Materiały dydaktyczne Chłodnictwo, klimatyzacja i wentylacja

Transkrypt

Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
Materiały dydaktyczne
Chłodnictwo, klimatyzacja i wentylacja
Semestr VI
Wykłady
Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”
Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin
1
Temat 1 (1h): Chłodnictwo i jego zastosowanie w okrętownictwie
Zagadnienie 1.A: Metody chłodzenia i rodzaje urządzeń chłodniczych
Podstawowe rodzaje chłodzenia stosowane w technice to chłodzenie przez zmianę
stanu skupienia i chłodzenie przez rozprężanie. W związku z problemami ekologicznymi na
etapie badań lub wdrażania na skalę przemysłową znajdują się modyfikacje podstawowych
metod chłodzenia
związane z wykorzystaniem obiegu CO2 z ponadkrytycznym lub
kaskadowym sprężaniem par oraz specjalnych układów absorpcyjnych. Ze względu na niską
efektywność energetyczną dalekie od zastosowanie praktycznego do urządzeń dużych mocy
wydają
się
obecnie
metody
chłodzenia
termoelektrycznego,
magnetycznego,
termoplastycznego i termoakustycznego.
Chłodzenie przez zmianę stanu skupienia obejmuje: topnienie, sublimację oraz
parowanie i wrzenie. Chłodzenie przez rozprężanie polega na obniżeniu energii gazu przez
wykorzystanie energii ciśnienia do pokonania sił wzajemnego przyciągania cząsteczek w
procesie adiabatycznego dławienia.
Podstawowe rodzaje urządzeń chłodniczych stosowanych w przechowalnictwie i
przemyśle to urządzenia sprężarkowe i absorpcyjne.
Zagadnienie 1.B: Zastosowanie chłodnictwa na statkach
Zastosowanie urządzeń chłodniczych na statkach obejmuje chłodzony przewóz
towarów w ładowniach i kontenerach, przewóz ładunków płynnych w stanie skroplonym,
przechowywanie zapasów okrętowych w chłodniach prowiantowych, przechowywanie
skroplonych środków gaśniczych, oraz obróbkę powietrza w instalacjach klimatyzacyjnych.
Każde z zastosowań posiada specyficzny rodzaj instalacji i urządzeń potrzebnych do
realizacji procesu chłodzenia.
2
Temat 2 (2h): Obiegi chłodnicze i układy chłodnicze stosowane na statkach
Zagadnienie 2.A: Podstawy termodynamiczne obiegów chłodniczych
Termodynamiczny obieg chłodniczy to zespół cyklicznych przemian stanu ziębnika
podczas których ciepło przenoszone jest od źródła o niższej temperaturze do źródła o
wyższej temperaturze, a więc przeciwnie do naturalnego ruchu ciepła, kosztem energii
sprężania lub energii cieplnej doprowadzonej do ziębnika. Stan ziębnika po zakończeniu
ostatniej przemiany pokrywa się ze stanem na początku cyklu. Stan ziębnika wyrażony jest
zbiorem wartości parametrów fizykochemicznych. Przemiany można zobrazować w
wybranym dwuwymiarowym układzie współrzędnych. Do analizy obiegów teoretycznych
najczęściej używany jest układ współrzędnych entropia- temperatura (T- s). Najchętniej
stosowanym praktycznie jest układ współrzędnych entalpia- ciśnienie (lgp- i) i do niego
najczęściej będzie odwołanie podczas zajęć. Na rys. 2.1 przedstawiono w układzie
współrzędnych lgp- i teoretyczny, sprężarkowy suchy obieg chłodniczy z dławieniem a na
rys. 2.2 przebieg linii obrazujących stan ziębnika.
Rys.2.1 Obieg termodynamiczny ziębnika w układzie współrzędnych lgp- i
3
Jak wynika z rys. 2.1 teoretyczny obieg chłodniczy jest obiegiem lewobieżnym. W
zależności od relacji temperatury otoczenia do temperatury źródła dolnego i górnego obiegi
lewobieżne dzieli się na

Obiegi chłodnicze (temperatura otoczenia = temperaturze źródła górnego)

Obiegi pompy ciepła (temperatura otoczenia = temperaturze źródła dolnego)

Obiegi kombinowane (temperatura otoczenia pomiędzy temperaturą źródła dolnego i
górnego)
Najważniejszym pojęciem energetycznym obiegu jest skutek użyteczny. W obiegu
chłodniczym skutkiem użytecznym jest ilość ciepła odebrana od źródła o niskiej
temperaturze przez jeden kilogram ziębnika czyli jednostkowa wydajność chłodnicza qo. W
obiegu pompy ciepła skutkiem użytecznym jest ilość ciepła dostarczonego do źródła górnego
przez ten sam kilogram ziębnika.
Miarą efektywności termodynamicznej obiegu jest stosunek wartości skutku użytecznego
do ilości energii doprowadzonej do kilograma ziębnika po to, aby ten skutek osiągnąć zwany
współczynnikiem wydajności chłodniczej ε.
Gdy wszystkie przemiany obiegu termodynamicznego są odwracalne a wymiana ciepła
pomiędzy ziębnikiem a źródłami ciepła odbywa się przy nieskończenie małej różnicy
temperatur obieg nazywany jest odwracalnym. Wszystkie rzeczywiste obiegi lewobieżne są
obiegami nieodwracalnymi.
Efektywność egzergetyczną obiegu nieodwracalnego określa się porównując go z
teoretycznym obiegiem odwracalnym, który posiada równoważny skutek użyteczny.
Powszechnie stosowanym obiegiem porównawczym jest obieg Carnota. Podstawowe
teoretyczne obiegi chłodnicze to mokry i suchy obieg Lindego oraz jego modyfikacje
wynikające ze sposobu rozprężania ziębnika oraz obecności dochłodzenia, przegrzania i
regeneracji.
Podstawowe układy chłodnicze stosowane na statkach to układy ciśnieniowe i pompowe,
z jednym lub wieloma poziomami parowania. Podział wynika ze sposobu zasilania
wymienników ciepła w których realizowany jest skutek użyteczny działania obiegu.
4
Zagadnienie 2.B: Obiegi z przechłodzeniem ciekłego ziębnika i przegrzaniem ziębnika
parowego po stronie ssawnej
W obiegu chłodniczym bez przechłodzenia przed dławieniem izentalpowym ziębnik
dopływający do elementu dławiącego (punkt 3 na rys. 2.1) jest cieczą nasyconą (linia x=0).
W trakcie dławienia przechodzi w stan pary nasyconej mokrej. Przechłodzenie ziębnika
przed dławieniem izentalpowym zwiększa skutek użyteczny qo - rys. 2.3. Przechłodzenie 3-4
zachodzi tak jak na rysunku w części skraplacza lub w oddzielnym wymienniku ciepła
zamontowanym za skraplaczem.
W obiegu chłodniczym bez przegrzania ziębnik który zostaje zassany przez sprężarkę
(punkt 1 na rysunku 2.1) ma postać pary suchej nasyconej (linia x=1). Zapewnienie suchej
pracy sprężarki tłokowej wymaga jednak przegrzania zasysanej przez nią pary ziębnika.
Najprostszym sposobem zapewnienia przegrzania pary jest zastosowanie zaworów
termoregulacyjnych dławiących ziębnik na dopływie do parownika. Zawory te pracują w ten
sposób, że dostosowują ilość ziębnika dopływającego do parownika do ilości ciepła, którą
musi on odebrać- rys. 2.4. Przegrzanie 5-1 zwiększa bardzo nieznacznie skutek użyteczny
ponieważ współczynnik przejmowania ciepła w przepływie mieszaniny cieczowo- parowej
4-5 (para mokra nasycona) jest znacznie większy niż w przepływie pary przegrzanej 5-1.
Zagadnienie 2.C: Obiegi o sprężaniu jedno i dwustopniowym
Wraz ze wzrostem sprężu czyli stosunku ciśnienia skraplania do ciśnienia parowania
maleje wydajność chłodnicza układu oraz współczynnik wydajności chłodniczej a wzrasta
praca sprężania i temperatura końca sprężania. Poważnym ograniczeniem eksploatacyjnym
jest temperatura końca sprężania ziębnika. Względy ekonomiczne przemawiają z kolei za
zmniejszeniem nakładów energetycznych sprężania i podwyższeniem wydajności instalacji.
Wreszcie potrzeby technologiczne procesu mogą decydować o zastosowaniu kilku różnych
poziomów temperatury parowania ziębnika. Wszystkie powyższe czynniki decydują o tym, że
po przekroczeniu określonego sprężu proces sprężania i dławienia ziębnika dzieli się na
dwa, lub rzadziej, na więcej stopni. Klasyczne teoretyczne obiegi chłodnicze dwustopniowe
można podzielić na:

