy ciepła. Stosuje się je niekiedy równieŝ w spręŝarkach NH 3, w urządzeniach o wysokiej temperaturze wrzenia i niskiej temperaturze otoczenia. Temperatura oleju podczas postoju winna wynosić C i przewy Ŝszać temperaturę otoczenia o C. Ogrzewanie stosuje się zwykle wówczas, jeŝeli napełnienie urządzenia czynnikiem jest większe niŝ 100 g na 1 kw wydajności. Moc grzałek wynosi od kilkunastu do kilkuset watów. Dla spręŝarki o mocy napędowej ok. 10 kw stosuje się zwykle grzałkę od W.

8 Rys. 3. Schemat układu smarowania spręŝarki: 1 - filtr, 2 - wkładka magnetyczna, 3 - pompa, 4 - przewód tłoczny, 5 - komora dławnicy, 6 - filtr bocznikowy dokładnego oczyszczania, 7 - łoŝysko główne, 8 - wał wykorbiony, 9 - manometr róŝnicowy, 10 - presostat róŝnicowy, 11 - zawór przelewowy, 12 - chłodnica oleju, 13 - zawór do napełniania i spustu oleju, 14 - grzejnik elektryczny 6. Wnioski Z powyŝej przedstawionych argumentów moŝna stwierdzić, Ŝe regulacja wydajności chłodniczej w urządzeniach średniej wielkości jest celowe. NaleŜy zauwaŝyć, Ŝe urządzenie chłodnicze za stale pracującą spręŝarką oraz z na, stałe ustawionym elementem dławiącym nie mogłoby zapewnić takiej samej temperatury komory chłodniczej w okresie letnim i zimowym, co za tym idzie nie spełniło by wymagań odbiorcy urządzenia. Jednak regulacja niesie za sobą takŝe niekorzystne skutki i zagroŝenia dla spręŝarki np. rozwarstwianie się olejów, pienienie oleju, moŝliwość wystąpienia uderzenia hydraulicznego, problemy z powrotem oleju do spręŝarki z układu chłodniczego.

9 7.Lliteratura Urlich Technika Chłodnicza Poradnik tom 1. L.Cantek, M.Białas SpręŜarki Chłodnicze Wykład z Automatyki Chłodniczej