Глава 21. Оптимальный режим работы холодильной установки

Оптимальный режим работы всей установки опреде­ляется установлением определенных перепадов темпера­тур в теплообменных аппаратах и экономичного режима работы компрессора.

Основными параметрами, определяющими условия работы холодильной машины, являются температуры кипения, всасывания, конденсации, переохлаждения и нагнетания.

Температура кипения. Температуру кипения to опре­деляют по мановакуумметру, присоединенному к всасы­вающему трубопроводу компрессора. Мановакуумметр имеет две шкалы и показывает давление в испарителе и соответствующую ему температуру кипения жидкости. С понижением температуры кипения холодопроизводительность установки, а также мощность, потребляемая компрессором, значительно уменьшаются (см. рис. ).

При изменении температуры кипения в среднем на 1° С холодопроизводительность компрессора изменяется на 4—5%, потребляемая мощность — на 2% и удельный расход электроэнергии — на 2—3%.

Понижение температуры обусловливается увеличени­ем удельного объема пара, образовавшегося в испари­теле, что приводит к уменьшению массового расхода холодильного агента, засасываемого компрессором, изменением степени сжатия в компрессоре, в результате чего снижается коэффициент подачи и уменьшается мас­совый расход перекачиваемого холодильного агента, увеличением парообразования в регулирующем вентиле, в связи с чем уменьшается холодопроизводительность 1 кг холодильного агента, а также повышением отноше­ния давления нагнетания к давлению всасывания, вслед­ствие чего возрастает работа на сжатие 1 кг холодиль­ного агента, что требует дополнительного расхода элек­троэнергии.

При нормальной эксплуатации температурный напор, т. е. разность между температурами воздуха в охлажда­емом объекте и кипения холодильного агента или хладоносителя, принимают 7—10° С. В некоторых случаях экономически оправданными являются напоры 5° С (для камер охлаждения фруктов) и 12—20° С (судовые и бы­товые установки).

Для испарителей разность между средней темпера­турой охлаждаемой жидкости и температурой кипения холодильного агента поддерживается 4—6° С.

При эксплуатации величина температурного напора зависит в основном от состояния теплопередающей по­верхности, уровня заполнения испарителя холодильным агентом и соответствия между производительностями компрессоров и испарителей.

Температура кипения зависит от числа камер, под­ключенных к компрессору, и теплопритока к батареям. При отключении отдельных камер во время работы ком­прессора уменьшается поверхность испарительной сис­темы и понижаются температуры кипения.

Температура всасывания. Температуру всасывания компрессора определяют по термометру, установленному на всасывающем трубопроводе компрессора. Перегрев пара, всасываемого в компрессор, т. е. разность между температурами всасывания и кипения, является незави­симым, самоустанавливающимся параметром. Для ам­миачных холодильных установок оптимальным является перегрев 5—15° С, а для фреоновых холодильных уста­новок, оборудованных теплообменниками,— 10—45° С. Для низкотемпературных холодильных установок, снабженных несколькими теплообменниками, этот пере­грев может быть значительно выше. В большинстве слу­чаев перегрев пара холодильного агента в испарителе нежелателен. Однако в испарителях с терморегулирующими вентилями (в малых холодильных машинах) устанавливается минимальный перегрев, необходи­мый для работы терморегулирующих вентилей, 3—4° С.

Производительность терморегулирующих вентилей зависит, во-первых, от его настройки (натяжения пружи­ны) и, во-вторых, от перегрева выходящего пара. При изменении температуры кипения производительность терморегулирующего вентиля не постоянна, так как с понижением давления, действующего на чувствительный элемент, клапан прикрывается.

Увеличение перегрева свидетельствует о недостаточ­ной подаче жидкого холодильного агента в испаритель­ную систему. В этом случае заполнение охлаждающих приборов уменьшается, в результате чего снижается эко­номичность работы холодильной установки.

Если в испарительную систему подается больше жид­кого холодильного агента, чем его испаряется, то повы­шается уровень жидкого холодильного агента и часть его поступает во всасывающий трубопровод и в компрес­сор, что приводит к гидравлическому удару.

Температура конденсации. Температуру конденсации t_к определяют по манометру, установленному на нагне­тательной стороне холодильной установки. Манометр показывает давление конденсации и соответствующую ему температуру. Давление и температура конденсации зависят от расхода и температуры воды или воздуха, поступающих на конденсатор.