Obiegi z dwustopniowym sprężaniem i jednostopniowym dławieniem
5

o
Z niepełnym chłodzeniem międzystopniowym
o
Z pełnym chłodzeniem międzystopniowym
Obiegi z dwustopniowym sprężaniem i dwustopniowym dławieniem
o
Z jednym lub dwoma poziomami parowania
o
Z niepełnym chłodzeniem międzystopniowym
o
Z pełnym chłodzeniem międzystopniowym
o
Bez dochłodzenia przed zaworem dławiącym
o
Z dochłodzeniem przed zaworem dławiącym
Poza rozwiązaniami klasycznymi istnieją układy chłodnicze jednostopniowe mające
cechy obiegów dwustopniowych:

Układy jednostopniowe z dławieniem pary zasysanej ziębnika

Układy jednostopniowe z osuszaczem

Układy jednostopniowe z wtryskiem cieczy do przewodu ssawnego sprężarki
Zagadnienie 2.D: Obiegi o chłodzeniu bezpośrednim i pośrednim
Chłodzenie bezpośrednie zachodzi wówczas, kiedy ciepło odbierane od źródła
dolnego zostaje bezpośrednio przejmowane przez ziębnik, bez pośrednictwa innego
medium. W układach pośrednich ciepło przejmowane jest najpierw przez ziębiwo w postaci
solanki (przy niskich temperaturach źródła dolnego) lub przez wodę (przy wyższych
temperaturach źródła dolnego). Medium pośredniczące cyrkuluje przez wymiennik w którym
oddaje ziębnikowi ciepło pobrane wcześniej ze źródła dolnego. Dzięki zastosowaniu układów
pośrednich układ cyrkulacji ziębnika ograniczony zostaje praktycznie do niewielkich
rozmiarów, a w rurociągach łączących wiele indywidualnych odbiorów ciepła krąży medium
pośredniczące. Rozwiązanie to pozwala na zdecydowane ograniczenie rozmiarów instalacji
ziębnika i związanych z tym potencjalnych przecieków.
Zagadnienie 2.E: Obiegi o zasilaniu ciśnieniowym, pompowym, grawitacyjnym
Podział na obiegi o zasilaniu ciśnieniowym, pompowym i grawitacyjnym wynika ze
sposobu zasilania ziębnikiem wymiennika w którym odbierane jest ciepło ze źródła dolnego.
Przy zasilaniu ciśnieniowym do zaworu regulacyjnego dopływa ziębnik pod ciśnieniem
6
skraplania, gdzie ulega dławieniu do ciśnienia parowania. Przy zasilaniu pompowym ziębnik
pobierany jest przez pompę z separatora i dostarczany do wymiennika w którym odbiera
ciepło. Po odebraniu ciepła wraca do separatora, gdzie następuje rozdzielenie fazy parowej i
cieczowej. Faza parowa zostaje odessana przez sprężarkę a faza cieczowa wraca z
powrotem do obiegu wymuszonego przez pompę. Przy zasilaniu grawitacyjnym o ruchu
cieczy nie decyduje praca pompy lecz różnica słupów cieczy ziębnika w separatorze i
wymienniku ciepła. Zasilanie pompowe pracuje podczas intensywnego odbioru ciepła w fazie
obniżania temperatury źródła dolnego a grawitacyjne podczas jej utrzymania.
Zagadnienie 2.F: Obiegi o kilku poziomach temperatur parowania
Zróżnicowanie poziomów temperatur parowania wynika z potrzeb technologicznych
procesu chłodzenia. W układach dwustopniowych uzyskuje się dwa podstawowe poziomy
temperatur parowania, czyli temperatur ziębnika w wymiennikach ciepła. Uzyskanie różnych
temperatur parowania w układach jednostopniowych wymaga regulacji ciśnienia parowania
ziębnika za pomocą zaworów dławiących zamontowanych pomiędzy parownikiem a
sprężarką. Zawory te nazywane są zaworami stałego ciśnienia.
7
Temat 3 (1h): Instalacje pomocnicze w układach chłodzenia
Zagadnienie 3.A: Instalacja odessania parowego ziębnika
Instalacja odessania parowego ziębnika służy do opróżnienia układu chłodniczego z
ziębnika zgromadzonego wcześniej w zbiorniku lub transferu ziębnika pomiędzy różnymi
instalacjami.
Składa się z rurociągów i zaworów łączących poszczególne zbiorniki i
skraplacze instalacji.
Podczas transferu ziębnika niskie ciśnienie w instalacji odessania
wytwarzane jest przez pracującą sprężarkę układu chłodniczego a odessanie par ziębnika
możliwe jest dzięki odpowiedniemu ustawieniu zaworów odcinających.
Zagadnienie 3.B: Instalacja wytłaczanie ciekłego ziębnika
Instalacja wytłaczania ciekłego ziębnika pozwala na szybki transfer ziębnika w
postaci cieczy a nie w postaci pary tak jak w instalacji odessania. Ciśnienie potrzebne do
transferu ziębnika wynika z ciśnienia skraplania. Instalacja składa się z rurociągów i zaworów
odcinających podłączonych do skraplaczy i zbiorników układu chłodniczego.
Zagadnienie 3.C: Instalacja uzupełnianie ziębnika
Instalacja uzupełniania ziębnika pozwala na dopełnienie układu chłodniczego
ziębnikiem w postaci fazy ciekłej. Uzupełnienie odbywa się przez osuszacz po odpowiednim
ustawieniu zaworów w samej instalacji. Po przejściu przez osuszacz dopełniany ziębnik
przepływa przez instalację i zostaje zgromadzony w zbiorniku. Kontrola napełnienia instalacji
możliwa jest dzięki odcięciu zbiornika od rurociągów cieczowych i pracy sprężarki oraz
skraplacza.
Zagadnienie 3.D: Instalacja odpowietrzenia
Instalacja odpowietrzenia w małych urządzeniach chłodniczych to wyłącznie króćce z
zaworami na górnej części korpusu skraplacza. W dużych instalacjach chłodniczych z
wieloma urządzeniami stosowana jest specjalna instalacja odpowietrzania składająca się z
8
rurociągów połączonych z odpowietrznikiem centralnym. Idea działania odpowietrznika
polega na wykropleniu par ziębnika z mieszaniny parowo- powietrznej, dzięki wykorzystaniu
wysokiej różnicy temperatur skraplania obu składników mieszaniny. Działanie odpowietrznika
centralnego składa się z kilku faz podczas których realizowane jest napełnianie,
wychładzanie i separacja powietrza.
Zagadnienie 3.E: Instalacja wyrównania ciśnienia
Instalacja wyrównania ciśnień służy do wyrównania ciśnienia par ziębnika w
przestrzeniach parowych skraplacza i zbiornika cieczy. W obu urządzeniach ziębnik
występuje w stanie nasycenia a ciśnienie przestrzeni parowej zależy od temperatury
otoczenia. Grawitacyjny spływ ziębnika ze skraplacza do zbiornika jest możliwy wówczas,
gdy ciśnienia w obu elementach instalacji są takie same lub gdy ciśnienie w skraplaczu jest
wyższe niż w zbiorniku. Przy braku instalacji wyrównania ciśnień wyższa temperatura
zbiornika uniemożliwiłaby spływ ziębnika ze skraplacza.
Zagadnienie 3.F: Instalacja odwadniania ziębnika
Instalacja odwadniania ziębnika składa się z separatora wilgoci oraz rurociągów i
zaworów pozwalających podczas normalnej pracy na oddzielenie wody a podczas obsługi na
uzupełnienie ziębnika i bezpieczną wymianę wkładu separatora wilgoci.
Zagadnienie 3.G: Instalacja odszraniania termodynamicznego z powrotem ziębnika do
kolektora cieczowego lub zbiornika drenażowego i separatora
Instalacja oszraniania termodynamicznego służy do okresowego usunięcia warstwy
szronu z parownika poprzez jej podgrzanie i odprowadzenie powstałej wody poza komorę
chłodniczą. Przemiana fazowa szronu odbywa się kosztem utajonego ciepła skraplania
