Автоматизация холодильных установок. Автоматизация холодильных машин
Страница 4 из 5
Система автоматизации представляет собой последовательное объединение при помощи трубопроводов всех элементов холодильной установки, обеспечивающее точное поддержание заданной температуры охлаждения, непрерывный контроль и защиту машины от аварий, а также надежность эксплуатации холодильного оборудования. В системе должна быть предусмотрена возможность простой регулировки температуры и экономичной эксплуатации установки. Схему системы автоматизации выбирают в зависимости от холодопроизводительности и назначения установки.
Применяют системы автоматизации холодильных машин с регулированием производительности посредством отжатия электромагнитных клапанов, а также включения и выключения холодильных агрегатов. На транспорте наиболее распространены системы автоматики, устроенные по второму принципу.
Устройство системы автоматического регулирования фреоновой машины обусловливается типом компрессора, испарителя и конденсатора, способом изменения холодопроизводительности, а также числом ступеней сжатия или каскадов охлаждения.
Характерная особенность автоматизации аммиачных холодильных установок - повышенные требования в отношении безопасности эксплуатации вследствие высокой токсичности аммиака, его взрывоопасности, а также опасности разрушения компрессоров от гидравлических ударов.
В вагонах рефрижераторного подвижного состава, вагонах-ресторанах, в пассажирских вагонах с кондиционированием воздуха для охлаждения шкафов и небольших камер краткосрочного хранения продуктов применяют следующие автоматизированные фреоновые холодильные агрегаты :
- компрессор-двигатель;
- компрессор-конденсатор;
- испаритель-регулирующая станция;
- испаритель-конденсатор;
- компрессор-конденсатор-испаритель.
Компрессоры этих агрегатов обычно вертикальные или V-образные, многоцилиндровые блок-картерные, с воздушным охлаждением цилиндров. Существуют также герметичные агрегаты, в которых компрессор вместе с электродвигателем помещен в герметичный кожух. К таким агрегатам относятся установки домашних холодильников.
Рис. 1 - Схема холодильника «ЗИЛ» Москва
Холодильник «ЗИЛ-Москва» оборудован компрессором (7) (рис. 1) с электродвигателем (5), конденсатором (1), испарителем (2), термостатом (5), капиллярной трубкой (4), фильтром (5), пусковым и силовым реле. Компрессор имеет штуцер (6) для зарядки хладоном-12. Работа агрегата регулируется с помощью термостата, который автоматически поддерживает заданную температуру в холодильном шкафу. Включение электродвигателя осуществляется пусковым реле, в одном корпусе с которым смонтировано тепловое реле, защищающее двигатель от перегрузки.
Вагоны-рестораны оборудованы фреоновыми установками ФРУ и ФАК для охлаждения холодильных шкафов и камер. Схема фреоновой ротационной установки (ФРУ) показана на (рис. 2), а установки с поршневым компрессором - на рисунке 3.
Рис. 2 - Схема фреоновой ротационной холодильной установки: 1 - испаритель; 2 - терморегулирующий вентиль; 3 - жидкостная линия; 4 - предохранители; 5 - всасывающая линия; 6 - реле давления; 7 - арматурный щиток; 8 - выключатели; 9 - штепсельная розетка; 10 - магнитный пускатель; 11 - нагнетательный вентиль; 12 - газовый фильтр; 13 - ротационный компрессор; 14 - воздушный конденсатор; 15 - электродвигатель; 16 - всасывающий патрубок; 17 - обратный клапан; 18 - фильтр для жидкости; 19 - ресивер; 20 и 21 - запорные вентили ресивера
Рис. 3 - Схема фреоновой холодильной машины ИФ-50: 1 - испарительная батарея; 2 - терморегулирующий вентиль; 3 - магнитный пускатель; 4 - чувствительный патрон терморегулирующего вентиля; 5 - теплообменник; 6 - реле давления; 7 - компрессорно-конденсаторный агрегат
Холодильное оборудование цельнометаллического вагона-ресторана состоит из трех автоматических компрессорно-конденсаторных агрегатов типа ФАК-0,9ВР, снабженных приводом от электродвигателей постоянного тока ПНФ-5 напряжением 50 В. Каждый агрегат охлаждает два ящика или шкафа, оборудованных испарительными батареями и аккумуляционными плитами. В вагоне имеется три подвагонных ящика для хранения рыбы, мяса и напитков. В раздаточном отделении установлен шкаф для хранения кондитерских изделий; холодильный шкаф, который размещен на кухне, служит для хранения гастрономических продуктов; рядом с ним расположен шкаф для холодных блюд.
