Лабораторная работа. Изучить устройство и работу холодильной машины МКТ20-2-0 ТО.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
Изучить устройство и работу холодильной машины МКТ20-2-0 ТО.
ОБОРУДОВАНИЕ РАБОЧЕГО МЕСТА:
1. Установка холодильная МКТ20-2-0 ТО. 2. Методические указания. 3. Плакаты
1 УСТРОЙСТВО И РАБОТА ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ
Холодильная машина МКТ20-2-0 ТО предназначена для охлаждения воды, применяемой в дальнейшем для охлаждения молока. Охлаждение воды производится путем использования искусственного холода. В машине агент хладон кипит при пониженном давлении и дает температуру до –300С. Основные технические данные машины приведены в таблице I.
Таблица 1 – Технические характеристики холодильной машины
Из курса «Физика» известно следующее – «так как при испарении жидкость покидают наиболее быстрые молекулы, то средняя скорость остальных молекул жидкости становится меньше. Следовательно, и средняя кинетическая энергия остающихся в жидкости молекул уменьшается. Это означает, что внутренняя энергия испаряющейся жидкости уменьшается. Поэтому, если нет притока энергии к жидкости извне, испаряющаяся жидкость охлаждается». «Явление превращения пара в жидкость называется конденсацией. Конденсация пара сопровождается выделением энергии, т. е. конденсируясь пар отдает то количество энергии, которое пошло на его образование». Машина представляет собой комплект аппаратов и приборов, объединенных в замкнутую систему, в которой осуществляется процесс получения искусственного холода по схеме машины одноступенчатого сжатия. Машина состоит из компрессора, конденсатора водяного охлаждения, испарителя с внутритрубным кипением холодильного агента, осушителя-фильтра, системы трубопроводов, приборов автоматики, арматуры и щита управления. Принцип работы машины заключается в следующем (рисунок 1) В ванне с водой находятся трубы испарителя (И). В трубах происходит кипение жидкого хладона, при этом температура его понижается до – 30 0С и вода, омывающая трубы испарителя охлаждается. Пары хладона образующиеся при кипении отсасываются из труб компрессора П. В компрессоре пары сжимаются, при этом они нагреваются до +70 0С и нагнетаются в конденсатор (КД). Охлажденный в конденсаторе хладон сжижается и затем поступает в фильтр-осушитель (ФО), где осушается от влаги и очищается от механических примесей. Далее жидкий холодильный агент через вентиль с электромагнитным приводом поступает в терморегулирующий вентиль (ТВ), где дросселируется до давления соответствующего кипению и в виде парожидкостной смеси поступает в испаритель (И), где закипает и цикл повторяется. Машина может работать в автоматическом и полуавтоматическом режимах. Управление машин осуществляется устройством А-80. Устройство А-80 предназначено для контроля технических процессов охлаждения, для управления работой холодильных машин, для защиты от недопустимых отклонений технологических параметров и выдачи аварийной сигнализации. Устройство применяется для управления холодильными машинами. Оно рассчитано для работы при: - температуре окружающего воздуха от + 1 до +45 0С и относительной влажности до 80 %; - повышенной влажности окружающего воздуха до 98 % при температуре 35 0С; - воздействии вибрационных нагрузок в диапазоне частот от 5 до
Устройство состоит из задатчика рода работы, логического преобразователя, устройства временной задержки и блокировок, силового преобразователя, аварийной сигнализации и источника питания. Задатчик рода работы предназначен для включения устройства и переключения в автоматический, полуавтоматический или местный режим работы устройства. Логический преобразователь предназначен для анализа состояния технологических защит и выдачи сигнала на силовой преобразователь по этим сигналам и сигналам датчика РТ блок-контактов пускателя рассольного насоса РН. Устройство временной задержки и блокировок обеспечивает блокировку технологических защит по температуре и давлению масла на время пуска компрессора. Аварийная сигнализация предназначена для отключения компрессора при возникновении аварии и включения с запоминанием светового сигнала по сигналам датчиков технологической защиты. Силовой преобразователь предназначен для управления потребителями холодильной машины (пускателями двигателя компрессора, соленоидными вентилями). Источник питания предназначен для питания электрической схемы устройства напряжениями 24 и 90 В. Устройство обеспечивает в соответствие с электрической принципиальной схемой автоматическое, полуавтоматическое и местное управление холодильными машинами. Задатчик рода работ выполнен на переключателе. При включении выключателя на щите управления питание подается на устройство А-80, на котором загорается сигнальный светодиод «Питание ВКЛ». Первоначальный пуск осуществляется нажатием кнопки «ПУСК».