Разность между температурой конденсации и средней температурой воды составляет

4—6° С.

Нагрев воздуха в воздушных конденсаторах равен 5—6°С, а температурный перепад — 6—10° С. Верхний предел температуры конденсации для аммиачных ком­прессоров по ГОСТ 6492—68 составляет 40° С.

Повышение температуры конденсации на 1°С приво­дит к снижению холодопроизводительности на 1—2%, увеличению мощности на 1—1,5% и возрастанию удель­ного расхода электроэнергии на 2—2,5%. Это объясняет­ся увеличением отношения давления нагнетания к давле­нию всасывания, в результате чего уменьшается коэффи­циент подачи компрессора, а также происходит пере­расход электроэнергии.

Температура конденсации определяется расходом и температурой охлаждающей воды (воздуха), состоянием теплопередающей поверхности и соотношением вклю­ченных конденсаторов и компрессоров. Температуру конденсации можно понизить или включением дополни­тельных конденсаторов, или отключением части ра­ботающих компрессоров в случае, когда давление конденсации приближается к предельному значе­нию.

Температура переохлаждения. Температура переох­лаждения жидкого холодильного агента определяется разностью между температурами конденсации и холо­дильного агента перед регулирующим вентилем. Процесс переохлаждения происходит в теплообменных аппара­тах, конденсаторах, переохладителях, теплообменниках и промежуточных сосудах.

С понижением давления и температуры кипения жид­кого холодильного агента, проходящего через регулиру­ющий вентиль, одновременно происходит частичное Парообразование, которое обусловливает уменьшение холодопроизводительности. Чем ниже температура по­ступающей жидкости, тем меньше потери в регулирую­щем вентиле, т. е. ее парообразование.

При переохлаждении аммиака на 1°С холодопроизводительность повышается на 0,4%.

Включение переохладителя приводит к увеличению холодопроизводительности установки без затрат электроэнергии на работу компрессора.

При эксплуатации холодильной установки температура переохлаждения холодильного агента должна быть на —3°С выше температуры воды, поступающей в переохладитель.

В двухступенчатых холодильных установках дополнительное переохлаждение жидкого холодильного агента происходит в змеевике промежуточного сосуда. Температура жидкого холодильного агента, выходящего из змеевика промежуточного сосуда, на 2—3°С выше промежуточной температуры.

Вода, подающаяся на конденсатор, обычно поступает начала на переохладитель, а затем на конденсатор, значительное переохлаждение может происходить в слу­чае подачи на переохладитель холодной артезианской воды.

Температура нагнетания. Температуру нагнетания t_наг определяют по термометру, установленному на наг­нетательном трубопроводе компрессора. Температура нагнетания зависит в основном от температур кипения и конденсации, а также от величины перегрева пара на всасывании. Значения температур нагнетания в зави­симости от температур кипения и конденсации аммиач­ного компрессора приведены в табл. .

Температура нагнетания для аммиачных тихоходных горизонтальных компрессоров не более 135° С, а для блок-картерных и оппозитных не более 150° С. Темпера­тура нагнетания у поршневых компрессоров, работаю­щих на фреоне R12, не выше 125° С.

Для ротационных компрессоров, работающих на ам­миаке и R22, максимально допустимые температуры на­гнетания не превышают 110° С.

При высоких температурах нагнетания холодильного агента образуется нагар масла в цилиндрах компрессора и возможна вспышка масла, уменьшается вязкость мас­ла, что приводит к износу трущихся деталей.

При высокой температуре нагнетания значительно испаряется масло и повышается его унос из компрессо­ра в систему, что ухудшает работу теплообменных аппа­ратов и увеличивает расход смазочного масла. Темпе­ратуру нагнетания для аммиачных поршневых компрессоров холодильной установки можно приближенно опре­делить по зависимости

где t₀ — абсолютное значение температуры кипения, ^оС.

По этой зависимости можно получить удовлетвори­тельные результаты при изменении температур кипения от —5 до —25° С и конденсации от 25 до 40° С, а также при перегреве пара на всасывании от 5 до 15° С.

Значения перегрева нагнетания для фреоновых ком­прессоров, работающих с перегревом на всасывающей стороне на 20° С, приведены в табл. .

Таблица

Примечание. В числителе указана величина перегрева для ком­прессора, работающего на R12, в знаменателе — на R22.

Таблица