что такое перегрев в холодильной машине

Перегрев промышленного холодильного оборудования: причины и методы устранения

Холодильная система предприятия является сложно устроенной и настроенной системой, и неисправность одного элемента, также как и несбалансированная работа их совокупности, приводит к выходу из строя оборудования и прерыванию холодильного цикла.

Причины перегрева холодильного компрессора и другого промышленного холодильного оборудования

Основным признаком неисправной работы холодильной системы является перегрев, т.е. превышение допустимых температурных показателей какой-либо ее части, влияющее на работу как этой части, так и всей системы в целом. В большинстве случаев страдает холодильный компрессор: из-за загрязнения поверхности конденсатора или поломки его электродвигателя, забитого фильтра-осушителя или капиллярного трубопровода, чрезмерного количества хладагента в холодильном контуре, а также вследствие других причин происходит чрезмерный нагрев холодильного компрессора и его автоматическое отключение. Незапланированные и/или слишком частые остановки холодильного оборудования влияют на эффективность работы холодильного оборудования, приводя к прерыванию производственного цикла, что на многих предприятиях (пищевых заводах, холодильных складах) приводит к порче продукции, появлению брака и несет за собой огромные убытки для собственника. А в случае, когда перегрев происходит слишком часто, когда не справляется или неправильно отрегулирована автоматика для холодильного оборудования, компрессор холодильной машины выходит из строя, что означает еще и дополнительные капитальные затраты на ремонт вышедшего из строя или покупку нового холодильного оборудования.

Настройка ТРВ как метод предотвращения перегрева холодильного компрессора

В современных холодильных системах в обязательном порядке предусматриваются методы автоматического прерывания работы холодильного компрессора при наступлении угрозы его перегрева. Данная роль отводится терморегулирующему вентилю (ТРВ), который регулирует подачу хладагента в испаритель холодильной установки. Положение иглы, которая выполняет роль регулирующего органа в ТРВ, обуславливается температурой в испарителе, которая, в свою очередь, зависит от перегрева паров хладагента на выходе из испарителя. Благодаря ТВР осуществляется контроль холодильного оборудования и в холодильный испаритель подается только тот объем хладагента, который может полностью испариться. Настройка перегрева ТРВ – сложный и трудоемкий процесс, который может производиться только силами квалифицированных специалистов в области холодоснабжения. Из-за слишком высокого значения перегрева двигатель компрессора может перегореть, а недопустимое снижение перегрева может стать причиной гидравлического удара, губительного для холодильного компрессора.

Методы устранения перегрева холодильного оборудования

Самым действенным методом устранения перегрева холодильного оборудования является его недопущение. Следование рекомендациям завода-изготовителя и своевременное обслуживание и ремонт холодильного оборудования является залогом долгой и эффективной работы холодильной системы предприятия.

Специалисты НПП «Холод», работая на международном рынке холодильного оборудования уже более 25 лет, заслужили репутацию надежных партнеров и настоящих профессионалов в своем деле. Наши специалисты имеют квалификацию, теоретические знания и практический опыт, позволяющие производить качественные работы и оказывать профессиональные услуги по обслуживанию систем холодоснабжения. Всякий раз, осуществляя наладку холодильной системы или выполняя ремонт холодильного оборудования в Москве и других городах как России, так и зарубежья, специалисты НПП «Холод» производят визуальный осмотр аппаратов, проверяют настройки оборудования и контрольные величины. В случае загрязнений осуществляется промывка теплообменников и других аппаратов, проверяются настройки перегрева ТРВ, а также производятся другие манипуляции. При необходимости ремонта осуществляется замена запчастей для холодильного оборудования из имеющихся на складе или поступает запрос к компаниям-партнерам. Обращаясь в НПП «Холод», вы получаете качественно оказанные услуги и произведенные работы в короткие сроки за адекватную цену.

Источник

Что происходит с перегревом?

