Dariusz Nanowski Akademia Morska w Gdyni WSPÓŁPRACA SPRĘŻAREK CHŁODNICZYCH Z FILTRAMI SSĄCYMI W opracowaniu, na przykładzie rzeczywistej chłodniczej instalacji okrętowej analizuje się wpływ siatkowych filtrów, instalowanych na rurociągach ssących sprężarek chłodniczych, na pracę tych sprężarek. Przedstawiono teoretyczny opis strat dławienia, jaki uwzględnia współczynnik napełnienia λ, określany dla sprężarek tłokowych, oraz omówiono rzeczywiste skutki pracy w instalacji chłodniczej zabrudzonych filtrów. Słowa kluczowe: sprężarki chłodnicze, straty dławienia, współczynnik oporów. WSTĘP Badania przedstawione w niniejszej pracy dotyczą analizy wydajności objętościowej sprężarki chłodniczej, która jest zależna od stanu technicznego eksploatowanych filtrów zabudowywanych po stronie ssawnej sprężarek. Celem artykułu jest pokazanie na rzeczywistym przykładzie, jakie mogą nastąpić zakłócenia w obiegu chłodniczym wskutek niewłaściwego stanu technicznego filtra siatkowego, tzn. jego nadmiernego zabrudzenia czy też uszkodzenia mechanicznego. Trzy ośmiocylindrowe sprężarki w układzie W, o średnicy tłoka 105 mm i jego skoku 85 mm, pracujące z czynnikiem chłodniczym R-22, miały następujące parametry: wydajność chłodnicza każdej sprężarki przy temperaturach skraplania t k = +30 C i parowania t 0 = 15 C wynosiła Q o = 771 000 kj/h, moc elektrycznego silnika napędowego przy n = 1450 obr/min N e = 98 kw. Sprężarki zostały zainstalowane w systemie chłodzenia w taki sposób, aby możliwa była ich eksploatacja jako jedno- bądź dwustopniowych, przy czym określono różnicę 50K pomiędzy temperaturą skraplania i parowania jako granicę, powyżej której zalecane jest stosowanie układu dwustopniowego. Na rysunku 1 przedstawiono układ sprężarek eksploatowanych na statku. Sprężarki w instalacji chłodni ładunkowej statku zainstalowane są w układzie przedstawionym na rysunku 2.
110 ZESZYTY NAUKOWE AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 71, grudzień 2011 Rys. 1. Układ sprężarek chłodni ładunkowej Fig. 1. The layout of cargo refrigerant plant compressors Typowy układ [2, 3] zabezpieczający pracę sprężarek składał się z presostatów: minimalnego, maksymalnych obu stopni i różnicowego, kontrolującego ciśnienie oleju w układzie smarnym. Do ograniczenia maksymalnej temperatury czynnika chłodniczego na tłoczeniu sprężarki wykorzystano termostat Danfossa RT 107.
D. Nanowski, Współpraca sprężarek chłodniczych z filtrami ssącymi 111 Rys. 2. Układ sprężarek w instalacji chłodni ładunkowej Fig. 2. Compressors` layout in the refrigeration plant
112 ZESZYTY NAUKOWE AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 71, grudzień 2011 1. STRATY DŁAWIENIA Współczynnik napełnienia λ, określający straty w wydajności objętościowej sprężarki tłokowej w stosunku do jej wydajności objętościowej skokowej, uwzględnia cztery składowe tej straty [1, 4]: λ = λ s λ d λ q λ n, (1) przy czym: λ s uwzględnia straty związane z istnieniem przestrzeni szkodliwej, λ d uwzględnia straty dławienia na ssaniu sprężarki, λ q uwzględnia straty związane z cieplnym oddziaływaniem elementów sprężarki na czynnik obiegowy, λ n uwzględnia straty nieszczelności. Na wykresie indykatorowym sprężarki tłokowej (rys. 3) przedstawiono straty, wynikające z oporów dławienia po stronie ssawnej. Rys. 3. Straty dławienia w sprężarce tłokowej Fig. 3. Throttling losses of reciproacting compressor Współczynnik tych oporów λ d określa zależność: V λ d =, (2) V przy czym: V objętość zasysanego czynnika obiegowego bez strat dławienia, V objętość zasysanego czynnika obiegowego przy uwzględnieniu strat dławienia wynikających z obniżenia ciśnienia na ssaniu sprężarki o ΔP ss, V o objętość szkodliwa, V sk objętość skokowa sprężarki,