ziębnika. Podczas odszraniania termodynamicznego gorące pary ziębnika zamiast do
skraplacza kierowane są do odszranianego parownika w kierunku przeciwnym do
normalnego kierunku przepływu. Po zmianie stanu ciekły ziębnik opuszcza odszraniany
9
parownik, przepływa do kolektora zasilania i dalej przepływa identycznie jak podczas
normalnej pracy wracając do sprężarki w postaci pary przegrzanej.
Zagadnienie 3.H: Instalacja bezpieczeństwa
Instalacja bezpieczeństwa służy do zabezpieczenia skraplaczy i zbiorników instalacji
przed nadmiernym wzrostem ciśnienia, w przypadku, gdy zawiodą niżej ustawione
zabezpieczenia strony wysokociśnieniowej instalacji. Zasadniczym elementem instalacji są
odpowiednio
ustawione
zawory
bezpieczeństwa.
Ciśnienie
otwarcia
zaworów
bezpieczeństwa wynika z wymogów instytucji klasyfikacyjnych lub nadzoru technicznego
Zagadnienie 3.I: Instalacja spustu ziębnika za burtę
Instalacja spustu ziębnika za burtę służy do awaryjnego opróżnienia instalacji w
przypadku zagrożenia pożarowego siłowni. Instalacja składa się z rurociągów podłączonych
do skraplaczy i zbiorników oraz jednego zaworu odcinającego kierującego ziębnik
bezpośrednio za burtę.
Zagadnienie 3.J: Instalacja rekuperacji i odgazowania oleju
W dużych freonowych instalacjach chłodniczych z separatorem cieczy istnieje
konieczność okresowego odzysku oleju gromadzącego się pod powierzchnią ciekłego
ziębnika. Służy do tego separator oleju wraz z obsługującymi go rurociągami. Separator oleju
zbudowany jest w postaci dwuściennego cylindra którego przestrzeń zewnętrzna
podgrzewana jest ciekłym ziębnikiem zasilającym separator cieczy. Cykl pracy separatora
oleju składa się z fazy napełniania, fazy odgazowania oraz fazy opróżniania separatora.
Przepływ oleju w poszczególnych fazach pracy możliwy jest dzięki otwarciu odpowiednich
zaworów łączących przestrzeń separatora oleju z przestrzeniami wysokiego lub niskiego
ciśnienia.
Zagadnienie 3.K: Instalacja uzupełniania oleju
10
W dużych instalacjach chłodniczych z wieloma sprężarkami wykorzystującymi ten
sam gatunek oleju smarowego stosuje się instalację ze zbiornikiem centralnego smarowania.
Instalacja ta pozwala na uzupełnienie lub napełnienie każdej ze sprężarek olejem za pomocą
przesterowania odpowiednich zaworów. Ciśnienie potrzebne do uzupełnienia zbiornika oraz
transferu oleju do sprężarek wytwarzane jest za pomocą zaworów łączących przestrzeń
zbiornika ze stroną ssawną lub tłoczną instalacji.
Zagadnienie 3.L: Instalacja odszraniania elektrycznego
Instalacja odszraniania elektrycznego służy do okresowego oczyszczenia parownika
ze szronu za pomocą grzałek elektrycznych zainstalowanych na parowniku, tacy ociekowej
oraz rurociągu spływu skroplin z odszraniania. Sterowanie czasem odszraniania oraz
okresami pomiędzy kolejnymi cyklami pracy i odszraniania odbywa się za pomocą
sterowników elektronicznych z opcją kontroli temperatury powierzchni parownika oraz pracy
lub postoju wentylatorów w trakcie odszraniania.
Zagadnienie 3.M: Instalacja odszraniania gorącym glikolem
Instalacja odszraniania gorącym glikolem stosowana jest w dużych instalacjach
chłodniczych. Rurociągi gorącego glikolu podgrzewają powierzchnię parownika, tace
ociekowe oraz rurociągi spływu skroplin z odszraniania. Instalacja składa się z
podgrzewacza glikolu, pomp cyrkulacyjnych oraz rurociągów z zaworami odcinającymi.
Gorący glikol oddaje w parowniku ciepło pobrane w podgrzewaczu, potrzebne do przemiany
fazowej warstwy szronu.
11
Temat 4 (1h): Sprężarki i agregaty chłodnicze
Zagadnienie 4.A: Podział sprężarek i agregatów ziębniczych
Sprężarki ziębnicze to maszyny o różnej konstrukcji i mocy napędowej a ich podział
przedstawiono na rys. 4.1. W sprężarkach przepływowych sprężanie ziębnika odbywa się w
sposób ciągły w procesie zamiany energii kinetycznej na energię ciśnienia. W sprężarkach
tłokowych sprężanie ma charakter cykliczny wynikający ze zmiany objętości przestrzeni
połączonej z rurociągiem ssawnym i tłocznym.
Rys.4.1 Klasyfikacja sprężarek chłodniczych
Zagadnienie 4.B: Moc ziębienia i moc napędowa w funkcji parametrów działania sprężarki
Moc ziębienia sprężarki Qo to iloczyn strumienia masy ziębnika przetłaczanego przez
sprężarkę i różnicy entalpii właściwej pary przegrzanej ziębnika na dopływie do sprężarki
oraz entalpii właściwej ciekłego czynnika w stanie nasycenia odpowiadającym ciśnieniu
tłoczenia na odpływie ze sprężarki. Moc napędowa sprężarki Pe to moc na wale dla
sprężarek dławnicowych lub moc elektryczna pobierana na zaciskach silnika dla sprężarek
hermetycznych i semihermetycznych.
12
Moc ziębienia i moc napędowa przedstawiane są w postaci charakterystyk
energetycznych czyli zależności od temperatury parowania i temperatury skraplania. Moc
ziębienia sprężarki generalnie rośnie wraz ze wzrostem temperatury parowania i spadkiem
temperatury skraplania. Moc napędowa sprężarki generalnie rośnie wraz ze wzrostem
temperatury parowania i wzrostem temperatury skraplania.
Zagadnienie 4.C: Sprężarki i agregaty tłokowe (konstrukcja, regulacja wydajności)
Zmianę objętości przestrzeni roboczej w sprężarkach tłokowych uzyskuje się za
pomocą postępowo- zwrotnego ruchu tłoka. Przestrzeń robocza połączona jest z komorą
ssawną i tłoczną w głowicy cylindrowej za pomocą samoczynnych zaworów a tłok
napędzany jest za pośrednictwem mechanizmu korbowo- tłokowego. Komora ssawna
posiada połączenie z karterem sprężarki, co jest warunkiem powrotu oleju z instalacji.
Cykl roboczy sprężarki rozpoczyna się w GMP. Podczas ruchu tłoka w kierunku DMP
następuje wzrost objętości przestrzeni roboczej i spadek ciśnienia. Rosnąca różnica ciśnień
między komorą ssawną i przestrzenią roboczą otwiera samoczynny zawór ssawny i
następuje napełnienie cylindra ziębnikiem. Po osiągnięciu przez tłok DMP, cała przestrzeń
robocza napełniona jest parami ziębnika o ciśnieniu podobnym jak w komorze ssawnej. Po
przekroczeniu DMP samoczynny zawór ssawny zamyka się wskutek wyrównania ciśnień po
obu jego stronach i rozpoczyna się faza sprężania par ziębnika wskutek ruchu tłoka w
kierunku GMP i zmniejszania przestrzeni roboczej. Po osiągnięciu w przestrzeni roboczej
ciśnienia na tyle wyższego od ciśnienia w komorze tłocznej aby otworzył się samoczynny
zawór tłoczny, następuje faza wytłaczania sprężonych par ziębnika z cylindra sprężarki. Po
osiągnięciu GMP samoczynny zawór tłoczny zamyka się i kończy się cykl roboczy sprężarki.
Regulacja wydajności sprężarki jednocylindrowej odbywa się przez cykliczne
włączanie i wyłączanie sprężarki albo przez zmianę prędkości obrotowej. Regulacja
wydajności sprężarki wielocylindrowej odbywa się przez wyłączanie poszczególnych
