УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ВЛАЖНОГО ХОДА КОМПРЕССОРА ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ Российский патент 2009 года по МПК F25B49/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к системам защиты компрессоров холодильных установок от гидравлического удара.

Уровень техники

Известны устройства, которые контролируют температуру перегрева отсасываемого из испарителя пара и в зависимости от величины перегрева позиционно или импульсами управляют электромагнитным клапаном, установленным на линии подачи жидкого хладагента в испаритель. Как правило, температура перегрева контролируется с помощью сигнализаторов (датчиков-реле) разности температур, содержащих два термопреобразователя сопротивления [1; 2].

Наибольшее распространение для автоматического питания змеевиковых испарителей жидким хладагентом по температуре перегрева отсасываемого пара получили терморегулирующие вентили (ТРВ) с манометрической термосистемой.

Неустойчивая работа или выход из строя любой автоматической системы питания испарителей (АСПИ) приводит к влажному ходу компрессора, что в поршневых компрессорах нередко вызывает гидравлические удары с тяжелыми последствиями. Поэтому по правилам техники безопасности и требованиям Российского морского регистра судоходства все компрессоры аммиачных холодильных машин (ХМ) имеют автоматическую защиту от влажного хода. Чаще всего предусматривается аварийная остановка компрессора при недопустимом повышении уровня в любом испарителе или отделителе жидкости, из которых компрессор может отсасывать парообразный хладагент.

Большинство современных ХМ работают на хладонах (фреонах). Для обеспечения нормальной циркуляции масла вместе с хладоном преимущественно применяются змеевиковые испарители с внутритрубным кипением хладагента. Ввиду отсутствия свободного уровня жидкости защита компрессора от влажного хода при помощи сигнализатора уровня становится невозможной. Другие приборы для этой цели не получили практического применения. В настоящее время большинство малых ХМ, а также работающие на хладонах производственные холодильные установки с винтовыми, спиральными и ротационными компрессорами не имеют защиты от влажного хода.

Известны устройства для контроля влажного хода компрессора ХМ, работающей на любом хладагенте:

- по перегреву или степени насыщения отсасываемого пара, определяемому по деформации упругого элемента, воспринимающего с одной стороны давление всасывания, а с другой - давление манометрической термосистемы, воспринимающей температуру пара [3];

- по емкости расположенного во всасывающем трубопроводе электрического конденсатора, зависящей от сухости пара, т.е. наличия в нем взвешенных частиц жидкости [4];

- по электрической проводимости жидкого хладона [5];

- по оптической плотности потока пара, зависящей от наличия взвешенных частиц жидкости;

- по динамическому напору потока пара, зависящему от наличия в нем взвешенных частиц жидкости [6].

Непосредственное использование температуры перегрева пара для контроля влажного хода компрессора затруднительно при циклической работе ХМ. Дело в том, что во время стоянки за счет теплопритока растет давление (температура) кипения хладагента в испарителе, из-за чего даже при малой степени его заполнения жидкостью во время пуска компрессора перегрев пара оказывается близким к нулю, что соответствует аварийному значению. Если испаритель переполнен жидким хладагентом, то при пуске компрессора перегрев пара также близок к нулю, что уже является действительным признаком влажного хода. Распознать указанные две ситуации можно лишь по прошествии некоторого времени после пуска компрессора.

Использование манометрической термосистемы и термопреобразователей сопротивления для контроля влажного хода компрессора по перегреву пара нежелательно из-за сравнительно большой их инерционности. Сигнал о недопустимом снижении перегрева пара может поступить слишком поздно. Кроме того, для установки измерительных преобразователей требуются специальные гильзы, разместить которые в трубопроводах малых ХМ не представляется возможным.

Сущность изобретения

Цель изобретения - повышение чувствительности и четкости контроля, удобство монтажа и расширение области применения устройства.