Отметим, что перегрев должен быть минимально допустимым, не провоцирующий пульсаций давления на входе из испарителя. Как на испарителе охлаждения жидкости, так и на испарителе воздухоотделителя с непосредственным охлаждением воздуха, величина перегрева позволяет дать оценку степени заполнения воздухоотделителя. Проводя диагностику любой холодильной машины, основным показателем является величина перегрева (рис.83.6).

Следует всегда быть внимательными, поскольку недопустимое снижение перегрева свидетельствует о заливе испарителя жидким хладагентом, что может стать причиной возникновения губительных для компрессора гидравлических ударов. Аналогичный риск имеет место и в охладителях жидкости.

Что касается водоохлаждающих машин, то для них перегреву пара на выходе из испарителя свойственно меняться от 4 К до 8 К (рис.83.7). Если речь идет о моноблочных агрегатах, то они имеют заводскую настройку ТРВ, которую изменять не рекомендуется.

В холодильных машинах высокой производительности, компрессор, как правило, оборудуют регулятором производительности. В данных агрегатах может быть установлено несколько параллельных компрессоров. Если в одном холодильном контуре работает три компрессора, то расход хладагента меняется в зависимости от количества работающих компрессоров: 100% — 3 действующих компрессора, 66% — 2 действующих компрессора, 33% — 1 компрессор и 0% — компрессоры отключены.

Поскольку ТРВ один, то ему необходимо подавать хладагент в испаритель независимо от режима работы централи. Номинальную холодопроизводитеьность определяют тогда, когда расход хладагента составляет 100%. Исходя из этого следует, что ТРВ необходимо адаптироваться к изменениям расхода. Ему нужно поддерживать перегрев пара в указанных пределах, когда холодопроизводительность составляет 100%, 66% и 33%. При регулировании холодопроизводительности (меняется число работающих компрессоров) перегрев не остается постоянным.

По мере снижения температуры воды на входе в испаритель, датчик температуры подает команду на включение одного, а после — двух других компрессоров. ТРВ оказывается переразмеренным и испаритель начинает переполняться жидким хладагентом. Иногда ТРВ может стать причиной возникновения пульсаций давления в испарителе, соответственно, и на входе в компрессор.

В нашем случае (сравниваем рис.83.8 и рис.83.9) перегрев снижается с 6 К (производительность 100%) до 9 С – 4 С=5 К (минимальная производительность).

Теперь отрегулируем ТРВ на перегрев 6 К. При увеличении производительности перегрев снова измениться. Поэтому не следует менять заводскую настройку ТРВ самостоятельно, не понимая последствий такого вмешательства.

Если необходимо произвести настройку ТРВ на определенную величину перегрева в централи по производству ледяной воды, то выполнять ее следует при максимальной производительности централи (100%) и температуре воды на входе в испаритель равной 12 С. Не нужно настраивать ТРВ на малый перегрев, поскольку при снижении холодопроизводительности он будет уменьшаться. Необходимо всегда проверять величину перегрева, поскольку при пониженной холодопроизводительности перегрев не должен опускаться ниже 4 К.

Данная проблема не возникнет, если в централи установлен электронный ТРВ, поскольку встроенный процессор постоянно поддерживает перегрев на оптимальном уровне.

Вернемся к рисунку 83.8. Централь работается с максимальной холодопроизводительностью (задействованы все три компрессора), и перепад температур по воде равен 5 К. Известно, что расход воды через испаритель является постоянной величиной, поэтому если компрессор работает, то перепад температур по воде не может быть больше 5 К.

Источник

Необходимость перегрева хладагента в процессе парообразования в испарителе

1. Необходимость перегрева хладагента в процессе парообразования в испарителе

Рассмотрим парокомпрессионный цикл с хладагентом R22 и температурой испарения +5 °С, обычно используемый при комфортном кондиционировании.