cylindrów. Wyłączanie cylindra polega na wymuszeniu otwarcia samoczynnego zaworu
ssawnego podczas całego cyklu roboczego sprężarki. W efekcie po przekroczeniu DMP
zawór ssawny pozostaje otwarty a ruch tłoka w kierunku GMP powoduje wytłaczanie
zassanego ziębnika z powrotem do komory ssawnej.
13
Zagadnienie
4.D:
Sprężarki
śrubowe
(konstrukcja,
regulacja
wydajności,
zmienny
współczynnik kompresji, funkcje oleju
Zasadniczymi elementami sprężarki śrubowej są dwa współpracujące ze sobą wirniki,
posiadające nacięte na obwodzie kształtowe zęby śrubowe, osadzone obrotowo z
minimalnym luzem obwodowym w korpusie. Liczba nacięć na obu wirnikach jest różna.
Moment napędowy doprowadzony jest do wirnika czynnego z mniejszą liczbą zębów o
profilu wypukłym. Pomiędzy wirniki wtryskiwany jest olej, który wypełnia przestrzenie
międzyzębne. Olej pełni w sprężarce rolę uszczelniającą przestrzeń roboczą, zmniejsza
zużycie współpracujących powierzchni wirników, odbiera część ciepła przegrzania ziębnika
podczas sprężania oraz obniża poziom hałasu.
Przestrzeń roboczą sprężania tworzy każda bruzda międzyzębna oraz zamykające je
ścianki obudowy. Sprężanie ziębnika następuje w wyniku stopniowego wchodzenia w bruzdę
wirnika czynnego zęba współpracującego z nim wirnika biernego. Podczas obrotu wirników
każda bruzda uzyskuje połączenie na przemian z komorami ssawną i tłoczną przez okna
sterujące wykonane w przeciwległych ściankach czołowych obudowy.
Cykl roboczy rozpoczyna się
z chwilą gdy krawędź obrysu czołowego bruzdy
wchodzi w obręb okna ssawnego a współpracujący z nią obrys czołowy powierzchni zęba
przylega do niej z minimalnym luzem. Wraz z obrotem wirników powierzchnia styku wirników,
czyli zamknięcie przestrzeni roboczej, zlokalizowane początkowo na powierzchni czołowej
ssawnej przesuwa się wzdłuż osi wirników w kierunku przeciwnej ściany czołowej, co
powoduje
powiększanie
przestrzeni
roboczej
w
kształcie
przestrzennej
litery
V.
Powiększająca się przestrzeń robocza napełnia się ziębnikiem. Faza napełniania twa do
chwili, gdy tylna krawędź obrysu czołowego bruzdy osiągnie krawędź okna ssawnego i
napełniona bruzda zostaje odcięta od komory ssawnej. Podczas dalszego obrotu wirników
następuje obwodowe przemieszczanie napełnionej bruzdy bez zmiany objętości aż do chwili,
gdy bruzda wejdzie w kolejne zazębienie z obrysem czołowym wypukłej powierzchni zęba.
Jest to faza przenoszenia. Od momentu wejścia w kontakt od strony okna ssawnego
powierzchnia styku zaczyna przemieszczać się osiowo tak jak w fazie napełniania ale tym
razem zmniejsza objętość bruzdy w kształcie V wypełnionej ziębnikiem, podczas gdy
przestrzeń czołowa wirników od strony tłocznej jest zamknięta obudową. Jest to faza
sprężania. Trwa on do chwili, gdy przednie krawędzie bruzd zamkniętych poruszającą się
14
powierzchnią styku wejdą w obręb okna tłocznego w obudowie. Od tej chwili rozpoczyna się
faza wytłaczania ziębnika pod stałym ciśnieniem. Trwa ona do chwili, gdy przesuwająca się
powierzchnia styku zamykająca przestrzeń roboczą znajdzie się na czołowej powierzchni
wirników od strony tłocznej, czyli przestrzeń robocza osiągnie wartość zerową. Jednocześnie
krawędzie zarysu tylnego bruzdy mijają w tym momencie zarys okna tłocznego.
Regulacja
wydajności sprężarek śrubowych polega na
upuszczaniu
części
zassanego ziębnika na stronę ssawną. Realizacja polega na zmianie czynnej długości
wirnika za pomocą suwaka regulacyjnego. Suwak regulacyjny stanowi przesuwny wycinek
obudowy wirników dopasowany do powierzchni roboczej. Przemieszczanie suwaka pozwala
na przepływ ziębnika z przestrzeni roboczej z powrotem na stronę ssawną. Układ regulacji
pozwala na ciągłą zmianę wydajności w zakresie 10- 100%.
Wielkością charakteryzującą sprężarkę śrubową jest wewnętrzny objętościowy
współczynnik kompresji zdefiniowany jako stosunek objętości czynnika zawartego w
przestrzeni międzyzębnej w chwili gdy jest ona połączona ze stroną ssawną do objętości
czynnika, gdy przestrzeń międzyzębna osiąga otwór wylotowy. Zmiana współczynnika
kompresji polega na wykorzystaniu dodatkowego ruchomego ogranicznika współpracującego
z suwakiem regulacji wydajności od strony ssawnej przestrzeni roboczej, co zmienia punkt
wylotu czynnika do otworu upustowego i stopień sprężania.
Zagadnienie 4.E: Sprężarki i agregaty spiralne (konstrukcja, regulacja wydajności)
Zasadniczymi elementami sprężarki spiralnej są dwie osadzone jedna wewnątrz
drugiej współpracujące ze sobą spirale, podobne w kształcie do sprali Archimedesa. Jedna z
nich jest nieruchoma, druga zaś ruchoma.
Stykające się powierzchnie spiral tworzą
zamknięte przestrzenie robocze w kształcie półksiężyców ograniczone ściankami korpusu.
Spirala ruchoma wykonuje złożony ruch kołowo- orbitujący w wyniku którego równocześnie
po dwóch przeciwnie położonych stronach powstają powiększające się przestrzenie robocze
do których zassany zostaje ziębnik. Przy dalszym obrocie spirali ruchomej przestrzenie
zostają zamknięte i oddzielone od otworów ssawnych co rozpoczyna fazę sprężania. W
wyniku dalszego ruchu spirali ruchomej przestrzenie robocze wędrują w kierunku centrum
jednocześnie zmniejszając swoją objętość. Proces sprężania kończy się z chwilą gdy
przestrzeń robocza dociera do centrum spiral i uzyskuje połączenie z otworem tłocznym. W
15
wyniku dalszego ruchu spirali następuje wytłaczanie ziębnika do przestrzeni tłocznej. Pełny
cykl sprężania przebiega podczas obrotu spirali ruchomej o 580o, a więc podczas dwóch
niepełnych obrotów.
Regulacja wydajności sprężarek spiralnych polega
na zmianie mimośrodowości
ruchu spirali ruchomej za pośrednictwem specjalnego mechanizmu sprzęgłowego łączącego
spiralę z mimośrodem wału napędowego.
16
Temat 5 (1h): Aparatura chłodnicza
Zagadnienie 5.A: Wymagania stawiane wymiennikom ciepła
Wymienniki
ciepła
stosowane
w urządzeniach
chłodniczych
do
wymienniki
przeponowe w których wymiana ciepła odbywa się na drodze przenikania przez ścianki
przewodów rurowych lub płyt. Dobór wymiennika wynika z powierzchni wymiany ciepła
wyznaczonej z równania Pecleta w oparciu o strumień ciepła określony z bilansu urządzenia.
Poza strumieniem ciepła należy określić typ wymiennika, wartość współczynnika przenikania
ciepła oraz średnią logarytmiczną różnicę temperatur, rodzaj materiałów konstrukcyjnych i
rodzaj podłączeń uwzględniający specyfikę stosowania wymiennika.
Zagadnienie 5.B: Skraplacze
Skraplacze służą do przekazania medium chłodzącemu ciepła przegrzania,
skraplania i przechłodzenia ziębnika. Medium chłodzącym może być woda, powietrze lub
mieszanina wodno – powietrzna. Podział skraplaczy wynika z rodzaju rozwiązania
konstrukcyjnego:

Skraplacze płaszczowo- rurowe poziome i pionowe

Skraplacze płytowe

Skraplacze współosiowe wężownicowe

Skraplacze natryskowo- wyparne
Schemat wyposażenia skraplacza płaszczowo- rurowego przedstawiono na rys. 5.1.
17
Rys. 5.1 Schemat skraplacza płaszczowo- rurowego
Zagadnienie 5.C: Chłodnice powietrza (typy, sposoby chłodzenia ładowni, sposoby zasilania
Wymienniki do chłodzenia powietrza dzielą się na grawitacyjne parowniki rurowe oraz
chłodnice wentylatorowe. W urządzeniach pracujących z amoniakiem stosuje się zasilane od
dołu parowniki stromorurowe wykonane z równolegle zasilanych, pionowych rur stalowych,
połączonych kolektorami. Ze względu na małą prędkość przepływu ziębnika, związaną z
portem oleju, tego rodzaju parowniki nie mogą być stosowane do freonów. Zamiast nich
stosuje się zasilane od góry parowniki wężownicowe, najczęściej z rur ożebrowanych.
Ożebrowanie zwiększa powierzchnię wymiany ciepła a powierzchnia żeber może być
specjalnie kształtowana w celu zwiększenia turbulencji przepływu powietrza. Parowniki maja
niewielki współczynnik przenikania ciepła ze względu na małą prędkość ruchu powietrza
wywołaną naturalną różnicą gęstości powietrza.
Chłodnice wentylatorowe to parowniki wężownicowe zamknięte w obudowie
wyposażonej w wentylator wymuszający ruch powietrza. Posiadają wielokrotnie większy
współczynnik przenikania ciepła od parowników grawitacyjnych co pozwala na zmniejszenie
wymiarów
wymiennika
przy
tej
samej
wydajności
chłodniczej.
Wadą
chłodnic
wentylatorowych jest wyższa energochłonność instalacji wynikająca z mocy napędowej
wentylatorów.
18
Zagadnienie 5.D: Chłodnice do chłodzenia cieczy
Wymienniki do chłodzenia cieczy dzielą się na trzy grupy: parowniki stromorurowe i
wężownicowe, parowniki płaszczowo- rurowe oraz parowniki płytowe. Podobnie jak w
chłodnicach powietrza do urządzeń amoniakalnych stosowane są parowniki stromorurowe
zanurzone w otwartych zbiornikach. Ich zaletą jest odporność na zamarzanie chłodzonej
cieczy a wadą duże wymiary i niebezpieczeństwo korozji w wyniku natleniania chłodzonej
cieczy wynikającej ze zwiększenia rozpuszczalności gazu po obniżeniu temperatury. W
instalacjach freonowych podobnie jak w chłodnicach powietrza stosuje się zanurzone
parowniki wężownicowe.
W parownikach płaszczowo- rurowych na zewnątrz pęku rur umieszczonych w
płaszczu wrze ziębnik w stanie nasycenia. Wewnątrz rur przepływa medium oddające ciepło,
najczęściej woda, solanka lub glikol. W parownikach freonowych rury są zewnętrznie
żebrowane, co podwyższa współczynnik przekazywania ciepła.
Chłodzenie cieczy może być realizowane za pomocą wymienników płytowych. W
przestrzeniach międzypłytowych przepływa w przeciwnym kierunku ziębnik i kontaktujące
się z nim przez ściankę medium chłodzące. Powierzchnia płyt jest odpowiednio
ukształtowana celem zwiększenia powierzchni wymiany ciepła i prędkości przepływu.
Zagadnienie 5.E: Odpowietrzacze
Odpowietrzacze centralne to urządzenia w których zapowietrzona para ziębnika
zostaje wykroplona a oddzielone powietrze zostaje odprowadzone na zewnątrz instalacji.
Mieszanina parowo- powietrzna doprowadzona jest do odpowietrzacza rurociągami z
newralgicznych punktów instalacji a medium chłodzącym mieszaninę jest ziębnik pod
ciśnieniem skraplania wtryskiwany do wężownicy chłodzącej przez zawór regulacyjny.
Zagadnienie 5.F: Chłodnice międzystopniowe
Chłodnice międzystopniowe dzielą się na dwie grupy: chłodnice z wężownicą
chłodzącą- rys. 5.2 i bez wężownicy. Chłodnice międzystopniowe bez wężownicy służą do
schłodzenia pary czynnika opuszczającego pierwszy stopień sprężania do temperatury
19
międzystopniowej, a chłodnice z wężownicą
dodatkowo do schłodzenia cieczy
opuszczającej skraplacz do temperatury nieco wyższej od temperatury nasycenia dla
ciśnienia
międzystopniowego.
Chłodnica
międzystopniowa
wypełniona
jest
ciekłym
ziębnikiem do poziomu utrzymywanego automatycznie za pomocą zaworu regulacyjnego.
Przegrzana para ziębnika wypływająca z niskiego stopnia sprężania wprowadzana jest do
chłodnicy poniżej poziomu cieczy. Znad lustra cieczy zasysana jest przez sprężarkę
drugiego stopnia para sucha nasycona.
Rys. 5.2 Chłodnica międzystopniowa z wężownicą dochładzacza
Zagadnienie 5.G: Pompy ziębnika
W układach pompowych obieg ziębnika przez parowniki utrzymywany jest przez
pompy wirowe zasilane przez filtry z oddzielacza cieczy. Pompy posiadają izolacje termiczną
korpusów.
Zagadnienie 5.H: Zbiorniki ziębnika i oleju
W instalacjach chłodniczych stosuje się zbiorniki ziębnika spływającego ze
skraplacza, osuszacza lub zbiorniki drenażowe. Zbiorniki mogą być wyposażone w króćce
dopływowe, króćce manometryczne, wyrównania ciśnień, zaworów bezpieczeństwa i
20
spustowe oraz wzierniki poziomu cieczy. Zbiorniki oleju stosuje się w instalacjach
wyposażonych w układ centralnego smarowania. Poza rurociągiem doprowadzającym olej
do sprężarek zbiornik wyposażony jest w króćce łączące przestrzeń wewnętrzną ze stroną
ssawną i tłoczną sprężarki oraz króciec z lejkiem do napełniania zbiornika świeżym olejem.
Zagadnienie 5.I: Osuszacze i zespoły osuszające
Osuszacze służą do zabezpieczenia sprężarki przed zalaniem cieczą ziębnika.
Instalowane są pomiędzy parownikiem a sprężarką. Osuszacze dzielą się na pionowe i
poziome. Pierwsze z nich stosowane są w układach ciśnieniowych a drugie w układach
pompowych, gdzie pełnią rolę zbiorników drenażowych lub separatorów mieszaniny
dwufazowej cieczy i pary. Oddzielenie kropel ziębnika od pary następuje dzięki gwałtownej
zmianie kierunku i prędkości przepływu. Olej gromadzący się w osuszaczu odprowadzany
jest okresowo do rekuperatora oleju.
Zagadnienie 5.J: Regeneracyjne wymienniki ciepła
Regeneracyjne wymienniki ciepła to przeponowe wymienniki stosowane są w
instalacjach freonowych. W wymienniku zachodzi przekazanie strumienia ciepła od ciekłego
ziębnika opuszczającego skraplacz do par ziębnika opuszczających parownik. W wyniku
wymiany ciepła ciekły ziębnik zasilający zawór regulacyjny parownika ulega przechłodzeniu
a para dopływająca do sprężarki przegrzaniu. Wymienniki mają charakter „rury w rurze”.
Rurą wewnętrzną wyposażoną najczęściej w spiralną wkładkę płynie ruchem wirowym
dochładzana ciecz ziębnika a przestrzenią międzyrurową podgrzewana para. Rura
wewnętrzna posiada ożebrowanie od strony parowej, co intensyfikuje wymianę ciepła.
Wymienniki mają niewielkie rozmiary ze względu na maksymalną możliwą do osiągnięcia w
układzie chłodniczym różnicę temperatur w wymianie ciepła wynikającą z temperatur
parowania i skraplania.
Zagadnienie 5.K: Odolejacze amoniakalne i freonowe
21