В холодильных установках вагонов-ресторанов используются две системы охлаждения - с непосредственным кипением хладагента и аккумуляционная. Для охлаждения подвагонных ящиков и шкафов применены трубчатые испарители из медных труб с плоскими латунными ребрами, а также испарители из медных труб сечением 12×1 мм с ребрами из тонкой латунной ленты. В подвагонном ящике для напитков и шкафу для кондитерских изделий установлены аккумуляционные плиты. Они представляют собой сварные баки из нержавеющей стали, внутри которых размещены трубчатые пластинчатые испарители. Межтрубное пространство внутри баков залито водой, которая замерзает во время работы установки и аккумулирует холод.
Все ящики и шкафы оборудованы терморегулирующими вентилями. Цикличность работы холодильных агрегатов обеспечивает реле давления РД-1, которое автоматически воздействует на пусковую аппаратуру электродвигателей.
Рис. 4 - Схемы автоматизированных поршневых холодильных установок с несколькими охлаждаемыми объектами: а - при двухпозиционном регулировании; б - при обслуживании двух камер; в - при регулировании температуры с помощью терморегуляторов; 1 - компрессор; 2 - ресивер; 3 - конденсатор; 4 - испаритель; 5 - терморегулирующие вентили; 6 - реле давления; 7 - магнитный пускатель; 8 - электродвигатель; 9 - автоматический дроссель давления; 10 - обратный клапан; 11 - промежуточное реле; 12 - соленоидный вентиль; 13 - терморегулятор; 14 - водорегулирующий вентиль
Типовые схемы автоматизации компрессионных поршневых холодильных установок с несколькими охлаждаемыми объектами могут быть выполнены в различных вариантах. Схема автоматизации при двухпозиционном регулировании в одном или двух испарителях с одинаковой температурой охлаждения воздуха камеры (рис. 4, а) предусматривает применение реле температуры испарителя, камеры или реле низкого давления компрессора. При обслуживании одной холодильной машиной двух камер с различными температурами (рис. 4, б) используют автоматический дроссель давления (9) (АДД). Схема регулирования температуры с помощью терморегуляторов показана на рисунке 4, в.
Введение……………………………………………………………………………..
1 Описание технологического процесса …………………………………………......
1.1 Автоматизация холодильных компрессорных станций………………………….
1.2 Анализ возмущающих воздействий объекта автоматизации…………………...
1.3 Схема холодильного цикла………………………………………………………..
2 Разработка функциональной схемы холодильной установки…………………….
2.1 Методика разработки схемы………………………………………………………
2.2 Функциональная схема автоматизации холодильного модуля……………….. .
2.3 Работа узлов функциональной схемы автоматизации холодильного модуля….
2.3.1 Узел автоматической защиты компрессоров…………………………………..
2.3.2 Узел автоматического включения резервного водяного насоса………………
2.3.3 Узел оттаивания воздухоохладителей…………………………………………..
3 Выбор технических средств холодильной установки………………......................
3.1 Выбор и обоснование выбора приборов и средств автоматизации……………..
Заключение……………………………………………………………………………
Список литературы……………………………………………………………………
ВВЕДЕНИЕ
Автоматизированные системы управления и регулирования являются неотъемлемой частью технологического оснащения современного производства, способствуют повышению и качества продукции и улучшают экономические показатели производства за счет выбора и поддержания оптимальных технологических режимов.
Автоматизация освобождает человека от необходимости непосредственного управления механизмами. В автоматизированном процессе производства роль человека сводится к наладке, регулировке, обслуживании средств автоматизации и наблюдению за их действием. Если автоматизация облегчает физический труд человека, то автоматизация имеет цель облегчить так же и умственный труд. Эксплуатация средств автоматизации требует от обслуживающего персонала высокой техники квалификации.