В дальнейшем автоматическое включение и отключение машин осуществляется по сигналу датчика-реле температуры. Автоматическая работа (переключатель рода работ на устройстве А-80 в положении А) осуществляется при помощи приборов автоматики. Полуавтоматическое управление осуществляется путем установки переключателя рода работ. Включение и отключение двигателя компрессора и вентиля осуществляется вручную нажатием кнопки «ПУСК» и «СТОП» на устройстве А-80. При этом блокировки приборов защиты и насоса теплоносителя участвуют в работе. Схемой предусмотрены следующие виды защиты: - от нарушения нормального режима давления; - от нагрузки двигателя процессора; - максимально-токовая защита. При срабатывании любой из защит обесточивается катушка магнитного пускателя, при этом на устройстве АI загорается светодиод «Авария». При срабатывании защиты от перегрузок повторное включение может быть произведено только после включения вручную кнопки возврата реле пускателя.
2. УСТРОЙСТВО И РАБОТА СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ И КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ ХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
2.1 Компрессор 2ФУБС12 (2ФУБС9) Компрессор предназначен для отсасывания паров холодильного агента из испарителя, сжатия их до давления конденсации и нагнетания в конденсатор. Компрессор для работы на хладоне одноступенчатый, бессальниковый. V-образный. Таблица 2 - Технические данные компрессора.
Примечание: – В зависимости от заказа компрессоры могут выполнятся для работы на различные напряжения сети и частоту тока, в связи с чем изменяются обороты. – Фактические характеристики холодопроизводительности и потребляемой мощности указаны в паспорте каждого компрессора.
Система смазки в компрессоре комбинированная: принудительная – шатунных шеек и разбрызгиванием – зеркала цилиндров, поршней, поршневых пальцев и подшипников качения. В систему смазки входит масляный насос, ложный подшипник и перепускной клапан. Масляный насос шестеренчатый, реверсивный. Подача 4,0 л/мин при 1480 об/мин и давлении 5 кгс/см2. Работа масляного насоса заключается в том, что профильтрованное в масляном фильтре масло попадает во всасывающую полость насоса, оттуда захватывается шестернями и выталкивается в нагнетательную полость. Рабочий цикл компрессора заключается в следующем: при вращении коленчатого вала поршни компрессора посредством шатунов получают возвратно-поступательное движение. При движении поршня вниз в цилиндре компрессора создается давление меньше, чем во всасывающей полости компрессора, вследствие чего открываются всасывающие клапаны и пары хладагента поступают в цилиндр компрессора. Когда поршень достигает крайнего нижнего положения, цилиндр полностью заполняется парами. При движении поршня вверх, происходит сжатие паров хладагента, находящегося в цилиндре, всасывающие клапаны закрываются. Давление в цилиндре повышается до величины, несколько большей, чем в нагнетательной полости компрессора, нагнетательные клапаны открываются и сжатый хладагент поступает в нагнетательную полость крышки цилиндров, затем нагнетательную полость блок-картера и далее через запорный вентиль в систему. Компрессор 2ФУБС12 надежно работают при отношении давления нагнетания к давлению всасывания не более 9 и разности этих давлений не более 14 МПа. Компрессоры могут работать в следующих диапазонах температур.
Таблица 3 – Режимы работы компрессора
Примечание: Допускается кратковременная работа на хладоне 12 (до 4 часов) при t0 = +20 0С и tк = +50 0С; tвс = +30 0С
2.2 Конденсатор (рисунок 2) предназначен для конденсации паров холодильного агента за счет теплообмена с охлаждающей водой. Состоит обечайки, на концах которой приварены трубные решетки 4, пучка ребристых накатных медных труб, концы которых развальцованы в трубных решетках. Торцевые стороны конденсатора закрыты крышками 5,6. В правой крышке 5 имеются отверстия для входа и выхода воды, причем, охлаждающая вода подводится снизу, а отходит сверху. Конденсатор снабжен плавкой пробкой для сбора холодильного агента при аварийном повышении температуры. Холодильный агент входит в конденсатор через верхний патрубок и проходя в межтрубном пространстве, охлаждается при соприкосновении с трубками, в которых циркулирует вода, конденсируется и выходит через вентиль 7.