Рис. 2.7. Реальный цикл холодильной машины на T-S диаграмме

В точке 1 на входе испарителя давление составляет примерно 4,8 бара, а температура +5 °С. В точке 1 (рис. 2.7 и 2.8) жидкость начинает испаряться, и чем ближе к точке 2, тем больше в испарителе пара и меньше жидкости. Однако давление и температура по всей длине испарителя остаются постоянными. В точке 2 жидкости уже нет, есть только пар.

Однако производить сжатие в этой точке еще нельзя, так как из-за изменения, например, температуры окружающей среды, точка 2 может «плавать», сдвигаясь при этом в область парожидкостной фазы. Поступление части жидкости в компрессор может привести к гидродинамическому удару (влажный ход) и выходу компрессора из строя.

Поэтому отбор тепла производят до тех пор, пока на выходе из испарителя не произойдет перегрев пара на 5–8 К выше температуры кипения (точка 3). Этот режим называется режимом «сухого хода».

Рис. 2.8. Процесс испарения в холодильной машине

Кроме того, данный режим обеспечивает повышение холодопроизводительности холодильной машины.

Температуру испарения следует выбирать как можно выше, так как повышение температуры испарения на 1 °С ведет к повышению холодопроизводительности на 3–5 %.

Рассмотрим, что происходит с охлажденным воздухом, который с помощью вентилятора проходит через испаритель.

Пусть температура воздуха на входе в испаритель равна 22 °С, а на выходе 15 °С. Перепад температуры воздуха составляет , а полный перепад между температурой хладагента (5 °С) и температурой воздуха на входе составит:

.

и зависят от влажности окружающего воздуха. Как правило, для испарителей, охлаждающих воздух, могут быть приняты следующие значения:

= 6–10 К; = 16–20 К.

2. Наличие потерь в компрессоре

Потери в компрессоре возникают из-за трения, наличия мертвого объема, наличия масла в хладагенте, охлаждения встроенного электродвигателя хладагентом др. Эти потери можно уменьшить, увеличив степень сжатия и температуру сжатого хладагента до 60–70°С (линия 3-4, рис. 2.7), хотя температура конденсации должна быть около 40 °С.

Рис. 2.9. Изменение температуры по длине конденсатора

Разность между температурой конденсации и температурой окружающей среды должна быть как можно меньше, так как снижение температуры конденсации на 1 °С ведет к увеличению холодопроизводительности на 1 %.

3. Снятие перегрева и переохлаждение конденсатора

Учитывая, что для исключения потерь в компрессоре температура хладагента повышена до 60–70 °С, то при конденсации нам необходимо прежде всего снять перегрев и привести хладагент к требуемой температуре конденсации (линия 4-5, рис. 2.7).

Рис. 2.10. Процесс конденсации в холодильной машине

На вход конденсатора поступает хладагент в виде перегретого пара с температурой t = 70 °C. (точка 4, рис. 2.9 и 2.10). Воздух, проходящий через конденсатор (в конденсаторах с воздушным охлаждением), охлаждает хладагент при постоянном давлении.

Хладагент начинает конденсироваться и в точке 5 появляются первые капли жидкости. По мере приближения к точке 6 количество жидкой фракции будет увеличиваться, а в точке 6 жидкость составит 100 %. Однако дросселировать газ в этой точке нецелесообразно из-за возможных потерь при дросселировании. Потери при дросселировании определяются физическими свойствами холодильного агента, а также интервалом температур до и после дросселирования ‑ чем больше интервал, тем больше потери. Поэтому одним из способов снижения потерь является уменьшение этого интервала путем понижения температуры жидкого хладагента перед дросселированием.

Это обеспечивается переохлаждением хладагента в конденсаторе на 5–8 К относительно температуры конденсации. Процесс переохлаждения идет по лини 6-7′ (рис. 2.9), а в ряде случаев линия переохлаждения совпадает с пограничной кривой (линия 6-7). В точке 7′ давление составляет 15 бар, температура – 32–35 °С. Перепад температур воздуха, нагреваемого конденсатором, составляет 5–10 К. Температура конденсации должна быть на 10–15 К выше температуры окружающей среды.