По уровню автоматизации компрессорные холодильные установки занимает одно из ведущих мест среди других отраслей промышленности. Холодильные установки характеризуются непрерывностью протекающих в них процессов. При этом выработка холода в любой момент времени должна соответствовать потреблению (нагрузке). Почти все операции на холодильных установках механизированы, а переходные процессы в них развиваются сравнительно быстро. Этим объясняется высокое развитие автоматизации в охладительной технике.
Автоматизация параметров дает значительные преимущества:
Обеспечивает уменьшение численности рабочего персонала, т. е. повышение производительности его труда,
Приводит к изменению характера труда обслуживающего персонала,
Увеличивает точность поддержания параметров вырабатываемого холода,
Повышает безопасность труда и надежность работы оборудования,
устройства управления
Цель автоматизации холодильных машин и установок - это повышения экономической эффективности их работы и обеспечение безопасности людей (в первую очередь обслуживающего персонала).
Экономическая эффективность работы холодильной машины обеспечивается уменьшением эксплуатационных расходов и сокращением затрат на ремонт оборудования.
Автоматизация уменьшает количество обслуживающего персонала и обеспечивает работу машины в оптимальном режиме.
Безопасность работы холодильного оборудования обеспечивается применением автоматических устройств, защищающих оборудование от опасных режимов работы.
По степени автоматизации холодильные машины и установки делятся на 3 группы:
1 Холодильное оборудование с ручным управлением.
2 Частично автоматизированное холодильное оборудование.
3 Полностью автоматизированное холодильное оборудование.
Оборудование с ручным управлением и частично автоматизированные машины работают с постоянным присутствием обслуживающего персонала.
Полностью автоматизированное оборудование не требует постоянного присутствия обслуживающего персонала, но не исключает необходимости периодических контрольных осмотров и проверок по установленному регламенту.
Автоматизированная холодильная установка должна содержать одну или несколько систем автоматизации, каждая из которых выполняет определенные функции. Кроме того, существуют устройства объединяющие (синхронизирующие) работу этих систем.
Система автоматизации - это совокупность объекта автоматизации и автоматических устройств, позволяющих управлять работой автоматизации без участия обслуживающего персонала.
Объектом курсового проекта является холодильная установка в комплексе, отдельные ее элементы.
Целью данного курсового проекта является описание технологического процесса холодильного оборудования, разработка функциональной схемы данной установки и выбор технических средств автоматизации.
1 ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА
1.1 Автоматизация холодильных компрессорных станций
Искусственный холод находит широкое применение в пищевой промышленности, в частности при консервировании скоропортящихся продуктов. При охлаждении обеспечивается высокое качество хранимых и выпускаемых продуктов.
Искусственное охлаждение может осуществляться периодически и непрерывно. Периодическое охлаждение происходит при плавлении льда либо при сублимации твердого диоксида углерода (сухого льда). Этот способ охлаждения обладает большим недостатком, так как в процессе плавления и сублимации хладагент теряет свои охлаждающие свойства; при длительном хранении продуктов трудно обеспечить определенную температуру и влажность воздуха в холодильной камере.
В пищевой промышленности широко распространено непрерывное охлаждение с применением холодильных установок, где хладагент - сжиженный газ (аммиак, фреон и др.) - совершает круговой процесс, при котором он после осуществления холодильного эффекта восстанавливает свое первоначальное состояние.
Применяемые хладагенты кипят при определенном давлении, зависящем от температуры. Следовательно, изменяя давление в сосуде, можно изменять температуру хладагента, а следовательно, и температуру в холодильной камере. Компрессор / всасывает пары аммиака из испарителя II, сжимает их и через маслоотделитель III нагнетает в конденсатор IV. В конденсаторе пары аммиака конденсируются за счет охлаждающей воды, и жидкий аммиак из конденсатора, охлажденный в линейном ресивере V, через регулирующий вентиль VI поступает в испаритель II, где, испаряясь, охлаждает промежуточный хладоно-ситель (рассол, ледяную воду), нагнетаемый к потребителям холода насосом VII.
Регулирующий вентиль VI служит для дросселирования жидкого аммиака, температура которого при этом снижается. Система автоматизации предусматривает автоматическое управление работой компрессора и противоаварийные защиты. Командой на автоматический пуск компрессора служит повышение температуры рассола (ледяной воды) на выходе из испарителя. Для управления температурой используется регулятор температуры типа, датчик которого устанавливается на трубопроводе выхода рассола (ледяной воды)
из испарителя.