2.3 Испаритель
В испарителе происходит кипение холодильного агента и охлаждение теплоносителя, поступающего в межтрубное пространство. Испаритель (рисунок 3) состоит из корпуса и двух крышек. Корпус 1 состоит из обечайки, на концах которой приварены трубные решетки 6. Пучок медноалюминевых труб закрепляется в трубных решетках способом развальцовки. Для более интенсивного теплообмена внутри медных труб имеются алюминиевые сердечники в форме звезды, которые разделяют внутренний объем трубок на десять – секторов – каналов. К трубным решеткам крепятся крышки левая и правая. В крышке левой 3 имеются два фланца и внутренняя разделяющая перегородка. Парожидкостная смесь холодильного агента направляется в нижний входной фланец и с помощью шайбы 2 равномерно распределяются по трубкам, где кипит внутри них, за счет тепла теплоносителя, который циркулирует в межтрубном пространстве между внутренними перегородками 8, создающими направление потока теплоносителя. Пары холодильного агента отсасываются компрессором из верхнего выходного патрубка. В верхней части испарителя установлена пробка для спуска воздуха 5, в нижней части пробка служит для слива теплоносителя. Сборку обечайки установлены патрубки входа и выхода теплоносителя.
Датчик-реле температуры установлен в специальном гнезде на входном патрубке теплоносителя. При необходимости датчик–реле может быть установлен на выходном патрубке, где имеется аналогичное гнездо, заглушенное пробкой. Осушитель-фильтр (рисунок 4) предназначен для удаления посторонних, случайно попавших в систему частиц, которые могут привести к образованию задиров и повреждению клапанов компрессора, а также нарушению работы приборов автоматики. кроме того, осушитель-фильтр предназначен для поглощения влаги из холодильного агента, которая вызывает усиленную коррозию частей машины и может образовать ледяную пробку в терморегулирующем вентиле (при работе на минусовом режиме кипения). Осушитель-фильтр представляет собой металлический корпус 1, в котором находится гильза 5, наполненная силикагелем, обладающим свойством поглощать влагу, и сетчатый фильтр 2. В случае засорения фильтра, сетчатый фильтр и гильза вынимаются из корпуса, сетчатый фильтр промывается, селикагель регенерируются при температуре не менее 250 0С в течение двух часов и вновь устанавливается в корпус, при этом температура селикагеля должна быть не меньше 100 0С, сетчатый фильтр должен быть осушен.
Для контроля давления холодильного агента на всасывании, нагнетании и давления, развиваемого масляным насосом компрессора, установлены мановакуумметры. Мановакуумметры, кроме шкалы давления, имеют соответствующую давлениям шкалу температур насыщенных паров R22.
