Регулирование производительности конденсатора

В этой статье описаны способы регулирования производительности конденсатора.

По причинам экономии охлаждающая среда циркулирует через конденсатор только во время работы компрессора. Поэтому общепринято включать и выключать вентилятор или насос конденсатора вместе с компрессором, что обычно осуществляется блокировкой цепи вентилятора или насоса с цепью привода компрессора.

Реле высокого давления применяют в качестве защитного прибора в установках любого типа. Оно особенно необходимо в оборудовании с водяным конденсатором для защиты от чрезмерно высокого давления конденсации при уменьшении или полном перекрывании подачи воды. Реле высокого давления уже рассматривалось ранее.

Температура конденсации должна поддерживаться в определенном диапазоне для эффективного функционирования холодильной установки. Как указывалось выше, высокая температура конденсации уменьшает производительность, и КПД компрессора, повышает перегрев, приводит к повышенному расходу энергии, а в некоторых случаях вызывает перегрузку привода компрессора.

Однако ненормально низкая температура конденсации создает неэффективную разность давлений конденсации и кипения в регуляторе расхода хладагента, которая снижает его производительность, в результате чего создается недостаточная подача хладагента в испаритель и общий дисбаланс системы.

Как правило, низкая температура конденсации вызывается низкой температурой окружающей среды и незначительной тепловой нагрузкой. Естественно, что проблема низкой температуры конденсации более остро стоит в зимнее время, когда температура окружающей среды и тепловая нагрузка низкие.

Для поддержания температуры конденсации на достаточно высоком уровне необходимо снижение или регулирование производительности конденсатора при низкой температуре окружающей среды и низкой, тепловой нагрузке. Способы регулирования производительности конденсатора зависят от его типа, однако все они основаны на уменьшении количества циркулирующей охлаждающей среды или эффективной площади поверхности конденсатора.

Регулирование производительности конденсатора обычно осуществляется с помощью реле давления или температуры.

Температура конденсации в воздушных конденсаторах, поддерживается в заданном диапазоне посредством изменения расхода воздуха через конденсатор или заполнением частя конденсатора жидким хладагентом в целях уменьшения эффективной площади поверхности конденсатора.

Количество воздуха, обдувающего воздушный конденсатор, регулируют посредством изменения положения заслонок в потоке воздуха, изменением частоты вращения вентилятора, за счет цикличной работы вентилятора конденсатора или какой-либо комбинацией этих способов.

Положение торцевой заслонки, монтируемой на стороне нагнетания вентилятора, плавно изменяется с помощью двигателя (он работает в зависимости от температуры окружающей среды или давления конденсации) или привода (от включаемого под действием давления хладагента в конденсаторе), что обеспечивает устойчивое регулирование производительности конденсатора. Однако в заслонках и регуляторах возникают механические и электрические неполадки, вызываемые коррозией, накоплением пыли и замерзанием влаги.

Более удовлетворительным средством регулирования производительности воздушных конденсаторов является разработанный в последнее время регулятор частоты вращения вентилятора, который имеет плавную характеристику. В этом регуляторе имеется термистор, который реагирует на температуру окружающей среды или температуру пара хладагента в конденсаторе и изменяет электрическое сопротивление при повышении или понижении температуры. В случае изменения сопротивления электронная схема регулирует напряжение на клеммах электродвигателя вентилятора (с экранированным полюсом или постоянно расщепленным конденсатором). Частота вращения вентилятора конденсатора плавно регулируется во всем диапазоне от максимальной величины до нуля в зависимости от температуры термистора.

Цикличная работа одного вентилятора в качестве средства регулирования производительности воздушного конденсатора обычно непрактична, так как это вызывает довольно значительные колебания температуры конденсации, а также его частые и Короткие циклы.

Однако если в конденсаторе используется несколько вентиляторов, то последовательная цикличная работа их представляет собой удовлетворительный и удобный способ регулирования давления конденсации в широком диапазоне рабочих условий. Наилучшим способом изменения производительности конденсатора является цикличная работа вентилятора, который снабжен регулируемой заслонкой или регулятором частоты вращения.