Для этого контроль влажного хода компрессора по температуре перегрева отсасываемого пара ведут с помощью дифференциальной термопары, подключенной к электронному блоку с релейной характеристикой. Один спай термопары крепится на поверхности жидкостного трубопровода с кипящим хладагентом, а другой - на поверхности всасывающего трубопровода. Когда разность температур спаев становится ниже заданной, релейный бесконтактный элемент скачкообразно изменяет уровень выходного сигнала. Чтобы исключить ложные срабатывания при пуске отепленной ХМ, когда перегрев пара близок или равен нулю, выходные сигналы релейного элемента через дифференцирующую RC-цепь поступают в логическую схему, которая выдает аварийный сигнал только во время работы компрессора. Если после пуска компрессора перегрев пара в течение заданного времени не повышается до минимально установленного значения, то также выдается аварийный сигнал.

На фиг.1 схематично изображено описываемое устройство и его связь с электрическими устройствами управления приводным двигателем компрессора.

Рабочие спаи 4 дифференциальной термопары, выполненной, например, из хромель-копеля, крепятся к жидкостному 1 и паровому 2 трубопроводам ХМ на стороне низкого давления. Между спаем термопары и стенкой трубопровода устанавливается тонкий слой диэлектрика 3. Места крепления спаев покрываются тепловой изоляцией 5 из не гигроскопического материала. Электродвижущая сила (ЭДС) термопары е_t пропорциональна перегреву отсасываемого пара, определяемого как разность между температурой пара t_n и температурой кипящего хладагента t_o. Термопара подключается к электронному блоку ЭБ, который посредством промежуточного реле РП, воздействует на систему управления СУ и магнитный пускатель МП приводного электродвигателя ЭД компрессора.

На фиг.2 показана логическая схема электронного блока. ЭДС термопары e_t поступает на вход измерительного усилителя, имеющего коэффициент усиления по напряжению от 2000 до 5000. Типовая схема такого усилителя строится на базе трех операционных усилителей (ОУ) и семи резисторов. Подбором сопротивлений резисторов достигается требуемый коэффициент усиления. С выхода измерительного усилителя напряжение поступает на один вход компаратора К, на другой вход которого подается напряжение смещения U_c, используемого для настройки минимально необходимого перегрева парообразного хладагента.

Основу компаратора составляет один ОУ и пять резисторов. Он выполняет функцию триггера Шмитта и имеет характеристику реального двухпозиционного реле с настраиваемыми значениями порогов срабатывания и отпускания. Единичный (положительное напряжение) или нулевой (отрицательное напряжение) сигнал компаратора поступает на вход усилителя У1 и один вход логического элемента И, установленного перед дифференциальной RC-цепью.

При нажатии кнопки П или замыкании другого контакта, воспринимающего команду «Пуск», срабатывает RS-триггер 6. Сигнал с прямого его выхода действует на вход S триггера 7, сигнал с прямого выхода которого через усилитель У2 вызывает срабатывание промежуточного реле РП. Запускается приводной двигатель компрессора, а сигнал обратной связи от магнитного пускателя МП, переводит триггер 6 в исходное состояние. С инверсного его выхода единичный сигнал подается на другой вход элемента И.

Если перегрев отсасываемого компрессором пара достаточный, то на выходе элемента И имеется единичный сигнал в виде положительного напряжения. В случае недопустимого снижения перегрева пара от компаратора поступает нулевой сигнал, а дифференцирующая RC-цепь вырабатывает импульс отрицательной полярности, который через диод воздействует на счетный Т вход триггера 7, возвращая его в исходное состояние. Компрессор останавливается, а элемент задержки в течение времени τ₁ препятствует прохождению повторной команды пуска.

Если в момент пуска компрессора перегрев пара окажется меньше необходимого значения, то компрессор запускается, но элемент И к RC-цепи напряжения не подает. Когда перегрев пара достигает необходимого значения, срабатывает компаратор и с выхода элемента И поступает положительное напряжение к RC-цепи. Она выдает импульс положительной полярности, который не проходит через диод, а триггер 7 остается в рабочем состоянии.

