Соотношение холодопроизводительностей компрессора и испарителя холодильной машины в неустановившемся состоянии

Как отмечено ранее, процессы в каждом из элементов холодильной машины взаимосвязаны. Они в значительной мере зависят, например, от величины теплопритока к поверхности испарителя, от температу­ры среды, отводящей тепло от поверхности конденсатора, и т. д.

Количество паров, образующихся в испарителе, зависит от величи­ны теплопритоков к его поверхности. Выполнение технологических требований, состоящих в поддержании заданной температуры в охлаж­даемом объеме, предполагает, что при любом температурном режиме компрессор должен отводить все образующиеся пары из испарителя. В противном случае пары скапливаются в испарителе, повышаются давление кипения, температура кипения и процесс кипения прекра­щается. Следовательно, холодопроизводительность компрессора всегда должна быть рассчитана на наибольшую величину тепловой нагрузки. Если это требование проиллюстрировать выбором компрессора для домашнего холодильника, то компрессор должен быть установлен такой, чтобы он обеспечивал работу холодильной машины даже при экстре­мальных условиях эксплуатации холодильника, т. е. при температуре наружного воздуха tm = 32 °С и при условии полной загрузки холо­дильника продуктами (требование ГОСТ). Поэтому компрессор хо­лодильной машины домашнего холодильника, как, впрочем, и любого типа торгового холодильного оборудования, рассчитывается на мак­симальную величину теплопритоков в охлаждаемый объем, которые воспринимаются поверхностью испарителя.

Таким образом, обязательным требованием в выборе элементов хо­лодильных машин торгового холодильного оборудования является соответствие холодопроизводительности компрессора максимальной холодопроизводительности испарителя. При иных, не экстремальных по тепловой нагрузке на испаритель условиях работы холодильной ма­шины работа компрессора должна приводить к понижению в испари­теле давления и температуры кипения fo, °С (рис. 14.6).

Рис. 14.6 Изменение температуры кипения холодильного агента в испарителе во времени

Рис. 14.7 Вентили постоянного давления (ВПД) а) «до себя»; в) «после себя»

Поскольку температура воздуха в охлаждаемом объеме tBK, °С, зави­сит от температуры кипения, температура воздуха также понижается. Понижение температуры воздуха меньше, чем изменение температу­ры кипения холодильного агента в испарителе. Однако даже эти не­большие колебания температуры воздуха в охлаждаемом объеме тех- .нологически неприемлемы.

При хранении охлажденных продуктов температура воздуха может понизиться ниже технологически заданной температуры T , "С, что не­допустимо, поскольку возможно замерзание продукта, изменение его исходных свойств. Поэтому при достижении заданной предельно низ­кой температуры кипения холодильного агента в испарителе (точка «а», рис. 14.6) или воздуха в охлаждаемом объеме (точка «с») следует отключить электродвигатель компрессора. При повышении темпера­туры кипения холодильного агента до температуры £отах, °С (точка «в», рис. 14.6) компрессор включается.

Регулировать холодопроизводительность компрессора можно раз­личными способами: посредством изменения удельной объемной холо­допроизводительности компрессора, изменением (ухудшением) коэф­фициента подачи компрессора, перепуском части холодильного агента из нагнетательного трубопровода во всасывающую полость цилиндра компрессора (байпасирование), ухудшением коэффициента подачи ком­прессора, а также ступенчатым или плавным (в основном для двигате­лей постоянного тока) изменением скорости вращения ротора электро­двигателя и т. д.

Выбор метода регулирования холодопроизводительности компрес­сора в значительной мере определяется практической целесообразно­стью принятого технического решения, технико-экономическими со­ображениями и простотой технической конструкции.

Изменение удельной объемной холодопроизводительности компрес­сора достигается дросселированием всасываемого пара в вентиле по­стоянного давления (ВПД) «до себя» (а, рис. 14.7).

Вентиль постоянного давления обеспечивает сохранение постоян­ного давления по ходу холодильного агента «до себя» или «после себя».

При понижении давления кипения ро, МПа, клапан 1 прикрывает проходное сечение вентиля, благодаря чему понижается давление вса­сывания и уменьшается холодопроизводительность компрессора.

Плавное байпасирование, т. е. перепуск части холодильного агента из нагнетательной линии во всасывающую, обеспечивается установ­кой ВПД «после себя» (в, рис. 14.7).

Вентиль постоянного давления (ВПД) используют и для поддер­жания двух температур кипения при одном компрессоре (рис. 14.8).

В данном случае используется вентиль «до себя», позволяющий в охлаждаемом объеме с более высокой температурой кипения поддер­живать и более высокую температуру воздуха.

Вентиль установлен на паровой линии, идущей от испарителя ка­меры с более высокой температурой воздуха tK2. Величина давления

Рис. 14.8 Поддержание двух температур кипения при помощи одного компрессора

Кипения задается положением установочного винта 3 (рис. 14.7). При понижении давления кипения в испарителе клапан 1 закрывает отвер­стие вентиля. Продолжающееся образование пара повышает давление и температуру кипения до тех пор, пока давление не окажется доста­точным для преодоления усилия пружины 2. Тогда вентиль открыва­ется и образовавшийся пар начинает поступать в компрессор. Проходя через вентиль, он дросселируется до давления кипения, соответствую­щего температуре кипения в испарителе камеры с более низкой темпе­ратурой tKl, и при этом давлении пар всасывается компрессором.

При остановке компрессора пар из испарителя с высокой темпера­турой кипения и соответственно с высоким давлением кипения может перетекать через открытый ВПД в испаритель с низкой температурой кипения. В испарителе он станет конденсироваться. Чтобы этого не до­пустить, на паровой линии с низкой температурой кипения устанав­ливают обратный клапан (об. к.).

Энергетически принятый способ поддержания двух температур ки­пения при одном компрессоре невыгоден, однако практически удобен в силу своей простоты.

Для поддержания точного значения температуры в охлаждаемом объеме весьма привлекательным является изменение частоты враще­ния ротора электродвигателя.

Изменение частоты вращения ротора электродвигателя может быть ступенчатым или плавным.

Ступенчатое изменение частоты вращения ротора электродвигате­ля пс, сдостигается изменением числа пар полюсов обмотки много­скоростного электродвигателя:

Пс=-,с’ (14.8)

Р

Где

/ — частота питающего тока, Гц;

Р — число пар полюсов.

Если предположить, что холодопроизводительность компрессора ли­нейно зависит от частоты вращения вала электродвигателя, то выбор заданной холодопроизводительности связан с определением числа пар полюсов многоскоростного электродвигателя.

Многоскоростные электродвигатели являются сложной технической конструкцией, что существенно увеличивает стоимость холодильной ма­шины в целом, ограничивая область их применения холодильными машинами средней и большой холодопроизводительности.

Плавное изменение холодопроизводительности компрессора обеспе­чивается следующими способами регулирования асинхронных электро­двигателей:

• введением дополнительного сопротивления в цепь ротора (для двигателей постоянного тока);

• изменением частоты питающего напряжения;

• введением в цепь ротора управляемой э. д. с.

Первый способ находит ограниченное применение из-за недостат­ков, связанных с конструктивными особенностями электродвигателей постоянного тока. Второй и третий находят практическое применение.

В малых и средних по холодопроизводительности холодильных ма­шинах метод остановки и пуска компрессора является наиболее рас­пространенным в силу его простоты и экономической эффективности.

Posted in Холодильная техника