СХЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ЗАПОЛНЕНИЯ ИСПАРИТЕЛЯ ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ Российский патент 1997 года по МПК F25B39/02 F25B49/02 

Изобретение относится к холодильной технике, а более конкретно к системам автоматического питания испарителей холодильных установок, и может быть использовано для поддержания и сигнализации заданного уровня в сосудах и аппаратах, содержащих кипящий хладагент и отсасывающие компрессоры.

Задача процесса питания испарителя заключается в регулировании подачи оптимального количества хладагента, обеспечивающего максимально возможный отвод теплоты от охлаждаемого объекта при гарантировании безаварийной работы компрессора. Сложность решения в данном случае заключается в том, что необходимо совместить два противоречия. С одной стороны, осуществить работу компрессора "сухим ходом", а с другой обеспечить хорошую заполняемость испарителя хладагентом. Первое требование необходимо для безопасной работы компрессора, второе для интенсивности теплообмена.

В настоящее время преимущественное применение имеют системы, основанные на определении величины перегрева пара хладагента на выходе из испарителя или измерения уровня жидкого хладагента в испарителе.

Автоматическая система питания испарителя по перегреву пара состоит из терморегулирующего вентиля (ТРВ), термобаллона, установленного на выходе из испарителя. Термобаллон связан с ТРВ капиллярной трубкой.

ТРВ включает мембранную коробку с мембраной и дросселирующий клапан с приводом и установочный механизм. Термочувствительный баллон, установленный на выходе из испарителя, капиллярная трубка и полость над мембраной составляют манометрическую термосистему, которая преобразует выходную температуру в давление. В ограниченном диапазоне можно считать изменение давления пропорциональным изменению температуры. Чем больше перегрев пара, тем выше давление в надмембранной полости. Оно заставляет перемещаться мембрану вниз и открывать клапан, хладагент поступает в испаритель. При уменьшении перегрева пара клапан закрывается. Под температурой перегрева пара понимается разность между температурами хладоагента на выходе из испарителя и температурой кипения.

Указанная система регулирования заполнения испарителя весьма универсальна и имеет широкое распространение, но пропускная способность ТРВ имеет предел, достигнув который, она более не увеличивается при дальнейшем возрастании температуры, поэтому применение схемы с использованием ТРВ ограничено хладопроизводительностью не более 500 кВт (см. "Холодильная техника", 7.8.92, с. 22-24).

Для испарителей большой емкости в схемах автоматического заполнения испарителей и сигнализации уровня преимущественное распространение получили регуляторы и сигнализаторы с поплавковыми преобразователями. В целом указанная схема состоит из первичного преобразователя, передающего электронного блока и регулирующего органа. Первичным преобразователем служит поплавковый датчик, передающим электронный блок. Регулирующим органом может быть электромагнитный вентиль.

Чувствительным элементом поплавкового датчика является стальной полый поплавок, размещенный внутри камеры датчика, которая сообщена с контролируемым сосудом. Преобразование уровня в электрический сигнал осуществляется с помощью катушек индуктивности. При изменении уровня поплавок входит в магнитное поле катушки. Благодаря этому изменяются индуктивные сопротивления катушек, что используется для управления исполнительными механизмами. Указанная схема выбрана в качестве ближайшего аналога предлагаемому решению.

Недостатком приборов поплавкового типа является нестабильность срабатывания датчиков вследствие скопления в них масла. Поэтому не реже одного раза в 10 дней необходимо проводить прогрев и продувку приборов, а также слив масла. При этом возникает необходимость работы в ручном режиме, а это может привести к технологическим нарушениям.

Наличие развитой системы релейно-контактных исполнительных элементов влечет за собой необходимость постоянного контроля за ее состоянием (см. Б. П. Якшаров, И.В. Смирнов. Справочник механика по холодильным установкам. Л. Агропромиздат, 1989, с. 268-272).

В отличие от известной схемы контроля уровня жидкого хладагента в испарителе, содержащей поплавковый преобразователь уровня, электронный передаточный механизм с электромагнитным исполнительным органом, предложенная система в качестве преобразователя уровня содержит манометрическую термосистему, состоящую из термобаллона терморегулирующего вентиля и капиллярной трубки, объединяющей надмембранное пространство ТРВ с термобаллоном. Передаточный механизм включает мембранный исполнительный механизм регулирующего клапана с линией воздуха и рабочий клапан ТРВ, дросселирующий воздух на выходе из мембранной коробки регулирующего клапана, а в качестве регулирующего органа на линии подачи хладагента в испаритель установлен регулирующий клапан с мембранным исполнительным механизмом.

В данном случае величину поступления хладоагента в испаритель обеспечивает пневмоклапан с мембранным исполнительным механизмом, который в сравнении с клапаном ТРВ обладает практически не ограниченной пропускной способностью. Степень заполнения испарителя определяется как функция состояния термоманометрической системы в условиях контакта с паро-газовой фазой.

На чертеже представлена схема автоматического регулирования заполнения испарителя холодильной машины.