2.4 Датчик-реле давления сдвоенный Д220
Реле давления предназначено для поддержания заданного давления во всасывающей и нагнетательной линиях холодильной машины путем замыкания или размыкания контактов цепи питания электродвигателя компрессора холодильной машины. Прибор имеет датчик низкого давления (ДНД) и датчик высокого давления (ДВД), воздействующие на одно общее коммутационное контактное устройство. Датчик низкого давления служит для поддержания давления в испарителе и обеспечивает размыкание контактов при понижении давления в линии всасывания компрессора ниже 0,03 МПа (0,3 кгс/см2) и возврат в исходное положение при повышении давления в этой линии свыше 0,4 МПа ДВД поддерживает давление в компрессоре и обеспечивает размыкание контактов при повышении давления в линии нагнетания компрессора выше
2.5 Сведения о холодильном агенте R22 и масле ХФ-22с-16
Холодильный агент (хладагент) – это рабочее вещество, с помощью которого в холодильной машине совершается круговой процесс, или цикл. В парокомпрессорной холодильной машине хладагент кипит при низкой температуре в испарителе, поглощает теплоту из охлаждаемой среды и отдаёт её в конденсаторе окружающей среде, превращаясь из парообразного состояния в жидкое. В качестве хладагентов использовались химические соединения: - аммиак (NH3); - двуокись углерода (СО2); - хлористый метил (СН3Сl); - сернистый ангидрид (S02). Однако данные химические соединения являются высокотоксичными. Менее токсичные хладагенты были синтезированы на основе метана путём замещения одного или большего числа атомов водорода атомами хлора, фтора или брома. Согласно ISO 817-74 хладагенты обозначают буквой R с последующим цифровым шифром. - для хладагентов неорганического происхождения цифры соответствуют молекулярной массе хладагента, увеличенной на 700. (Например: Аммиак – R-717, двуокись углерода – R-744, вода – R-718). Хладагенты органического происхождения: - фреоны (или хладоны) – также обозначаются буквой R, но цифровой шифр другой: - последняя цифра равна числу атомов фтора; - предпоследняя равна увеличенному на 1 числу атомов водорода; - третья справа равна уменьшенному на 1 числу атомов углерода. Примеры обозначения ряда хладагентов приведены в таблице 4. Таблица 4 - Обозначение хладагентов
Кроме однородных «чистых» хладагентов используются их смеси. Обозначают их трёхзначными цифрами после буквы R, начиная с 500. Применение смеси позволяет работать холодильной машине при более благоприятном режиме. В таблице 5 приведен состав некоторых смесей хдадагентов. Таблица 5 - Состав смеси хладагентов
Наиболее экологически опасными хладагентами являются (имеют атомы хлора в молекуле) R 11, R 12, R 113, R 114, R 115, R 502. Низкую озоноразрушающую активность имеют R 21, R 22, R 123, R 124. Озонобезопасные R 717, R 134a, R 125, R 32, R 23 и другие. Наиболее часто используемыми хладонами в сельском хозяйстве являются R12и R22, иностранные холодильные агрегаты используют R404. Классификация хладагентов производится по двум величинам: - температуре кипения при атмосферном давлении (760 мм. рт. ст.). - давлению насыщения при температуре 30 °С. Делят хладагенты на 3 группы: 1. Хладагенты высокого давления (Р > 2 МПа), низкотемпературные (t >– 60 °C (R744, R13, R14); 2. Хладагенты среднего давления (0,3 МПа > Р > 2 МПа), среднетемпературные (–10 > t > –60 °С), (R717, R12, R22, R115, R134a, R502); 3. Хладагенты низкого давления (Р < 0,3 МПа), высокотемпературные (t > –10 °С), (R11, R21, R142, R718 (вода). Холодильным агентом для машин является R22 ГОСТ 8502-73, тяжелые, бесцветный газ с очень слабым запахом, концентрация которого свыше 20 % в воздухе вызывает удушье из-за недостатка кислорода, вытесняемого из воздуха тяжелыми парами холодильного агента. Удельный вес жидкого холодильного агента при 0 0С – 1,285 кг/л. Холодильный агент растворяет смазочное масло. Смесь холодильного агента с маслом растворяет обычную резину. Поэтому в машинах рекомендуются прокладки из паронита или специальной резины. Растворимость воды в жидком холодильном агенте мала, не более 0,0025% по весу при температуре 0 0С. нерастворенная вода вызывает коррозию металлических частей машины, замерзая, может перекрыть проходное отверстие в терморегулирующем вентиле. При отсутствии влаги холодильный агент не вызывает коррозию металла. Холодильный агент хорошо смывает с металла различные посторонние частицы, поэтому при ремонте машин – ремонте компрессора, должны применяться особые меры, предохраняющие машину от загрязнения. Холодильный агент очень текуч. Он обладает способностями проникать сквозь мелкие поры металла и малейшие не плотности в соединениях и стенках сосудов. В условиях атмосферного давления (760 мм. рт. ст.) холодильный агент переходит из жидкого в газообразное состоянье (кипит) при температуре минус 40,8 0С. Температура замерзания равна минус 160 0С. Холодильный агент не горюч и в смеси с воздухом не воспламеняется и не взрывается. В открытом пламени холодильный агент начинает распадаться при 550 0С с выделением жидкого газа фосген. Жидкий холодильный агент попадая на кожу может вызывать обморожение, а при попадании в глаза – повредить их. Холодильный агент хранится и транспортируется в стальных баллонах. В них холодильный агент хранится в жидком состоянии. Баллоны окрашивают в серебристый цвет. Желтым цветом наносят надпись R22. В верхней сферической части баллона желтой краской наносят по всей окружности две поперечные полосы шириной по 30 мм. Для смазки трущихся частей компрессора применяют масло ХФ-22с-16 ГОСТ 5546-66. Оно растворяется и частично увлекается парами холодильного агента, циркулируя вместе с ним по системе. Температура застывания масла - минус 50 0С, температура вспышки - + 225 0С. из-за высокой гигроскопичности особое внимание должно обращаться на недопустимость попадания влаги в масло. В связи с этим транспортировка и хранение масла производится в закрытых герметичных банках. Применение масла какого-либо другого вида категорически запрещается.