Odolejacze służą do zatrzymania i skierowania z powrotem do sprężarki oleju
unoszonego przez gorące pary ziębnika opuszczające sprężarkę. Montowane są między
sprężarką i skraplaczem. Zasada działania opiera się na wykorzystaniu gwałtownej zmiany
kierunku i prędkości przepływu par ziębnika zanieczyszczonych kropelkami oleju. Odolejacze
do amoniaku wymagają chłodzenia, dlatego posiadają płaszcz wodny pozwalający na
wykroplenie par oleju. Skuteczność odolejaczy freonowych wymaga z kolei podniesienia
temperatury procesu. Wykorzystuje się ciepło niesione przez pary ziębnika do podgrzewania
wewnętrznego naczynia w którym następuje separacja oleju. Oddzielony olej gromadzi się w
dolnej części odolejacza, skąd odprowadzany jest automatycznie przez zawór pływakowy.
Zagadnienie 5.L: Odgazowywacze oleju instalacji freonowych
Odgazowywacze oleju dużych instalacji freonowych służą do oczyszczenia oleju z
rozpuszczonego w nim ziębnika. Olej o temperaturze nasycenia dla ciśnienia parowania
trafia okresowo do odgazowywacza z separatora cieczy. Odgazowywacz posiada
zewnętrzny płaszcz przez który przepływa ciekły ziębnik o temperaturze skraplania. W
wyniku podgrzania ziębnik rozpuszczony w oleju ulega odparowaniu i gromadzi się w górnej
części odgazowywacza skąd jest okresowo odprowadzany przez połączenie ze stroną
ssawną sprężarki. Poziomy oleju i procesy napełniania, odgazowywania oraz opróżniania
kontrolowane są automatycznie.
22
Temat 6 (1h): Urządzenia chłodnicze- osprzęt, armatura, ziębniki, ziębiwa, oleje,
kierunki rozwoju
Najważniejsze elementy drobnej armatury chłodniczej to odwadniacze, wzierniki, filtry
par i ciekłego czynnika oraz zawory odcinające. Odwadniacze służą do usuwania z instalacji
wilgoci, która przedostaje się podczas czynności obsługowych związanych z demontażem
elementów lub uzupełnianiem mediów roboczych. Odwadniacze instalowane są pomiędzy
zbiornikiem cieczy i zaworami regulacyjnymi parowników. Działają na zasadzie reakcji
chemicznej lub pochłaniania wody i posiadają ograniczoną chłonność decydującą o czasie
eksploatacji. Korpusy odwadniaczy z wymiennym wkładem posiadają króćce do uzupełniania
ziębnika w instalacji.
Wziernik służy do kontroli przepływu i stanu ziębnika przed zaworem regulacyjnym.
Obecność pęcherzyków pary we wzierniku świadczy o częściowym odparowaniu ziębnika w
przewodzie zasilającym spowodowanym spadkiem ciśnienia lub zyskiem ciepła
co
zmniejsza sprawność urządzenia chłodniczego. Wzierniki wyposażone są dodatkowo w
indykatory wilgoci.
Rys. 6.1. Zamienniki tradycyjnych ziębników
23
Zawory regulacyjne wyposażone są we własne precyzyjne filtry ziębnika na dopływie.
Ze względu na minimalną chłonność tych filtrów w instalacji montuje się tuż za zbiornikiem
dodatkowe filtry ciekłego ziębnika zatrzymujące większe zanieczyszczenia, które mogą
uwalniać się w trakcie eksploatacji instalacji. Sprężarka zabezpieczona jest z kolei filtrem
ssawnym par, zamontowanym bezpośrednio przed króćcem ssawnym.
W związku ze stwierdzeniem negatywnego wpływu freonów na środowisko naturalne
rozważa się szereg możliwości opanowania tego problemu. Jako zamienniki wycofywanych
ziębników proponuje się związki naturalne, syntetyczne oraz mieszaniny- rys. 6.1.
W związku z wprowadzaniem do eksploatacji zamienników do rozwiązania pozostają
problemy wynikające z wzajemnej rozpuszczalności i kompatybilności nowych ziębników i
olejów oraz ich oddziaływanie na materiały konstrukcyjne i reakcja z wilgocią.
24
Temat 7 (2h): Współdziałanie sprężarki z innymi urządzeniami układu chłodniczego
Zagadnienie 7.A: Współdziałanie sprężarki z parowaczem i zaworem rozprężnym
Współpraca sprężarki z elementami układu po stronie ssawnej wymaga dopasowania
jej mocy chłodniczej do strumienia ciepła odbieranego przez parownik zasilany ziębnikiem
dostarczanym przez zawór regulacyjny- rys. 7.1. Moc chłodnicza elementów układu jest
funkcją temperatury parowania ziębnika w parowniku. Efektem dopasowania mocy
chłodniczej elementów jest ustalenie się ciśnienia parowania na określonym poziomie.
Rys. 7.1. Współpraca sprężarki z elementami układu po stronie ssawnej.
Zagadnienie 7.B: Współdziałanie sprężarki ze skraplaczem
Współpraca sprężarki z elementami układu po stronie tłocznej wymaga dopasowania
mocy chłodniczej sprężarki do mocy skraplacza. Moc chłodnicza elementów jest funkcją
temperatury skraplania. Efektem równowagi jest ustalenie się temperatury skraplania na
określonym poziomie- rys. 7.2.
25
Zagadnienie 7.C: Zmiany punktu współpracy w urządzeniu chłodniczym przy różnych
stanach eksploatacyjnych i niesprawnościach działania
Punkt współpracy w urządzeniu chłodniczym zależy od szeregu parametrów pracy,
które zmieniają się wraz ze zmianą ilości ciepła dostarczanego do parownika w związku ze
zmianą stanu pracy komory chłodniczej (wychładzanie, praca przy stałym obciążeniu,
odszranianie, zmiana temperatury otoczenia itp.) ilości ciepła odbieranego w skraplaczu w
związku ze zmianą warunków zewnętrznych (temperatura medium chłodzącego skraplacz),
zmiany przepływu ziębnika w związku ze zmianą oporów przepływu i oporów cieplnych
(zabrudzenie filtrów i powierzchni wymiany ciepła) oraz zużyciem współpracujących
elementów (sprężarka, zawory regulacyjne, pompy).
Rys. 7.2. Współpraca sprężarki z elementami układu po stronie tłocznej.
Moc cieplna każdego z zasadniczych elementów układu chłodniczego zależy od
parametrów konstrukcyjnych i warunków pracy przedstawionych na rysunkach 7.3- 7.6.
Zagadnienie 7.D: Wpływ wymuszeń eksploatacyjnych i wartości wielkości nastawczych na
skuteczność i sprawność procesu ziębienia
26
Podstawowe wymuszenia eksploatacyjne układu chłodniczego to zmiana warunków
przekazywania ciepła ze źródła dolnego (parownika) oraz do źródła górnego (skraplacza).
Wartościami nastawczymi są ustawienia elementów automatyki dwupołożeniowej i
proporcjonalnej decydującej o utrzymaniu temperatur w komorach chłodniczych, ciśnień
parowania w parownikach, wydajności zasilania parowników, wydajności sprężarki oraz
wydajności skraplacza. Ciśnienie parowania wynikające ze sposobu ustawienia zaworów
regulacyjnych
wpływa
zarówno
na
wydajność
parownika
wynikającą
ze
zmiany
współczynnika przekazywania ciepła i wykorzystania jego powierzchni jak i na problemy
eksploatacyjne związane ze szronieniem parownika, powrotem oleju do sprężarki czy
trwałością sprężarki i samego elementu regulacyjnego. Ciśnienia startu i stopu sprężarki
oraz elementów regulacji wydajności decydują o możliwości osiągnięcia założonej
temperatury w komorach chłodniczych oraz efektywności energetycznej instalacji.