Контроль за длительностью работы компрессора с недостаточным перегревом пара ведет логическая цепочка с элементом задержки τ₁ Установленный перед ним элемент И выдает сигнал на начало отсчета времени, если сработало промежуточное реле РП и на выходе компаратора К имеется нулевой сигнал. После срабатывания компаратора по достижении необходимого перегрева пара на выходе усилителя У1 появляется нулевой сигнал, гаснет светодиод и блокируется действие элемента задержки τ₁. Если компаратор до истечения времени τ₁ не сработал, то поступает единичный сигнал на вход S триггера 7, приводящий к остановке компрессора и блокировке повторного его пуска до истечения времени τ₂. Аналогично срабатывает схема при нажатии кнопки С («Стоп») во время работы компрессора.

Перечень чертежей

На фиг.1 схематично изображено описываемое устройство и его связь с электрическими устройствами управления приводным двигателем компрессора.

На фиг.2 показана логическая схема электронного блока.

Источники информации

1. Ужанский В.С. Устройство для питания испарителя жидким хладагентом. - Авт.свид. №389366, М. Кл. F25b 45/00, F25b 39/02, заявл. 30.06.71, опубл. 5.07.73. - Бюл. №29.

2. Ужанский В.С., Фридман Б.А., Питонов Е.С., Усыскин А.Д. Способ автоматического питания хладагентом испарителя холодильной машины. - Авт.свид. №452727, М. Кл. F25b 45/00, F25b 39/02, заявл. 9.01.73, опубл. 5.12.74. - Бюл. №45.

3. Щербаков В.С., Резниченко Г.П. Устройство для контроля влажного хода компрессора. Авт.свид. №194112, М. Кл. F25b 31/02, F04b 49/10, заявл. 4.01.66, опубл. 30.03.67. - Бюл. №8.

4. Гоголин А.А., Фридман Б.А., Поздняков Б.И. Способ защиты компрессора холодильной машины от гидравлического удара. - Авт.свид. №344238, М. Кл. F25b 31/00, заявл. 17.10.72, опубл. 21.07.72. - Бюл. №21.

5. Шарфман В.А. Система защиты компрессора холодильной установки. - Авт.свид. №1198342, М. Кл. F25b 49/00, F04b 49/06, заявл. 4.11.83, опубл. 15.12.85. - Бюл. №46.

6. Харитонов И.Н. Защитное устройство компрессора холодильной машины. - Авт.свид. №1268910, М. Кл. F25b 49/00, F04b 49/06, 1985.

Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано для защиты компрессора от гидравлического удара. В устройстве для контроля влажного хода компрессора контроль влажного хода компрессора ведут по температуре перегрева отсасываемого пара с помощью дифференциальной термопары. Дифференциальная термопара подключена к электронному блоку с релейной характеристикой. В электронном блоке с релейной характеристикой для исключения ложных срабатываний при пуске отепленной холодильной машины, когда перегрев пара близок или равен нулю, выходные сигналы релейного элемента через дифференцирующую RC-цепь поступают в логическую схему. Логическая схема выдает аварийный сигнал только во время работы компрессора. Техническим результатом является повышение чувствительности и четкости контроля и удобство монтажа. 2 ил.

Устройство для контроля влажного хода компрессора, отличающееся тем, что контроль влажного хода компрессора ведут по температуре перегрева отсасываемого пара с помощью дифференциальной термопары, подключенной к электронному блоку с релейной характеристикой, в котором для исключения ложных срабатываний при пуске отепленной холодильной машины, когда перегрев пара близок или равен нулю, выходные сигналы релейного элемента через дифференцирующую RC-цепь поступают в логическую схему, которая выдает аварийный сигнал только во время работы компрессора.