При работе компрессора в автоматическом режиме функционируют следующие противоаварийные защиты: от понижения разности давлений масла в системе смазки и картере - применяется датчик-реле разности давлений; от понижения давления всасывания и повышения давления нагнетания - применяется датчик-реле давления; от повышения температуры нагнетания - применяется датчик-реле температуры; от отсутствия протока воды через охлаждающие рубашки - применяется реле протока; от аварийного повышения уровня жидкого аммиака в испарителе - применяется полупроводниковое реле уровня.
При пуске компрессора в автоматическом режиме открывается вентиль с электромагнитным приводом на подаче воды в охлаждающие рубашки и закрывается вентиль на байпасе.
Автоматическое регулирование уровня жидкого аммиака в испарителе осуществляется полупроводниковыми реле уровня, управляющим вентилем с электромагнитным приводом, установленным на подаче жидкого аммиака в испаритель.
Контроль верхнего и нижнего уровней жидкого аммиака в линейном ресивере осуществляется полупроводниковыми реле уровня.
Контроль давления рассола в нагнетательном трубопроводе осуществляется датчиком-реле давления.
Дистанционный контроль температуры воздуха, аммиака, рассола, воды в контрольных точках холодильной установки осуществляется термопреобразователями.
Аппаратура контроля, управления и сигнализации остального технологического оборудования размещена в панелях щита управления.
1.2 Анализ возмущающих воздействий объекта автоматизации
В данной схеме предусмотрены контроль, регулирование, управления и сигнализация параметров технологического процесса.
Контроль верхнего и нижнего уровней жидкого аммиака в линейном ресивере, в котором контролируется уровень от которого зависит наполнение ресивера.
Также контролю подлежит температура воздуха в холодильной установке от которой зависит охлаждение и количество вырабатываемого холода.
Контроль давления холодного рассола в нагнетательном трубопроводе, который зависит от нагнетания насосом, насос воздействуя на холодный рассол изменяет его подачу.
Также контролируется температура холодной воды поступающей из бассейна в конденсатор которая необходима для конденсирования (охлаждения) паров аммиака.
На выходе из конденсатора контролируется температура жидкого аммиака, который поступает в линейный ресивер.
Регулирующий вентиль VI установленный на трубопроводе служит для дросселирования жидкого аммиака, за счет чего температура при этом снижается.
Повышение температура рассола (ледяной воды) на выходе из испарителя управляет работой компрессора и служит командой на автоматический пуск компрессора.
Современные холодильные машины и установки невозможно представить без средств автоматизации. Они обеспечивают стабильную работу, защищают от недопустимых режимов эксплуатации и продлевают срок службы всей системы.
К устройствам холодильной автоматики относятся терморегулирующие вентили; регуляторы производительности, давления и уровня масла; пилотные, предохранительные и обратные клапаны; реле давления и температуры; реле протока. Сюда же включают различные электрические и электронные устройства: контроллеры, преобразователи частоты, регуляторы скорости вращения, автоматы защиты двигателя, таймеры и так далее. К сожалению, довольно часто на этой ответственной части оборудования стараются сэкономить. Нередко приходится сталкиваться также с незнанием возможностей и специфики применения автоматики. В данной статье мы постараемся дать краткий обзор основных механических устройств и решаемых с их помощью задач.Устройства автоматики
Для плавного заполнения испарителя с целью наиболее эффективного использования его теплообменной поверхности предназначены терморегулирующие вентили (ТРВ). Показателем заполнения служит перегрев хладагента - разница его температуры на входе и на выходе испарителя. Именно по этому параметру и происходит регулирование. Бытует мнение, что ТРВ поддерживает температуру охлаждаемой среды или давление кипения, однако это принципиально невозможно по причине особенностей конструкции ТРВ.
Терморегулирующий вентиль (схема 1) состоит из термочувствительной системы (1), отделенной от корпуса мембраной; капиллярной трубки, соединяющей термочувствительную систему с термобаллоном (2); корпуса вентиля с седлом (3); регулировочной пружины (4).