Rys. 7.3. Zależność mocy chłodniczej sprężarki od parametrów instalacji.
27
Rys. 7.4. Zależność mocy cieplnej skraplacza od parametrów instalacji.
Rys. 7.5. Zależność mocy chłodniczej zaworu regulacyjnego od parametrów instalacji.
28
Rys. 7.6. Zależność mocy chłodniczej parownika od parametrów instalacji.
29
Temat 8 (2h): Automatyzacja urządzeń i instalacji chłodniczych
Zagadnienie 8.A: Automatyzacja zasilania ziębnikiem (rurki kapilarne, zawory rozprężne,
regulatory poziomu ziębnika)
Automatyzacja zasilania ziębnikiem to sposób regulacji ilości ziębnika dopływającego
do parownika. Elementy regulujące dopływ ziębnika dzielą się na: kapilary, presostatyczne
zawory rozprężne, termostatyczne zawory rozprężne (TZR), elektroniczne zawory rozprężne
(EZR) oraz regulatory poziomu cieczy niskiego i wysokiego ciśnienia. Zadania stawiane
przed elementami regulacyjnymi to: obniżenie ciśnienia ciekłego ziębnika od ciśnienia
skraplania do ciśnienia parowania, minimalizacja mocy rozruchowej sprężarki, szczelne
odcięcie parownika od sprężarki podczas jej postoju oraz dopasowanie ilości ziębnika do
zmiennego obciążenia cieplnego parownika czy też zachowanie stałego przegrzania par
opuszczających parownik i maksymalne wykorzystanie powierzchni parownika. Ilość
realizowanych zadań zależy od rodzaju elementu regulacyjnego.
Zagadnienie 8.B: Automatyczne zawory wodne skraplaczy
Zadaniem automatycznego zaworu wodnego skraplacza jest utrzymanie stałego
ciśnienia skraplania ziębnika niezależnie od zmieniającego się obciążenia cieplnego
instalacji lub parametrów medium chłodzącego. Reguluje on strumień masowy medium
chłodzącego skraplacz w zależności od mierzonego ciśnienia nasycenia wewnątrz
skraplacza. Przy wzroście ciśnienia skraplania, świadczącym o konieczności zwiększenia
odbioru ciepła w skraplaczu, przekrój przepływu przez zawór rośnie co pozwala na
odebranie większej ilości ciepła skraplania.
Zagadnienie 8.C: Automatyzacja komór chłodniczych
Automatyzacja komór chłodniczych polega na: utrzymywaniu temperatury w komorze
chłodniczej
w
założonym
zakresie,
sterowaniu
ciśnieniem
parowania,
sterowaniu
wilgotnością względną powietrza oraz początkiem i końcem procesu odszraniania. Zadania
30
te mogą być realizowane przez automatykę dwupołożeniową albo przez układy centralnego
sterowania
Zagadnienie 8.D: Automatyzacja agregatów chłodniczych
Automatyzacja agregatów chłodniczych sprowadza się do regulacji ciśnień skraplania
i parowania, dopasowania wydajności agregatu do potrzeb chłodzenia i monitorowania oraz
alarmowania o stanach różniących się od wartości zadanych.
Zagadnienie 8.E: Automatyzacja współdziałania agregatów i komór chłodniczych
Automatyzacja
współdziałania
agregatów
i
komór
chłodniczych
polega
na
dopasowaniu wydajności chłodniczej agregatów do potrzeb chłodzenia czyli ilości ciepła
dopływającego do parowników, przy zachowaniu regulowanych parametrów takich jak
temperatury i ciśnienia na założonym poziomie. Dodatkowo, automatyzacja obejmuje
kontrolę stanu zaszronienia parowników, uruchamianie i kontrolę odszraniania, oraz
automatyczne dopasowanie temperatur do pory dnia.
Zagadnienie 8.F: Automatyzacja ssania i tłoczenia sprężarek
Ciśnienie par ziębnika po stronie ssawnej sprężarki niesie informacje o aktualnej
relacji wydajności parowników do wydajności sprężarki. Automatyzacja strony ssawnej
sprowadza się do regulacji ciśnienia parowania za pomocą za pomocą zaworów stałego
ciśnienia, zaworów dwupołożeniowych i termostatycznych zaworów dławiących oraz
regulacji ciśnienia ssania za pomocą zaworów upustowych. Automatyzacja strony tłocznej
polega na regulacji ciśnienia tłoczenia za pomocą automatycznych zaworów wodnych
presostatycznych lub termostatycznych oraz elektromagnetycznych odcinających zaworów
wodnych.
31
Temat 9 (2h): Eksploatacja instalacji chłodniczych
Zagadnienie 9.A: Ogólne zasady eksploatacji instalacji chłodniczych
Podczas eksploatacji instalacji chłodniczych najistotniejsze jest zachowanie procedur
bezpieczeństwa wynikających z obsługi aparatury wypełnionej medium pod wysokim
ciśnieniem, w warunkach niskich i wysokich temperatur oraz zabezpieczenie instalacji przed
wprowadzeniem do niej wilgoci, powietrza i zanieczyszczeń.
Zagadnienie 9.B: Bieżąca i okresowa obsługa instalacji chłodniczych
Obsługa instalacji chłodniczych sprowadza się do okresowych procedur polegających
na kontroli ogólnego stanu instalacji, sprawdzania sprężarki i przewodów ziębnika,
skraplacza, parownika, automatyki silników elektrycznych, wentylatorów i pomp. Każda z
procedur obejmuje wykonywanie powtarzających się czynności, kontrolę newralgicznych
punktów oraz poszukiwanie charakterystycznych objawów i zmianę wartości parametrów
pracy świadczących o nieprawidłowościach w pracy instalacji, takich jak zapowietrzenie,
zaszronienie, zaolejenie, zabrudzenie, zawilgocenie, utrata ziębnika lub oleju, spadek
wydajności, nieprawidłowe nastawy aparatury.
Zagadnienie 9.C: Objawy, przyczyny, konsekwencje różnych nieprawidłowości w instalacjach
chłodniczych
Określenie przyczyny nieprawidłowej pracy instalacji wymaga systematycznego
podejścia celem eliminacji potencjalnych przyczyn, poczynając od najprostszych, do
najbardziej złożonych. Najczęściej występujące nieprawidłowości to stan w którym: nie
można uruchomić sprężarki, sprężarka pracuje lecz nie osiąga efektu chłodniczego,
sprężarka pracuje w krótkich cyklach lub bez zatrzymania, sprężarka pracuje zbyt głośno lub
jest zaszroniona, obserwuje się ubytek oleju ze sprężarki, w jednej z komór chłodniczych
występuje zbyt wysoka lub zbyt niska temperatura, obserwuje się zbyt wysokie lub zbyt
niskie ciśnienie skraplania lub parowania. W każdej z tych sytuacji należy podjąć
odpowiednie kroki kontrolne celem ustalenia i usunięcia przyczyny nieprawidłowości.
32
Zagadnienie 9.D: Procedury postępowania przy różnych czynnościach eksploatacyjnych
(uzupełnianie ziębnika i oleju, odpowietrzanie, odwadnianie, lokalizacja i usuwanie
nieszczelności, odszranianie, rozruch po dłuższym postoju, odstawianie instalacji)
Podczas wykonywania wszystkich czynności eksploatacyjnych należy przestrzegać
procedur bezpieczeństwa pracy i zachować środki ostrożności zabezpieczające przed
penetracją
wnętrza
instalacji
przez
środowisko
zewnętrzne.
Typowe
procedury
eksploatacyjne to sprawdzanie szczelności urządzeń po montażu i w trakcie eksploatacji,
osuszanie instalacji, dodawanie i wymiana oleju, napełnianie i dopełnianie ziębnikiem,
odpowietrzanie i odwadnianie w trakcie eksploatacji, demontaż i montaż poszczególnych
elementów, czyszczenie filtrów, odszranianie gorącymi parami, odstawianie na krótki lub