2.6 Вентиль терморегулирующий 22 ТРВ-40
Терморегулирующий вентиль установлен на жидкостной линии перед испарителем. Он предназначен для автоматического регулирования степени заполнения испарителя холодильной установки холодильным агентом хладоном 22 в зависимости от перегрева паров холодильного агента на выходе из испарителя. Терморегулирующий вентиль осуществляет дросселирование хладона от давления конденсации до давления испарения. Регулирование подачи жидкого хладона в испаритель происходит в зависимости от разности температур кипящего в испарителе жидкого хладона и отсасываемого компрессором пара у выхода из испарителя. При повышении разности температур количество жидкого хладона, подаваемого терморегулирующим вентилем, увеличивается, а при понижении – уменьшается. Вентиль (рисунок 5) состоит из термочувствительной системы, узлов клапана, толкателя и настройки.
Термочувствительная система состоит из головки 12 с помещенным в нее упругим элементом – мембраной 1, термобаллона 14 и капиллярной трубки 13, соединяющей полость термобаллона с надмембранной полостью головки. Термочувствительная система заполнена некоторым количеством термочувствительного вещества – наполнителя. Узел клапана включает собственно клапан 9, направляющий стакан 8 с шайбой. Основой узла толкателя являются собственно толкатель 11, с помощью которого упругий элемент – мембрана и клапан соединяются между собой, и сальник 2. Узел настройки вентиля состоит из штуцера 7, ходового винта 5, ходовой гайки 6 и пружины 4. Все узлы смонтированы в корпусе 3, в перегородку которого вмонтировано седло 10 с комбинированным отверстием. Технологический процесс работы происходит следующим образом (рисунок 6). Жидкий хладагент подается к вентилю и проходит через калиброванное отверстие седла. Поскольку давление хладагента при этом резко снижается, часть его закипает и превращается в пар. Парожидкостная смесь поступает в змеевик испарителя, где происходит дальнейшее испарение жидкости, сопровождаемое охлаждением воды в ванне-аккумуляторе холода. В точке «а» заканчивается испарение жидкого хладона, весь он превращается в насыщенный пар, и по мере дальнейшего перемещения в змеевике пар из насыщенного превращается в перегретый.