Работа ТРВ зависит от трех основных параметров: давления в термобаллоне, действующего на верхнюю поверхность мембраны (P1), давления кипения, действующего на нижнюю поверхность мембраны (Р2), и давления регулировочной пружины, также действующего на нижнюю поверхность мембраны (Р3).Регулирование осуществляется за счет поддержания равновесия между давлением в термобаллоне и суммой давлений кипения и пружины. Пружина обеспечивает регулировку перегрева.
ТРВ устанавливается на линии жидкого хладагента между конденсатором и испарителем. В нем происходит дросселирование рабочего вещества от давления конденсации до давления кипения. По конструктивному исполнению ТРВ делятся на вентили с внешним и внутренним уравниванием давления; разборные и неразборные. ТРВ с внутренним выравниванием применяются, как правило, на испарителях малой производительности с небольшим падением давления хладагента, например в торговом оборудовании.
ТРВ малой производительности выполняются неразборными (с заменяемой или с фиксированной дросселирующей вставкой), а ТРВ большой производительности - разборными, что позволяет при необходимости заменять отдельные элементы, а не весь клапан.
Регуляторы давления конденсации для конденсаторов с воздушным охлаждением предназначены для поддержания минимально необходимого рабочего давления конденсации при снижении температуры окружающей среды. Они обеспечивают так называемое «зимнее регулирование». На схеме 2 приведен вариант такого решения для конденсатора и ресивера, установленных на улице.Для конденсаторов с водяным охлаждением применяются клапаны, изменяющие расход воды в зависимости от давления хладагента. Данные клапаны позволяют поддерживать давление конденсации с высокой точностью.
Регуляторы давления кипения устанавливаются на линии всасывания за испарителем для поддержания заданного давления кипения в холодильных системах. В системах с несколькими испарителями регулятор устанавливается за испарителем с наибольшим давлением кипения.
Регуляторы давления в картере позволяют избежать пуска и эксплуатации компрессора при слишком высоком давлении всасывания, на линии которого и устанавливаются непосредственно перед компрессором.
Подобные регуляторы часто используются в холодильных установках с герметичными или полугерметичными компрессорами, предназначенными для работы при низких температурах.
Регуляторы производительности, компенсирующие снижение тепловой нагрузки, применяются в системах с одним компрессором, не оборудованным другими средствами регулирования (отжим клапанов, преобразователь частоты). Устанавливаются на байпасной линии между всасыванием и нагнетанием компрессора, позволяя избежать снижения давления всасывания и частых пусков остановок компрессора. К достоинствам подобных регуляторов относятся простота и дешевизна, однако существует ряд ограничений на их применение. Так, из-за снижения скорости хладагента в системе, приводящего к проблемам с возвратом масла в компрессор, компенсировать падение нагрузки возможно не более чем на 50 %. Перепуск горячего газа во всасывающую магистраль герметичного или полугерметичного компрессора может привести к перегреву обмоток электродвигателя. Кроме того, растет и температура нагнетания. Для снижения температуры всасывания может потребоваться впрыск жидкого хладагента со стороны нагнетания, что требует тщательного подбора и настройки системы для недопущения гидроудара в компрессоре.
 |
| Разборный TPB Danfoss TE12 |
Давление срабатывания реле, как правило, настраивается. У некоторых моделей настраивается и дифференциал срабатывания. Компактные реле без возможности настройки (картриджные прессостаты) применяются преимущественно крупными заводами-производителями компрессорных, компрессорно-конденсаторных агрегатов и моноблоков.
Реле перепада давления широко используются в качестве защиты компрессоров от падения давления масла в картере. Эти устройства зачастую включают в себя таймер, отключающий компрессор, если в течение заданного времени давление масла держится ниже минимально необходимого, - для нормальной смазки движущихся частей компрессора.
 |
| Неразборный TPB в разрезе |
В холодильной технике применяются два типа заправки чувствительного элемента термостата - паровая и адсорбционная. Термостаты с паровым наполнителем применяются в системах, где изменение температуры происходит медленно (например, в холодильных камерах большого объема). В таких термостатах корпус реле должен находиться в более теплом помещении, чем чувствительный элемент. Реле с адсорбционной заправкой могут применяться для контроля там, где температура меняется быстро.