długi postój i ponowny rozruch oraz spuszczanie ziębnika.
33
Temat 10 (2h): Systemy wentylacji i klimatyzacji stosowane na statkach morskich
Zagadnienie 10.A: Podstawy klimatyzacji (cel i rodzaje klimatyzacji)
Celem klimatyzacji bytowej jest automatyczna regulacja parametrów środowiska w
pomieszczeniu celem osiągnięcia komfortu cieplnego ludzi a klimatyzacji przemysłowej
parametrów atmosfery pomieszczenia na poziomie określonym wymaganiami procesu
technologicznego. Rodzaje klimatyzacji wyjaśnia rys. 10.1.
Rys. 10.1 Rodzaje klimatyzacji
Zagadnienie 10.B: Parametry klimatyczne pomieszczeń, komfort klimatyczny
Komfort klimatyczny wynika z parametrów środowiska, regulowanych przez instalację
klimatyzacyjną. Poczucie komfortu nie jest pojęciem obiektywnym, lecz subiektywnym
wrażeniem wynikającym ze zdolności człowieka do utrzymania równowago cieplnej z
otoczeniem. Zależy od wieku, płci, rodzaju aktywności i indywidualnych przyzwyczajeń. O
poczuciu komfortu decyduje: temperatura suchego termometru, wilgotność względna,
prędkość i kierunek ruchu powietrza oraz średnia temperatura promieniowania otaczających
powierzchni.
34
Zagadnienie 10.C: Obróbka powietrza w klimatyzacji (wykresy psychrometryczne, operacje
obróbki powietrza, bilans cieplno- wilgotnościowy pomieszczeń)
Obróbka powietrza w klimatyzacji obrazowana jest na wykresie psychrometrycznym
Moliera w ukośnym układzie współrzędnych „i- x”, zbudowanym w oparciu o równanie
opisujące
entalpię
powietrza
wilgotnego.
Podstawowe
operacje
obróbki powietrza
wizualizowane na wykresie psychrometrycznym to mieszanie strumieni powietrza,
nagrzewanie, chłodzenie mokre i suche oraz nawilżanie wodą i parą. Bilans cieplno
wilgotnościowy pomieszczeń to suma zysków i strat ciepła oraz zysków wilgoci. Bilans
przedstawiany jest na wykresie „i- x” w postaci wektora kierunku przemiany Δi/Δx, którego
kąt pochylenia wynikający z wartości składowych przyrostu entalpii i zawartości wilgoci
zgodny jest z podziałką kierunkową wykresu.
Rys.10.2. Wektor kierunku przemiany na wykresie i- x.
Zagadnienie 10.D: Systemy i urządzenia klimatyzacyjne
Systematyka urządzeń klimatyzacyjnych wynika z wielu kryteriów przedstawionych na
rysunku 10.3.
35
Rys. 10.3. Podział instalacji klimatyzacyjnych
Zagadnienie 10.E: Automatyzacja urządzeń klimatyzacyjnych
Urządzenia klimatyzacyjne pracują podczas wielosezonowej eksploatacji w bardzo
szerokim zakresie obciążeń chłodniczych i grzewczych. Uzyskanie stabilności regulowanych
parametrów środowiska wymaga zastosowania automatycznej regulacji i kontroli wielu
parametrów instalacji. Należą do nich: masowy strumień powietrza świeżego, wywiewanego,
oraz recyrkulacji, stan filtrów powietrza, strumień czynnika grzewczego i chłodzącego,
ciśnienia
wytwarzane
przez
wentylatory,
temperatury
powietrza
zewnętrznego,
wywiewanego i zmieszanego, wydajność i parametry pracy urządzeń chłodniczych.
Zagadnienie 10.F: Wentylacja siłowni okrętowych
Wentylacja siłowni okrętowych wymaga uwzględnienia: bilansu zysków ciepła i
wilgoci, kryterium maksymalnych stężeń czynników szkodliwych, strumienia powietrza
niezbędnego do spalania paliwa oraz opracowania optymalnego sposobu rozdziału
powietrza. Skuteczność wentylacji zależy zarówno od strumienia powietrza jak i metody
jego rozdziału. Stosowane są równolegle nisko i wysokoprędkościowe metody wentylacji
oraz metody wymuszające cyrkulację powietrza wewnątrz pomieszczenia. Wykorzystuje się
36
trzy generalne metody rozdziału powietrza wentylacyjnego oraz wiele modyfikacji takich jak
systemy kombinowane wysokoprędkościowe, systemy przepływowe z recyrkulacją czy
systemy wentylacji aktywnej. Na niektórych statkach istotne jest dokładne oczyszczanie
powietrza zewnętrznego co przy wydajnościach wentylacji stosowanych w siłowni jest
osobnym zagadnieniem technicznym. Niezależnym zagadnieniem jest wentylacja i
klimatyzacja central manewrowo- kontrolnych, w których podstawowym zadaniem jest
utrzymanie
warunków
środowiska
niezbędnych
do
zapewnienia
poprawnej
pracy
elektronicznego wyposażenia układów automatyki, kontroli i sterowania pracą siłowni.
Zagadnienie 10.G: Wentylacja ładowni
Wentylacja ładowni służy do odprowadzenia zysków ciepła i wilgoci oraz zapobiega
wykraplaniu się wilgoci na powierzchni ścian ładowni i ładunku. Warunkiem poprawnego
działania instalacji jest właściwy rozdział powietrza wewnątrz ładowni. Na skuteczność
wentylacji wpływa wiele czynników takich jak wilgotność, temperatura i rozmieszczenie
ładunku, temperatura wody zaburtowej, warunki podczas załadunku, rodzaj opakowań
ładunku, wymiana ciepła przez pokład, reakcje biologiczne i zjawiska fizykochemiczne
zachodzące wewnątrz ładunku. Stosuje się naturalne, otwarte, zamknięte systemy wentylacji
oraz systemy z osuszaniem powietrza. Osobnym zagadnieniem są instalacje ładowni
chłodzonych, kontenerowców oraz statków do przewozu samochodów takich jak promy czy
jednostki RO-RO.
Zagadnienie 10.H: Eksploatacja systemów wentylacji i klimatyzacji
Eksploatacja instalacji wentylacji i klimatyzacji wymaga stosowania właściwych
procedur oraz wymaganych prac konserwacyjnych i remontowych przewidzianych w
systemie planowej obsługi. Problemy związane z pracą instalacji można odnieść do
poszczególnych elementów które występują w każdej instalacji.
Są nimi centrala
klimatyzacyjna, sieć przewodów rozprowadzających, szafki nawiewne i wciągowe, oraz
instalacja chłodnicza a w przypadku systemów pośredniego chłodzenia dodatkowo instalacja
cyrkulacji medium chłodzącego. Problemy związane z eksploatacją centrali dotyczą zbyt
niskiego strumienia lub niewłaściwej temperatury i wilgotności powietrza względnie emisji
37
nadmiernego hałasu. Problemy związane z siecią przewodów to nieszczelności oraz awarie
regulatorów ciśnienia. W przypadku szaf nawiewnych kontroli podlega układ wtórnej obróbki
oraz stan przepustnic powietrza. Problemy związane z eksploatacją instalacji chłodniczej
dotyczą nieprawidłowej ilości ziębnika i oleju, stanu technicznego sprężarki i silnika
napędowego, uszkodzenia armatury oraz elementów sterowania. Te same problemy dotyczą
instalacji pośredniego chłodzenia, z tym że dochodzą tutaj zagadnienia związane ze
szczelnością,
zapowietrzaniem
i
zanieczyszczeniem
powierzchni
wewnętrznych
i
zewnętrznych instalacji cyrkulacyjnej oraz stanem izolacji przewodów i stanem technicznym
pomp cyrkulacyjnych i wymienników ciepła.
38

Materiały dydaktyczne Chłodnictwo, klimatyzacja i wentylacja

Transkrypt

Podobne dokumenty

Akademia Morska Szczecin Łukasz Nozdrzykowski

Materiały dydaktyczne Podstawy elektrotechniki i