4. Потери при дросселировании

Хотя в парокомпрессионном цикле работа расширения составляет небольшую часть работы цикла, обеспечить адиабатическое расширение крайне сложно. Поэтому применяют дросселирование с помощью терморегулирующего вентиля (ТРВ) или трубки малого сечения (капиллярной трубки). Дросселирование обеспечивает понижение давления без изменения энтальпии. Однако в процессе дросселирования реальных газов температура понижается меньше, чем при адиабатическом расширении. Это объясняется наличием частичного парообразования за счет выделения теплоты трения в процессе дросселирования. Вследствие этого снижаются полезная работа расширения и холодопроизводительность. Этот необратимый процесс идет с увеличением удельной энтропии. Следовательно, на T-S диаграмме линия процесса дросселирования пойдет не вертикально вниз (H =const), а наклонно (линия 7′-1).

Таким образом, на T-S диаграмме парокомпрессионный цикл описывается следующими процессами:

1-2 – отбор тепла от охлаждаемой среды при парообразовании (кипении) хладагента в испарителе при постоянном давлении;

2-3 – отбор тепла от охлаждаемой среды при перегреве газообразного хладагента в испарителе;

3-4 – сжатие хладагента компрессором;

4-5 – снятие перегрева хладагента в конденсаторе;

5-6 – конденсация хладагента;

6-7 или 6-7′ – переохлаждение хладагента;

7-1 или 7′-1 – дросселирование хладагента.

Удельная холодопроизводительность (на 1 кг хладагента) пропорциональна площади a-1-2-3-d-а. Затраченная работа площади – 1-2-3-4-5-6-7′-1.

Энергия, отданная конденсатором, пропорциональна сумме вышеуказанных площадей, то есть площади a-1-7′-6-5-4-3-d-а.

Увеличение холодопроизводительности за счет переохлаждения конденсатора равно площади a-1-1′-b-а.

Увеличение холодопроизводительности за счет перегрева хладагента при кипении равно площади c-2-3-d-с.

Источник

Принципы работы терморегулирующего вентиля (ТРВ)

Если температура термобаллона превысит 11 С, то это повлечет и увеличение давления (оно станет больше 6 бар) и ТРВ откроется. Когда температура и давление станут ниже 11 С и 6 бар соответственно, то ТРВ закроется.

Получается, что при соответствующей настройке регулировочной пружины ТРВ (1,4 бар), будет поддерживаться постоянная разница между температурой кипения и температурой термобаллона в 7 К.

Основные причины аномального перегрева

На (рис. 5.1) tB= tE= температуре кипения=4 С. В точке D температура составляет 18 С, а перегрев составляет 14 К.

Объясняется это следующим образом: если холодильный контур имеет нормальную работу, то последние капли жидкости в точке С уже выкипели. Далее пары продолжают нагреваться – участок C-D. Когда участок C-D заполнен парами, обеспечивается нормальный перегрев.

Когда в испарителе хладагент находится в недостаточном количестве, длина участка, заполненного парами, увеличивается (рис.5.1 точка Е), в результате чего перегрев значительно возрастает. Если температура в точке D достигнет 18 С, то перегрев составит 14 К.

Чрезмерно низкий перегрев (меньше 5 К)

Практика показывает, что даже после выполнения настроек ТРВ, системе необходимо 20 минут для того, чтобы войти в новый режим.

В стабильно работающих установках открытие ТРВ действительно приводит к увеличению давления кипения, в связи с этим необходимо знать, что в функции ТРВ не входит его регулировка. Основное назначение ТРВ – это оптимальное заполнение испарителя при различных тепловых нагрузках для обеспечения постоянного перегрева всасываемых паров.

Как перегрев влияет на холодопроизводительность?