Схема содержит: уровнительную колонку 1, в которой на заданном уровне заполнения испарителя 2 установлена гильза термокармана 3 с термобаллоном 4. Уравнительная колонка 1 посредством вентилей 5, 6, верх-низ, подсоединена к испарителю. Термобаллон 4 капиллярной трубкой 7 связан с надмембранной полостью 8 терморегулирующего вентиля (ТРВ) 9, 10 магистральный трубопровод сжатого воздуха, 11 линия подвода воздуха в мембранную полость 12 регулирующего клапана 13, 14 рабочий клапан ТРВ, регулирующий выход воздуха из мембранной полости 12 регулирующего пневмоклапана 13, 15 вентиль отбора воздуха на магистральном трубопроводе, 16 воздушный фильтр, 17 - редукционный клапан, 18 предохранительный клапан, 19, 20, 21 уровни монтажного подсоединения термобаллона по высоте испарителя, соответственно не менее 50% строго 80% и 100%
Схема работает следующим образом.

Уравнительная колонка 1 и испаритель 2 сообщающиеся сосуды. Температура жидкого хладагента в них одинакова, температура же газообразного хладагента разная. Так, в интенсивно работающем, с нагрузкой, испарителе температура жидкости и газа вплоть до сухопарника практически одинакова, а в уравнительной колонке за зеркалом поверхности жидкой фазы по вертикали вверх идет небольшой столб порядка 40 60 мм жидко-паро-газовой фазы с резко изменяющейся температурой в сторону ее повышения и далее за этой фазой идет температура, приближающаяся к температуре окружающего помещения. ТРВ корректируется на температуру, на 5-10^o большую, чем температура кипения в аппарате. Поэтому ТРВ работает на контакт с паро-газовой фазой или близкой к ней, но не на перегрев газа.

Например, в случае полного отсутствия хладоагента в испарителе термобаллон 4 принимает температуру окружающего помещения, а это соответствует максимальному давлению на мембрану ТРВ 9, которая при этом откроет рабочий клапан ТРВ 14. Линия 11 открыта для свободного протока воздуха. Давление в мембранной полости 12 регулирующего пневмоклапана 18 отсутствует. Регулирующий пневмоклапан полностью открыт для поступления хладагента в испаритель.

По мере поступления хладагента температура в испарителе 2 и, соответственно, в уравнительной колонке 1 понижается. Давление в системе: термобаллон 4, капиллярная трубка 7, надмембранная полость 8 ТРВ снижается, вследствие чего рабочий клапан ТРВ 14 начинает закрываться, создавая сопротивление на выходе воздуха из мембранной полости 12 регулирующего пневмоклапана 13. Давление в линии 11 повышается, мембрана пневмоклапана перемещает клапан 13 на закрытие. По заполнению испарителя 2 до максимального уровня (как правило, 80% позиция 20), жидкий хладагент придет в соприкосновение с термокарманом 3 и термобаллон 4 примет температуру жидкого хладагента. Давление в надмембранной полости 8 ТРВ примет минимальное значение, рабочий клапан 14 полностью перекроет сброс воздуха из мембранной полости 12, давление в мембранной полости примет максимальное значение и регулирующий пневмоклапан 13 перекроет поступление хладагента в испаритель. По мере отсасывания хладагента из испарителя при дальнейшем ходе процесса уровень в испарителе снижается, температура термобаллона повышается, что ведет к открытию клапана 14 ТРВ, который в свою очередь сбросит давление воздуха на линии 11. Давление в мембранной полости регулирующего клапана 13 упадет, клапан вновь откроется, обеспечивая поступление хладагента в испаритель.

При стабильном теплопритоке схема саморегулируется в плавную подачу хладагента в испаритель посредством регулирующего пневмоклапана.

Использование схемы автоматического регулирования заполнения испарителей холодильных машин обеспечивает надежную работу системы питания испарителя, расширяет область применения пропорционального регулятора перегрева, позволяет использовать ТРВ в схемах регулирования в высокопроизводительных аммиачных установках.

Использование: в автоматических системах питания испарителей, поддержания, контроля и защиты сосудов и аппаратов в холодильных установках производительностью от 100 000 ккал/ч и выше, преимущественно для аммиачных установок получения холода. Сущность изобретения: схема автоматического регулирования заполнения испарителя холодильной машины содержит испаритель с уравнительной колонкой или иной сосуд, содержащий паро-жидкостную фазу хладагента, преобразователь уровня, передаточный механизм и исполнительный орган. Преобразователь уровня выполнен в виде термометрического вентиля, связанного импульсной трубкой с термобаллоном, установленным на уравнительной колонке на высоте заданного уровня хладагента в испарителе. Передаточный механизм включает линию питания мембранного механизма регулирующего пневмоклапана сжатым воздухом и рабочий клапан терморегулирующего вентиля, установленный на сбросе сжатого воздуха из мембранной полости пневмоклапана. В качестве исполнительного органа подачи хладагента в испаритель служит регулирующий пневмоклапан. 1 ил.

Схема автоматического регулирования заполнения испарителя холодильной машины, содержащая испаритель с уравнительной колонкой или иной сосуд, содержащий парожидкостную фазу хладагента, преобразователь уровня, передаточный механизм и исполнительный орган, обеспечивающий поступление хладагента в испаритель, отличающаяся тем, что преобразователь уровня выполнен в виде термоманометрической системы, состоящей из надмембранной полости терморегулирующего вентиля, связанной импульсной трубкой с термобаллоном, установленным на уравнительной колонке на высоте заданного уровня хладагента в испарителе, а передаточный механизм включает в себя линию питания мембранного механизма регулирующего пневмоклапана сжатым воздухом и рабочий клапан терморегулирующего вентиля, установленный на сбросе сжатого воздуха из мембранной полости пневмоклапана, а в качестве исполнительного хладагента в испаритель служит регулирующий пневмоклапан.