Применение автоматики
Рассмотрим применение устройств автоматики на примере системы холодоснабжения небольшой холодильной камеры, выполненной специалистами компании «Термокул» c использованием автоматики фирмы Danfoss.
Заполнение испарителя хладагентом регулируется при помощи разборного ТРВ ТЕХ 5–3 с внешним уравниванием давления. За температуру в камере отвечает электронный контроллер (на схеме не показан), управляющий электромагнитным клапаном EVR 10.
Поддержание давления конденсации в зимний период осуществляется при помощи регулятора давления конденсации KVR , дифференциального клапана NRD и обратного клапана NRV . Характерной особенностью данного технического решения является установка регулятора KVR перед конденсатором. Это приводит к определенному удорожанию системы, так как требуется регулятор большего размера по сравнению с регулятором на линии жидкости за конденсатором. В то же самое время это позволяет избежать проблем с запуском системы после длительной остановки в случае, когда конденсатор и ресивер установлены на улице или в неотапливаемом помещении. Для регулирования давления конденсации при работе установки используется ступенчатое управление вентиляторами конденсатора при помощи двух реле высокого давления КР 5 с автоматическим сбросом.Управление компрессором осуществляется при помощи двухблочного реле KP 17 W: реле низкого давления включает и отключает компрессор в рабочем режиме, реле высокого давления - останавливает в случае превышения рабочего значения. В качестве дополнительной защиты от остановки по высокому давлению на агрегат установлено реле КР 5 с ручным сбросом.
Такая конфигурация автоматики позволяет, при относительно небольшой стоимости комплектующих, получить простую и надежную систему управления холодоснабжением, обеспечивающую стабильное поддержание заданных параметров.
Статья подготовлена Сергеем Смагиным и Сергеем Бучиным. Мы благодарим компанию «Термокул» (www.thermocool.ru) за информационную поддержку
Автоматизированная система управления способствует созданию защиты от различных аварийных ситуаций. Помогает увеличить срок эксплуатации используемого оборудования. Сокращает количество задействованных в обслуживании аппаратуры служащих. Это сокращает риск влияния человеческого фактора, экономит финансовые затраты на оплату труда, снижает уровень травм опасности.
Автоматизация холодильного оборудования, холодильных машин разной мощности допускает настраивание всех параметров. Алгоритм способен регулировать подачу необходимого испарителям хладагента. Он отвечает за перемещение жидкостей, рассолов, воды, прочих веществ в холодильных установках.
Автоматизация систем холодильных установок позволяет выполнять запуск, плановую остановку компрессора, электромотора, прочих механизмов. При этом остановка работы холодильного оборудования происходит при наступлении аварийной ситуации.
Установленный алгоритм блокировки не дает продолжить работу холодильной машине. Она прекращает функционировать до поступления разрешительной команды. Происходит это тогда, когда устраняются неполадки холодильного оборудования. Также агрегат будет стоять на месте во время осуществления ремонтных работ, сервисного обслуживания предприятия.
Автоматизация холодильной установки дает возможность регулировать показатели заданного температурного режима помещения. Если он нарушается, автоматика подает соответствующий звуковой сигнал.
При возникновении температурных сбоев пропановой холодильной установки допускается автоматическое сокращение холодопроизводительных процессов.
Грамотная автоматизация агрегатов подразумевает регулирование плавного или позиционного типа. В первом случае автоматизация осуществляет плавное изменение количества используемых оборотов. Во втором – сокращением числа включенных в работу устройств цилиндров, компрессоров, прочих механизмов.
Предполагаете автоматизировать свои производственные объекты в Москве и Московской области? Ждем вашего звонка. Заказать проект, разработку, монтаж, внедрение, выполнение пусконаладочных работ, наладку ПО АСУ, сможете на официальном сайте компании «ОЛАЙСИС».
Представители этой организации готовы помочь с внедрением на вашу площадку современных АСУ. Продажа услуг по автоматизации устройств осуществляется после написания заявки, согласования цены, требований заказчика, выполнения необходимых расчетов.
Компания производит запасные детали к АСУ. Здесь же реально приобрести механизмы, выполнить заказ на комплексное, индивидуальное обслуживание. Работает быстрая доставка по городу. Предусмотрен самовывоз по решению заказчика.
