ХОЛОДИЛЬНАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2000 года по МПК F25B1/00 

Использование: в холодильной технике.

Сущность изобретения: благодаря объединению магистральных всасывающих и нагнетательных трубопроводов различных систем охлаждения перемычками с запорными органами, применению компрессоров с автоматически регулируемой производительностью и их приводов от электродвигателей, изменяющих потребляемую мощность в зависимости от нагрузки на валу или трехскоростных электродвигателей, или же применения двух электродвигателей для привода одного компрессора, способных работать как по одному, так и в паре, использованию автоматической системы управления работой холодильной установки интенсифицируется процесс охлаждения, значительно сокращаются энергозатраты, уменьшаются строительная площадь компрессорного цеха, количество оборудования, трубопроводов, арматуры и автоматических приборов защиты.

Изобретение относится к холодильной технике и может бытъ использовано в химической, нефте- и газоперерабатывающей промышленности.

Известна схема автоматизированной холодильной установки, работающей на три температуры кипения хладагента to = -40^oC, to = -30^oC и to = -12^oC. На каждую низкотемпературную систему охлаждения работает своя группа компрессорных агрегатов с индивидуальными промежуточными сосудами по схеме: низкая ступень - промсосуд - высокая ступень. На систему охлаждения с температурой кипения хладагента to = -12^oC работает группа компрессорных агрегатов.

Регулировка требуемых температур кипения хладагента по системам охлаждения осуществляется путем пуска и остановки компрессоров - регулирование двухпозиционное (1).

Недостатками этой холодильной установки являются высокая энергоемкость, длительный выход установки на требуемый режим работы, большая площадь компрессорного цеха, увеличенное количество оборудования, трубопроводов, арматуры и автоматических приборов защиты.

Известна более прогрессивная холодильная установка с двумя системами испарения на to = -40^oC и to = -10^oC. На каждую систему охлаждения работает своя группа компрессорных агрегатов. Общий промежуточный сосуд системы охлаждения -40^oC соединен по паровой линии с циркуляционным ресивером системы охлаждения -10^oC. Включение и выключение компрессоров низкой и высокой групп компрессоров - автоматическое в зависимости от заданных температур кипения - двухпозиционное регулирование (2).

Недостатком данной холодильной установки является повышенное энергопотребление, длительность процесса охлаждения до выхода на требуемый режим работы при одном и том же количестве компрессоров.

Целью изобретения являлась интенсификация процесса охлаждения, уменьшение энергозатрат при производстве единицы холода.

Указанная цель достигается тем, что она дополнительно снабжена перемычками с установленными на них запорными органами, дополнительными электродвигателями с клиноременными передачами и системами электропитания и дополнительными запорными органами, причем перемычки соединяют магистральные всасывающие и нагнетательные трубопроводы, дополнительные запорные органы установлены после места соединения перемычек и магистральных нагнетательных трубопроводов на трубопроводах, идущих от нижних ступеней к ресиверам верхних ступеней, дополнительные электродвигатели соединены клиноременными передачами с валами электродвигателей компрессоров
Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что предлагаемая холодильная установка отличается схемой подключения магистральных всасывающего и нагнетательного трубопроводов двух и более систем охлаждения, позволяющей работать компрессорам низкой ступени в одноступенчатом цикле и электроприводами компрессоров с автоматическим изменением потребляемой мощности в зависимости от нагрузки на валу компрессора,
Таким образом, предлагаемая холодильная установка соответствует критерию изобретения "новизна".

Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной области техники и, следовательно, обеспечивают данной холодильной установке соответственно критерий "существенные отличия".

На фиг. 1 изображена схема холодильной установки; на фиг. 2 - структурная схема блока регулирования мощности электроприводов; на фиг. 3 - график работы электродвигателей.

Холодильная установка содержит магистральные всасывающие трубопроводы 1, 2, объединенные перемычкой 3 через запорный орган 4. магистральные нагнетательные трубопроводы 5, 6, объединенные перемычкой 7 и вентилем 8, нагнетательный трубопровод 5 с вентилем 9, ресивер 10, из которого пары хладагента по трубопроводам 1 и 12 поступают на компрессоры 11 и подаются по нагнетательным трубопроводам 13, компрессор 14 из ресивера 15 по трубопроводу 16 отсасывают пары хладагента и нагнетают по трубопроводу 17, электродвигатели 18, 19 для привода одного компрессора низкой ступени и электродвигатели 20, 21 для привода компрессора высокой ступени.