Поэтому для максимальной холодопроизводительности необходимо следить, чтобы испаритель был как можно больше заполнен хладагентом. Снижая перегрев необходимо следить, чтобы жидкость не попадала на вход в компрессор. Если в системе слишком большой перегрев, то это означает, что ТРВ пропускает слишком мало жидкости (почти закрыт). Низкая холодопроизводительность испарителя свидетельствует о том, что перепад температур Δθ на входе-выходе является незначительным. Давление кипения на выходе из ТРВ падает, и трубопровод покрывается инеем. При низком перегреве отверстие ТРВ пропускает много жидкости или полностью открыто. Если в испарителе содержится много жидкости, то наблюдается высокая холодопроизводительность и перепад температур Δθ для охлаждаемого воздуха является нормальным. В этом случае в компрессор могут попадать губительные для него частицы жидкости.

Воздействие температуры охлаждаемого воздуха

Если охлаждаемый воздух поступает к испарителю с температурой 25 С, то участка трубопровода А-В достаточно, чтобы обеспечить перегрев паров в 7 К. Давление кипения в этом случае соответствует 5,2 барам, что является эквивалентом температурному напору Δθполн 18 К.

В данном случае установка работает нормально, температура окружающей среды падает, как и температура на входе в испаритель. Допустим, что температура на входе в испаритель снизилась на 20 С. При прежних настройках ТРВ перегрев остается почти постоянным – 7 К. Чтобы перегрев паров остался прежним при более низкой температуре, необходимо увеличить участок трубопровода испарителя, где происходит обмен между воздухом и парами хладагента. При температуре наружного воздуха 20 С длина участка А?-В больше для обеспечения перегрева 7 К, чем участка А-Б при температуре 25 С, для обеспечения аналогичного перегрева паров. Поскольку в данных участках находятся только пары, то можно утверждать, что при температуре воздуха на входе в испаритель 20 С в нем находится меньше жидкого хладагента, нежели при температуре 25 С.

При поступлении в ТРВ более холодного воздуха он начинается закрываться, что приводит к снижению количества жидкости и уменьшении холодопроизводительность. Давление кипения также снижается. Говоря другими словами, при снижении температуры воздуха на входе в испаритель, сечение ТРВ становится меньше, для сохранения необходимого перегрева. При этом давление кипения также уменьшается. Температурный напор Δθполн остается неизменным, если давление конденсации не меняется и правильно отрегулировано.

Производительность ТРВ

Аналогичная ситуация происходит и с терморегулирующим вентилем: при снижении расхода жидкости давление между входом и выходом уменьшается, и увеличивается при его повышении. Также следует помнить о том, что увеличение расхода жидкости хладагента, проходящего через терморегулирующий вентиль, повышает его производительность, а, следовательно, и мощность установки.

Необходимо различать следующие понятия: производительность ТРВ, поглощающая способность испарителя и холодопроизводительность.

Под производительностью терморегулирующего вентиля понимают максимальный расход, способный пропускать данный элемент при полностью открытом отверстии и фиксированном перепаде давления ΔР. Исходя из этого, можно сделать вывод, что производительность напрямую зависит от диаметра сечения сменного клапанного узла внутри ТРВ. Данная зависимость отображена на схеме рис.8.2.

Проходное сечение В обладает большим диаметром чем b, а, следовательно, может пропускать больше жидкости. Таким образом, терморегулирующий вентиль с клапанным узлом, имеющим сечение В, обладает большей производительностью, чем ТРВ с патроном сечением b.

При этом производительность ТРВ и холодопроизводительность испарителя должны быть равны, поскольку через ТРВ может проходить столько жидкости, сколько сможет выкипеть в испарителе.

В приведенной ниже таблице 8.1 указаны данные по выбору ТРВ для установки на R22.