Режим работы установки является наиболее экономичным тогда, когда перегрев пара происходит на незначительной, заключительной части змеевика (участок I –II). Назначение вентиля и заключается в том, чтобы подавать в испаритель автоматически такое количество хладона, полное испарение которого будет обеспечено на участке змеевика испарителя от ТРВ до точки «а». К штуцеру 15 (см. рисунок 5) присоединяются трубопровод уравнительной линии, которая предназначена для исключения влияния гидравлических потерь в испарителе на работу вентиля и подключается к выходу из испарителя за термобаллоном, в непосредственной близости к нему. Таким образом, на мембрану вентиля действуют две силы. Сила, действующая сверху, вызвана давлением паров наполнителя термосистемы, а сила снизу обусловлена давлением паров хладона, кипящего в испарителе. Термобаллон крепится к трубопроводу змеевика испарителя в той его части, где происходит перегрев паров хладона (рисунок 6), поэтому давление паров наполнителя выше давления, при котором в испарителе кипит хладон. Чем выше перегрев паров хладона в испарителе, тем больше разность усилий, действующих на мембрану. Эта разность уравновешивается усилием регулировочной пружины. При рассмотрении рабочего процесса холодильной машины и работы ТРВ различают понятия: перегрев паров хладагента, соответствующий началу открытия клапана, и изменение перегрева паров. Перегрев начала открытия клапана – это такое значение перегрева, при котором отверстие седла вентиля еще закрыто, но усилия, приложенный к мембране, уравновешены, и седло не испытывает контактного нажатия клапана. При работе установки возникает изменение перегрева – разность между действительным значением перегрева паров хладона на выходе из испарителя и перегревом паров начала открытия клапана (изменение нагрева). При этом, за счет разности усилий, действующих на мембрану, клапан вентиля опускается, приоткрывая калиброванное отверстие седла вентиля до тех пор, пока разность усилий не уравновешивается сопротивлением пружины, возрастающим по мере ее сжатия. Изменение температуры перегрева паров, при котором достигается ход клапана, обеспечивающий номинальную производительность вентиля, составляет (278±1) К при температуре кипения хладона 258 К и температуре его конденсации 303 К. Значение этой величины обусловлено конструкцией и не может быть изменено настройкой вентиля. В установившемся режиме, когда значение перегрева паров холодильного агента на выходе из испарителя равно настроенному значению перегрева начала открытия, клапан вентиля закрывает отверстие седла и в испаритель холодильный агент не поступает. При изменении режима работы установки, например, при повышении температуры воды, поступающей в аккумулятор холода от охладителя молока, точка «а» смещается ближе к вентилю, и температура паров на выходе из испарителя начинает повышаться. При этом нагревается термобаллон и, соответственно, наполнитель, находящийся в нем. При нагревании наполнитель расширяется, и давят на мембрану сверху. Это вызывает нарушение равновесия системы мембрана-клапан-пружина, и клапан открывается. В испаритель поступает холодильный агент, и точка полного испарения смещается по ходу испарителя, постепенно возвращаясь в начальное положение. Устанавливается новое равновесное положение клапана, при котором вентиль пропускает в испаритель столько холодного агента, сколько необходимо для компенсации возросшей тепловой нагрузки. При уменьшении тепловой нагрузки испарителя при остановке компрессора точка «а» испарения смещается к выходу, температура перегрева паров на выходе из испарителя уменьшается, и как только ее величина достигнет значение, на которое вентиль настроен на заводе, клапан закрывает отверстие в седле, и приток холодильного агента в испаритель прекратится. Так несколько упрощенно выглядит схема работа вентиля в составе холодильной установки. В действительности работы вентиля гораздо сложнее, так как он реагирует сразу на изменение двух параметров – перегрева паров холодильного агента на выходе из испарителя и давления кипения в испарителе. Кроме того, работа вентиля рассматривалась в положении клапана закрыт – открыт – закрыт. В реальных условиях клапан вентиля совершает колебательные движения около среднего положения и полное его закрытие происходит только при остановке машины. Если во время работы давление всасывания после включения машины быстро понижается, это свидетельствует о неправильной настройке ТРВ (малом его открытии) или засорении фильтра.
Содержание отчета.
1.Записать основные технические характеристики. 2. Вычертить схему холодильной установки, описать ее работу. 3. Вычертить кинематическую схему терморегулирующего вентиля. 4. На схеме машины проставить диапазон изменения температуры и давления холодильного агента в компрессоре, испарителе, конденсаторе.
Контрольные вопросы.
1. Назначение холодильной установки. 2. Рабочий процесс холодильной установки. 3. Устройство и работа: испарителя, конденсатора, датчика-реле температуры, терморегулирующего вентиля, датчика-реле давления. 4. Аварийные режимы работы холодильной машины.
лабораторная работа
изучение устройства и работы холодильной машины МКТ20-2-ОТО
(методическое указание к выполнению работы)
|
Конструктивно устройство выполнено в виде трех основных узлов: шасси, кожуха и рамы.