Регулирование производительности конденсатора по воздуху обычно непригодно для многосекционных аппаратов. Кроме того, сильный ветер, обдувающий торцевую поверхность вертикального воздушного конденсатора, может полностью свести на нет любое снижение производительности, достигнутое за счет регулирования цикличной работы вентиляторов или уменьшения частоты их вращения. Однако эта трудность в значительной степени преодолевается при использовании ветровых » отражателей или горизонтальных конденсатора.

Другой способ регулирования воздушных конденсаторов заключается в изменении, величины эффективной площади поверхности конденсатора за счет накопления жидкого хладагента в нижней части аппарата, когда давление конденсации опускается ниже заданного минимального уровня.

Рис. 1 – Схема автоматизации воздушного выносного конденсатора: 1 – воздушный конденсатор; 2 – вентиль с плавной характеристикой (открывается при повышении давления на входе); 3 – обратный клапан; 4 – жидкостный трубопровод; 5 – байпасный вентиль с плавной характеристикой (открывается при понижении давления на выходе); 6 – нагнетательный трубопровод.

     Типовая схема на рис. 1 содержит вентиль 5 с плавной характеристикой на байпасной линии между входным и выходным патрубками конденсатора. При понижении давления в ресивере ниже уставки вентиля он плавно открывается и пар хладагента высокого давления поступает со стороны нагнетания компрессора через байпасную линию в ресивер, ограничивая тем самым поток жидкого хладагента, выходящего из конденсатора, и вызывая накопление жидкости в нижней части конденсатора. Количество нагнетаемого через байпас пара и количество жидкости в нижней части конденсатора автоматически регулируется вентилем с плавной характеристикой в зависимости от давления в ресивере. Конденсатор будет заполнен жидкостью примерно на 50 % при температуре окружающей среды 10 °С. Конденсатор заполняется жидкостью примерно до 90 % при снижении температуры окружающей среды до –18 °С. При нормальной работе требуется ресивер большего размера.

Если требуется изменять производительность многосекционного конденсатора за счет накопления жидкости хладагента, то применяют регулятор для каждой секции.

Рис. 2 – Изменение производительности испарительного конденсатора посредством регулирования температуры воздуха на входе по влажному термометру: 1 – нагнетательная заслонка; 2 – вентилятор; 3 – отбойники; 4 – змеевик конденсатора; 5 – насос; 6 – бак для воды;
7 – заслонка наружного воздуха; 8 – байпасная заслонка.

     Производительность испарительного конденсаторов регулируют посредством изменения количества воздуха, циркулирующего через конденсатор. Способ регулирования количества воздуха подобны тем, которые используются в воздушных конденсаторах. Другой способ заключается в регулировании температуры воздуха по влажному термометру на входе. На рис. 2 показано, что это осуществляется рециркуляцией части или всего количества воздуха, проходящего через конденсатор. При понижении давления конденсации до заданного минимального уровня заслонки на входе и выходе закрываются, заслонка на байпасной линии открывается, в результате чего рециркулируется больше воздуха при более высокой температуре по влажному термометру.

Не следует регулировать производительность испарительного конденсатора за счет цикличной работы насоса. На наружной поверхности труб конденсатора осаждается тонкая пленка накипи при каждом выключении насоса. Следовательно, частое выключение насоса конденсатора значительно повышает интенсивность образования накипи, в результате чего уменьшается КПД конденсатора и увеличиваются расходы по его обслуживанию. Однако при других способах регулирования производительности насос может быть выключен и змеевик конденсатора будет работать как сухая батарея, когда температура окружающей среды опускается ниже точки замерзания воды. Для предотвращения замерзания необходимо подогревать воду в поддоне или спустить ее в бак, находящийся в помещении (рис. 3). Для подогрева обычно используют электронагреватель.

Рис. 3 – Испарительный конденсатор с плавно регулируемыми заслонками для изменения производительности:
1 – испарительный конденсатор; 2 – заслонки с плавной характеристикой; 3 – труба спуска воды; 4 – насос; 5 – поплавковый бак;
6 – поплавковый вентиль; 7 – переливная труба.

