Глава 5. Автоматизация судовых холодильных установок

5.1. Свойства холодильной установки как объекта автоматизации

Судовая холодильная установка создает и поддерживает в объектах охлаждения ОБ

( провизионных кладовых, рефрижераторных трюмах, охлаждаемых контейнерах, СКВ, CO₂) температурный режим ,необходимый для хранения скоропортящихся продуктов и различных грузов. Рассмотрим свойства простейшей холодильной установки с одним испарителем в установившемся режиме работы рис (5.1.)

Рис. 5.1. Схема простейшей холодильной установки.

КМ – компрессор; КД – конденсатор; РВ – регулирующий вентиль; ОБ – объект охлаждения; И – испаритель.

Эта установка включает в себя объект охлаждения ОБ , статическая характеристика которого описывается

Q_об = k_обF_об (t_нар - t _об), ( 5.1.)

испаритель И

Q_и = k_и F_и( t_об – t₀) , (5.2 )

компрессор КМ

Q_км = f (t₀), (5.3.)

конденсатор КД

Q_кд = k_кдF_кд(t_к –t_зв), ( 5.4.)

регулирующий вентиль РВ

Q_ро= g (t₀) , (5.5.)

где k_об, k_и, k_кд, -коэффициенты теплопередачи соответственно ограждающих поверхностей объекта охлаждения, теплопередающих поверхностей испарителя и конденсатора; F_об, F_и, F_кд - площади ограждающих поверхностей объекта охлаждения, активных теплопередающих поверхностей испарителя и конденсатора;

t_нар, t _об, t₀, t_к и t_зв – соответственно температуры наружного воздуха, объекта охлаждения, кипения и конденсации хладагента, забортной воды.

Установившийся температурный режим в охлаждаемом объекте будет при условии, что количество теплоты Q_об, поступающее в объект охлаждения, будет равно теплоте Q_и, отводимой от него в испарителе( Q_об = Q_и).

Установившийся режим работы холодильной машины возможен в случае равенства холодопроизводительности Q_км компрессора и Q_и испарителя (Q_км = Q_И) при достаточной пропускной способности Q_ро регулирующего вентиля и возможности отвода всей теплоты Q_и в конденсаторе КД.

Для многоиспарительной холодильной установки (рис. 5.2.)

Рис. 5.2. Схема многоиспарительной холодильной установки

выражение (1.2.) примет вид

Q = (5.6.)

Решая систему уравнений (1.1 - 1.5) относительно t _об, получим выражение статической характеристики холодильной установки

Q _у= f_у(t _об,) (5.7.)

которая графически имеет вид (рис 1.3.)

Рис. 5.3. Статическая характеристика холодильной установки

Из него видно, что холодильная установка представляет собой систему с самовыравниванием . Это означает что при изменении тепловой нагрузки Q_об на объект охлаждения от Q₁до Q₂ холодильная установка самопроизвольно выйдет на новый установившийся режим при новом значении температуры t₂ охлаждаемого объекта. Однако, очень часто требуется, чтобы температура в охлаждаемом объекте поддерживалась в строгих пределах, обуславливаемых технологическими условиями хранения груза, что возможно только при дополнительной корректировке работы холодильной установки извне, т.е. при автоматическом регулировании температуры объекта охлаждения.

Выполнение этой, основной, задачи автоматизации судовых холодильных установок, требует решения еще ряда задач, связанных с оптимальным заполнением испарителей жидким хладагентом, с поддержанием оптимальной температуры кипения хладагента, а в ряде случаев и с поддержанием заданной температуры конденсации.

Регулирование – это процесс поддержания значения заданного параметра постоянным либо в заданных пределах.

Все задачи регулирования решаются соответствующими системами автоматического регулирования ( САР):

САР температуры объекта охлаждения, САР температуры перегрева паров хладагента в испарителе, САР температуры кипения хладагента, САР температуры конденсации хладагента.

В простейшем случае любая система автоматического регулирования включает в себя объект

регулирования, автоматический регулятор, регулирующий орган и связи между ними (Рис. 5 .4)

Рис. 5.4. Структурная схема системы автоматического регулирования.

Объект регулирования – это помещение, емкость, система или механизм, в котором регулируется выбранный процесс, т.е. значение регулируемого параметра, характеризующего этот процесс, поддерживается постоянным либо в заданных пределах. Так, при регулировании температуры воздуха в охлаждаемом помещении объектом регулирования будет само помещение. При регулировании давления конденсации в качестве объекта регулирования выступает конденсатор и т.д.

Автоматический регулятор (реле, автоматическое устройство) контролирует значение регулируемого параметра в объекте регулирования и в соответствии с заложенным в него законом регулирования управляет работой регулирующего органа.

Регулирующий орган (клапан, механизм) служит для изменения расхода вещества (хладагента, воздуха, рассола), подводимого к объекту регулирования.

Система автоматического регулирования работает следующим образом. Автоматический регулятор замеряет величину регулируемого параметра y_об и сравнивает ее с заданным значением y_зад. При отклонении регулируемого параметра от заданного значения выше допустимого автоматический регулятор дает сигнал на изменение расхода подводимого вещества x_ро таким образом, чтобы вернуть регулируемый параметр в исходное состояние. Например, увеличение тепловой нагрузки Q_н на охлаждаемое помещение вызовет в нем рост температуры. Автоматический регулятор, определив величину и знак отклонения регулируемой температуры от заданной, в соответствии с заложенным законом регулирования даст управляющий сигнал x_р на регулирующий орган. Регулирующий орган увеличит отвод теплоты из помещения и его температура вернется к заданному значению.

Системы автоматической защиты (САЗ) устраняют возможность аварий при опасном

изменении режима работы агрегата. При достижении контролируемым параметром предельного значения автоматическое защитное устройство либо выключает контролируемый агрегат, либо ограничивает рост параметра во избежание разрушения механизма.

Системы автоматической сигнализации (САС) в зависимости от их назначения делятся на две группы: системы аварийно-предупредительной сигнализации и системы сигнализации работающих механизмов.

Системы аварийно-предупредительной сигнализации при выходе контролируемого параметра за

допустимые пределы выдает световой или звуковой сигнал. Обслуживающий персонал изменяет или предупреждает опасный режим работы.

Системы сигнализации второй группы дают световую индикацию на пульте управления

холодильной установкой о включении в работу наиболее важных механизмов.