D. Nanowski, Współpraca sprężarek chłodniczych z filtrami ssącymi 113 P k ciśnienie skraplania, P o ciśnienie parowania, ΔP ss spadek ciśnienia na ssaniu sprężarki. Jednym z elementów wpływających na wartość ΔP ss i tym samym współczynnika uwzględniającego straty dławienia na ssaniu sprężarki jest czystość filtrów (poz. 11, rys. 2) zabudowanych na ssaniu sprężarek. W tej instalacji były to stalowe siatkowe filtry Grasso TDZ 100. 2. EKSPLOATACJA SPRĘŻAREK Podczas kontroli pracy opisanych sprężarek stwierdzono następujące nieprawidłowości w działaniu sprężarek: po uruchomieniu sprężarki nr 1 następowało jej automatyczne zatrzymanie po kilkusekundowej pracy wskutek zadziałania presostatu minimalnego ciśnienia całkowicie zabrudzony filtr blokował przepływ czynnika chłodniczego do sprężarki, na sprężarce nr 2 zanotowano spadek ciśnienia na filtrze (poz. 11, rys. 2) rzędu 0,4 bara, co powodowało znaczną stratę wydajności sprężarki, zgodnie z opisem przedstawionym w punkcie 1, nie odnotowano znacznego spadku ciśnienia czynnika chłodniczego na filtrze sprężarki nr 3, ale problemy z osiągnięciem prawidłowego ciśnienia oleju smarnego były przyczyną wykonanego remontu, który jednak nie przyniósł oczekiwanej poprawy. Podczas remontu nie sprawdzono stanu filtra ssawnego (poz. 11, rys. 2). Po remoncie sprężarki problemy z uzyskaniem ciśnienia oleju jeszcze się spotęgowały do tego stopnia, że w celu wprawienia w ruch sprężarki nr 3 konieczne było zatrzymanie innej, pracującej sprężarki, jeśli była wcześniej uruchomiona. PODSUMOWANIE We wszystkich trzech przypadkach nieprawidłowa praca sprężarek spowodowana była zakłóceniem przepływu czynnika obiegowego, wywołanym niedrożnymi filtrami strony ssącej sprężarek. O ile dwa pierwsze są dość oczywiste, o tyle skojarzenie problemów ciśnienia oleju ze stanem filtra ssącego sprężarki nr 3 nie było już takie oczywiste dla załogi statku, pomimo konieczności wyłączania pracujących pozostałych sprężarek podczas jej uruchamiania sytuacji, która trwała nieomal rok. Podczas przeglądu filtrów ssawnych okazało się, że te na sprężarkach nr 1 i 2 były zabrudzone do tego stopnia, że zamówiono nowe, gdyż nie można było ich całkowicie oczyścić.
114 ZESZYTY NAUKOWE AKADEMII MORSKIEJ W GDYNI, nr 71, grudzień 2011 Filtr nr 3, oprócz znacznego zanieczyszczenia, był dodatkowo zniekształcony wskutek nieprawidłowego montażu. To powodowało, że nie powstawał na tyle duży spadek ciśnienia R22 na dolocie do sprężarki, aby istniał powód do jego przeglądu przez załogę statku. Jednak podczas startu sprężarki zakłócenie przepływu czynnika chłodniczego powodowało pienienie się oleju w karterze sprężarki i związane z tym problemy z uzyskaniem ciśnienia oleju na tłoczeniu pompy olejowej. LITERATURA 1. Bohdal T., Charun H., Czapp M., Urządzenia chłodnicze sprężarkowe parowe, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 2003. 2. Bonca Z., Automatyka chłodnicza i klimatyzacyjna, Wydawnictwo Uczelniane WSM, Gdynia 2000. 3. Bonca Z., Chłodnictwo okrętowe, Wydawnictwo Uczelniane WSM, Gdynia 1998. 4. Królicki Z., Termodynamiczne podstawy obniżania temperatury, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2006. THE OPERATION OF REFRIGERATION COMPRESSORS WITH SUCTION FILTERS Summary This paper refer to some existing refrigeration plant. The operation of refrigeration compressors is analyzed and influence of suction filters for this operation. Theoretical losses caused by filter throttling are presented. Real effects of incorrect maintenance of filters are described. As shown in this paper there are many different failures of the compressors operation caused by incorrect technical condition of the filter. There are two fundamental problems, which could occur loss of refrigeration compressor volume capacity and difficulties in its lubricating oil system. First one is rather obvious, but second as shown is not associated with technical condition of suction filter. Keywords: refrigeration compressors, throttling losses, flow resistance coefficient.