Холодильная установка работает следующим образом. При работе всех компрессорных агрегатов в одноступенчатом цикле (для быстрого понижения температуры кипения в низкотемпературных системах охлаждения при первоначальном пуске или высоких тепловых нагрузках) магистральные всасывающие трубопроводы 1, 2 объединены перемычкой 3 через открытый запорный орган 4, магистральные нагнетательные трубопроводы 5, 6 в свою очередь объединены перемычкой 7 через открытый запорный орган 8, а на магистральном нагнетательном трубопроводе 5 запорный орган 9 закрыт. В связи с этим пары аммиака из ресивера 10 поступают в компрессоры 11 по всасывающим трубопроводам 12 и подаются по нагнетательным трубопроводам 13, магистральному 5, перемычку 7 в магистральный нагнетательный трубопровод 6 высокой стороны холодильной установки. Компрессоры высокой ступени 14 всасывают пары аммиака из ресивера 15 через трубопроводы 2, 16 и нагнетают по трубопроводам 17, 6 в конденсаторы холодильной установки. При достижении температуры кипения хладагента в системах охлаждения, например, -20^oC, запорный орган 9 открывается, а запорные органы 4, 8 закрываются и холодильная установка работает по обычной схеме двухступенчатой, а компрессоры 11, как бустеры. Поддержание требуемых температур кипения хладагента в системах охлаждения -35^oC и при -10^oC осуществляется компрессорами (поршневыми, винтовыми и др.) с автоматическим регулированием холодопроизводительности при использовании для их привода:
электродвигателей, автоматически изменяющих потребляемую мощность в зависимости от нагрузки на валу компрессора;
трехскоростных электродвигателей, автоматически изменяющих потребляемую мощность при изменении скорости вращения;
двух электродвигателей для привода одного компрессора, работающих как по одному, так и в паре с соответствующим автоматическим изменением потребляемой мощности.

Для примера рассмотрим работу холодильной установки с поршневыми компрессорами и приводами от двух электродвигателей для одного компрессора. Пуск компрессора 11 в работу осуществляется двумя электродвигателями 18, 19 по команде блока регулирования мощности электроприводов представленного структурной схемой фиг. 2.

Блок управления и регулирования производительности компрессора 1 выдаст сигналы управления разгрузочными соленоидными вентилями, схема логического управления обрабатывает эти сигналы и дает команду на включение двигателей, реле времени 3, 6 создает задержку отключения двигателей, предотвращающую останов компрессора, возникающий при коммутации электродвигателей, блок коммутации и защиты электродвигателей от аварийных режимов 4, 5 (перегрузка; ток короткого замыкания, пропадание фазы, перегрев двигателя) дает сигнал на блок регулирования производительности 1 и переводит компрессор на более легкий режим работы или отключает оба двигателя.

При понижении тепловой нагрузки на 30% автоматически включается разгрузка компрессора 11 на 30%, отключается электродвигатель мощностью 30 кВт и привод компрессора 11 осуществляется одним электродвигателем 18 мощностью 70 кВт.

При понижении тепловой нагрузки до 70% по команде от блока управления и регулирования 1 автоматически запускается электродвигатель 19, а электродвигатель 18 отключается и потребляемая мощность составляет 30 кВт.

При дальнейшем понижении тепловой нагрузки по команде блока управления и регулирования 1 оба электродвигателя 18 и 19 отключаются.

Если же тепловая нагрузка повышается, то автоматическое регулирование осуществляется в обратном порядке.

График работы электродвигателей описанных выше циклов работы холодильной установки, представлены на фиг. 3, из которого видна потребляемая мощность электродвигателями, N в кВт в течение определенного периода времени, τ. В период времени τ₁ и τ₂ работают два электродвигателя мощностью 30 кВт и 70 кВт, τ₂ и τ₃ - один двигатель 70 кВт, τ₃ и τ₄ - время, предотвращающее остановку компрессора, когда работают оба электродвигателя, а с τ₄ и τ₃ - один с потребляемой мощностью 30 кВт, после τ₃ и этот электродвигатель отключается.

Данное техническое решение позволяет создать резерв по холодопроизводительности компрессоров, не влияющий на эксплуатационные энергозатраты, осуществлять работу компрессоров низкой ступени в одноступенчатом цикле, гибко регулировать энергозатраты на производство единицы холода, существенно повышая ее экономичность, и может быть использовано как в безнасосных, так и в насосно-циркуляционных схемах, как с поршневыми, так и с винтовыми компрессорами.

Экономический эффект от использования предлагаемой холодильной установки образуется за счет значительного снижения энергозатрат на эксплуатацию холодильной установки, уменьшения строительной площади компрессорного цеха, количества оборудования, трубопроводов, арматуры, затрат на проведение строительно-монтажных работ.

Список литературы
1. Покровский Н. К. Холодильные машины и установки. - М.: Пищевая промышленность, 1969, с. 177, рис. 126.

2. Крылов Ю. С. и др. Проектирование холодильников. - М.: Пищевая промышленность, 1972, с. 158-159, рис. 89.

Холодильная установка снабжена перемычками с установленными на них запорными органами, дополнительными электродвигателями с клиноременными передачами и системами электропитания и запорными органами. При этом перемычки соединяют магистральные всасывающие и нагнетательные трубопроводы. Запорные органы установлены после места соединения перемычек и магистральных нагнетательных трубопроводов на трубопроводах, идущих от нижних ступеней к ресиверам верхних ступеней. Использование изобретения позволит улучшить регулирование холодопроизводительности установки и уменьшить энергозатраты на ее работу. 3 ил.

Холодильная установка, содержащая несколько систем охлаждения с ресиверами, магистральными всасывающими и нагнетательными трубопроводами, компрессорами с электродвигателями, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена перемычками с установленными на них запорными органами, дополнительными электродвигателями с клиноременными передачами и системами электропитания и дополнительными запорными органами, причем перемычки соединяют магистральные всасывающие и нагнетательные трубопроводы, дополнительные запорные органы установлены после места соединения перемычек и магистральных нагнетательных трубопроводов на трубопроводах, идущих от нижних ступеней к ресиверам верхних ступеней, дополнительные электродвигатели соединены клиноременными передачами с валами электродвигателей компрессоров.