     Температура конденсации в водяном конденсаторе при данной нагрузке зависит от количества и температуры воды на входе в конденсатор. Водорегулирующий вентиль плавно изменяет расход воды через конденсатор и поддерживает температуру конденсации выше заданного минимального уровня. Если расход воды через конденсатор поддерживается постоянным в рециркуляционной системе, то температура конденсации уменьшается при понижении температуры воды на выходе из градирни. Следовательно, при низкой температуре окружающей среды температура конденсации также будет низкой, если не принять мер для регулирования расхода воды через конденсатор или повышения температуры воды на выходе из градирни.

Один из распространенных способов регулирования воды через конденсатор заключается в использовании трехходового вентиля с плавной характеристикой, который изменяет расход воды через байпасную линию конденсатора для поддержания температуры воды на выходе из конденсатора выше заданного минимального уровня, обычно равного 24 °С (рис. 4). При продолжении снижения температуры конденсации трехходовой вентиль байпасирует большее количество воды, снижая тем самым ее расход через конденсатор и повышая температуру воды в конденсаторе. При этом способе регулирования подача воды насосом относительно постоянна, что является положительным фактором, когда одна градирня и один насос обслуживают несколько конденсаторов.

Рис. 4 – Байпасное регулирование конденсатора:
1 – трехходовой вентиль с плавной характеристикой; 2 – байпасная линия; 3 – конденсатор; 4 – насос.

     Когда применяют градирню с принудительной циркуляцией воздуха, температура конденсации может поддерживаться на заданном уровне посредством регулирования температуры воды на выходе из градирни. Как и в испарительном конденсаторе, это осуществляется путем регулирования расхода через градирню.

Другой способ заключается в использовании трехходового вентиля с плавной характеристикой или быстродействующего вентиля (рис. 5) для перепуска воды в обвод градирни, если температура воды на выходе из нее становится ниже заданного минимального уровня. Быстродействующий вентиль следует применять, когда градирня работает при температуре окружающей среды ниже точки замерзания воды.

Рис. 5 – Схема регулирования температуры воды на входе в конденсатор:
1 – градирня; 2 – водяной бак; 3 – трехходовой вентиль; 4 – реле температуры; 5 – конденсатор; 6 – насос.

Работа конденсатора в зимнее время

     Если компрессор или конденсатор расположены таким образом, что они подвержены воздействию низкой температуры окружающей среды, то при выключении компрессора давление в них может опуститься значительно ниже давления в испарителе. В таких случаях жидкий хладагент, который при других условиях остается в испарителе, мигрирует в зону низкого давления в компрессоре и конденсаторе. Когда в испарителе нет жидкого хладагента, то повышение температуры в испарителе не приводит к соответствующему повышению давления. Если установка работает от реле низкого давления, то повышение давления в испарителе в результате увеличения температуры может быть недостаточным для замыкания контактов реле и включения установки.

Этот недостаток можно исправить несколькими способами. Один из них заключается в установке термореле последовательно с реле низкого давления. Термореле настраивают на включение и выключение установки, а реле низкого давления выполняет только функцию защиты. Другое, более практичное решение заключается в отключении конденсатора во время нерабочей части цикла. Обратный клапан 3 (рис. 1) в жидкостном трубопроводе конденсатора предотвращает выкипание хладагента в ресивере и его поступление из ресивера в конденсатор вовремя нерабочей части цикла. Когда компрессор останавливается, вентиль 2 закрывается, препятствуя перетеканию хладагента из испарителя через клапаны компрессора и нагнетательной трубопровод в конденсатор. Когда конденсатор отключен, давление в испарителе может повыситься, а компрессор включиться независимо от температуры окружающей конденсатор среды.

Другая проблема, касающаяся работы испарительных конденсаторов и градирен в зимнее время, заключается в опасности замерзания воды, когда оборудование работает при температуре окружающего воздуха ниже 0 °С. Меры, предпринимаемые для предотвращения замерзания воды, подобны тем, которые применяют для предотвращения низкой температуры конденсации, т. е. они заключаются в регулировании расхода воздуха через градирню посредством заслонок или цикличной работы вентилятора. Кроме того, необходимо установить дополнительный поддон в теплом помещении и смонтировать трубопроводы таким образом, чтобы вода стекала под действием гравитации в этот поддон и не оставалась в градирне или поддоне конденсатора.

Другим решением является нагревание воды в резервуаре градирни паровым змеевиком или электрическими полосовыми нагревателями.