Точка 1: Производительность ТРВ 3,32 кВт при tk=50 С и to=0 С (ΔР=18,4-4=14,4 бар)

Точка 2: Производительность ТРВ 2,88 кВт при tk=35 С и to=0 С (ΔР=12,5-4=8,5 бар)

Точка 2: Производительность ТРВ 2,53 кВт при tk=35 С и to=10 С (ΔР=12,5-5,8=6,7 бар)

Следовательно, для температуры кипения 0 С производительность снижается с 3,32 до 2,88 кВт при уменьшении ΔР с 14,4 до 8,5 бар, что равняется 13%.

При температуре конденсации 35 С производительность терморегулирующего вентиля снижается с 2,88 до 2,53 кВт и ΔР уменьшается с 8,5 до 6,7 бар – 12%.

Поэтому ТРВ и маркируются по производительности. Некоторые изготовители указывают номинальную производительность данной величины для определенных условий работы (+5/+32 С переохлаждение 4 К). Так, номинальная производительность ТРВ компании DANFOSS марки TEX5-3 составляет 3 тонны, а ALCO марки TIE4HW – 4 тонны.

Стоит помнить, что номинальная производительность обозначает только порядок величины, а ее конкретное значение будет показано на практике. Определяется оно рабочим перепадом и паспортом ТРВ, устанавливающим определенное значение производительности для данного проходного сечения.

Пульсации ТРВ

В точке to хорошо налаженный ТРВ обеспечит перегрев 7 К. В целом, установка показывает стабильную работу и необходимый перегрев. На промежутке времени t1 открываем вентиль на один оборот, после чего сразу видим, как он быстро переходит на пульсирующий режим работы. При этом перегрев меняется от 2 до 14 К. Показания манометра НД также свидетельствуют о пульсации давления кипения, которые совпадают по частоте с изменениями кривой 2. На следующем промежутке t2 ТРВ открываем еще на оборот. При этом частота пульсации начинает быстро возрастать, и перегрев находится в промежутке 0-12 К.

Если дотронутся до всасывающего трубопровода, то можно отчетливо ощутить гидроудары, которые передаются в компрессор. При этом корпус компрессора будет холодным. Чем больше открываем регулировочный винт ТРВ, тем больше повышается его производительность. Пульсация свидетельствует о том, что пропускная способность ТРВ выше производительности испарителя.

Негативные нюансы пульсации

При дальнейшем открытии ТРВ, пульсации прекратятся, низкое давление стабилизируется, а температуры 1 и 2 приобретут одинаковое значение. Компрессор станет работать в условиях, когда на его входе имеются неиспарившиеся частицы. Правда, данный режим может привести к негативным последствиям.

Настройка терморегулирующего вентиля

Давайте рассмотрим наиболее простой и верный способ. К используемым манометрам подключаем электронный термометр, датчик которого крепим на термобаллоне ТРВ (рис.8.4). Для того, чтобы обеспечить стабильность настроек необходимо все действия производить при температуре близкой к отключению компрессора. Категорически не рекомендуется их выполнять при высокой температуре ТРВ в охлаждаемом объеме.

Предлагаемая технология настройки основана на том, что вначале необходимо ТРВ вывести на предельный режим, во время которого начнутся пульсации. Для этого ТРВ медленно открывается до появления пульсации (показания манометра НД и термометра остаются неизменными). При возникновении пульсаций перегрева необходимо прикрывать ТРВ до тех пор, пока они не прекратятся.

Не следует вращать регулировочный винт больше, чем на один оборот, поскольку предельный режим пульсации может наступить через ¼, а иногда и через 1/8 оборота. После всех совершенных изменений необходимо выждать порядка 15 минут. В конечном результате это поможет сократить общее время настройки.

Если в период работы установки в пульсирующем режиме слегка закрыть ТРВ (пол-оборота), то это будет значить, что терморегулирующий вентиль настроен на минимально возможный перегрев. В этом случае заполнение испарителя жидким хладагентом станет оптимальным, и пульсации прекратятся.

Стоит учитывать, что давление конденсации должно оставаться практически стабильным, но максимально приближенным к номинальным условиям работы, поскольку от нее зависит производительность ТРВ.

Источник