Теплоэнергетика

4.1.1 Термодинамическая система
Термодинамической системой (ТДС) можно считать любую совокупность материальных тел,

Энергия

Если через границу проникает лишь энергия, то ТДС считается изолированной. Идеальная теплоизолированная ТДС носит название адиабатной.

Отсутствие какого-либо граничного взаимодействия свойственно закрытой ТДС.

Вещество

Энергия без теплообмена

Внешняя
среда

ТДС

Внешняя
среда

ТДС

4.1 Основы термодинамики

тем или другим из перечисленных систем: открытой, закрытой или изолированной.

Примером простейшей ТДС может служить рабочее тело холодильной машины (хладагент), осуществляющее в ней взаимные превращения теплоты и работы. Хладагент обменивается теплотой с холодоносителем – воздухом помещения рефрижераторного вагона. Ещё один пример простейшей ТДС: топливовоздушная смесь в цилиндре двигателя внутреннего сгорания.

Каждая ТДС, в том числе и простейшая, обладает бесконечным набором свойств, которые характеризуют различные стороны её сущности, а в совокупности – состояние рассматриваемой системы. Свойствами являются, например, давление, температура, удельный объём, плотность и др.

Давление р — макроскопическая характеристика, отражающая молеку-лярную природу жидкости или газа. Давление численно равно силе воздействия молекул на некоторую поверхность, отнесённую к величине этой поверхности. Значение давления пропорционально числу молекул, их массе и скорости перемещения. Единица измерения давления  — паскаль (Па), 1 Па = 1 н/м2, где н (ньютон) — единица силы.

нагретости тела, °С. Она выступает как мера интенсивности теплового движения

Удельный объём v — это объём единицы массы вещества, м3/кг. Обратную удельному объёму величину называют плотностью: ρ, кг/м3.

Удельный объём, давление и температуру называют термическими свойствами вещества.

Наряду с элементарными термодинамическими параметрами могут быть установлены сложные параметры, называемые функциями состояния; они также выступают характеристиками состояния ТДС. Важнейшей из функций состояния является внутренняя энергия U, определяемая как сумма кинетической, потенциальной и внутриядерной энергий частиц, а также энергии электронных оболочек атома. В задачах хладотранспорта оказывается достаточным учесть изменение лишь первых двух составляющих, т.е. принять

U = K + П.

потенциальная П – занимаемого газом объёма V.
Изменение состояния (хотя

Если термодинамические параметры р, v, Т одинаковы во всех точках ТДС и неизменны во времени, то такое её состояние называется равновесным.

ТДС, выведенная из состояния равновесия, может под действием градиентов параметров р, v, Т самопроизвольно вернуться к равновесию. Такой ТП получил название релаксация.

Если при релаксации не происходит взаимодействия с телами внешней среды, то ТП называют обратимым., если да, то — необратимым.

Если релаксация протекает медленно, то ТП называют равновесным, если быстро, то — неравновесным.

Равновесный процесс обычно представляется как непрерывный ряд последовательно проходимых состояний равновесия; в каждом из них справедливо классическое уравнение состояния системы:
f(р, v, T) = 0.

вид:

pv = RT,
называемый уравнением Клапейрона. В нём R — газовая постоянная, R

Уравнение состояния реальных газов, учитывающее силы межмолеку-лярного взаимодействия, носит название уравнения Ван-дер-Ваальса:

(p + a/v2)(v – b) = RT,

где a и b — численные коэффициенты, отражающие природу конкретного вещества.

термодинамический процесс — расширение (сжатие) рабочего тела, например газа в цилиндре поршневого

Работа всегда связана с органи-зованным перемещением макроско-пических тел в пространстве.

Поэтому она характеризует упорядоченную (макрофизическую) форму передачи энергии.

Процесс расширения рабочего тела

форма передачи энергии, осуществляемая на молекулярном (неупорядоченном) уровне взаимодействия системы

t1

t2

q

t1 > t2

Теплота, работа и внутренняя энергия — энергетические характеристики, однако между этими понятиями существует большое различие. Внутренняя энергия — это свойство самой системы, одна из характеристик её состояния. Теплота и работа — это характеристики процессов теплового и механического взаимодействий системы с окружающей средой.

ТДС

ОС

Естественным путём теплота всегда передаётся от более нагретого тела к менее нагретому телу. Такой ТДП получил название самопроизвольный.

природы энергия не исчезает и не возникает, она лишь переходит

4.1.3 Первый закон термодинамики

Пусть к некоторому рабочему телу (в расчёте на 1 кг) подводится беско-нечно малое количество теплоты dq, вследствие чего прирастает его температура dT и удельный объём dv, т.е. возрастает на величину du внутренняя энергия тела. Но при расширении рабочего тела совершается механическая работа dl против сил внешнего сопротивления (давления). Так как никаких других изменений в системе не происходит, то по закону сохранения энергии
dq = du + dl.

Это уравнение является математическим выражением Первого закона термодинамики. Рассмотрим некоторые частные случаи.

dq = 0. Формально из уравнения dq = du +

Первый случай. Разогрев системы в адиабатном процессе

т.е. подведённая извне теплота целиком расходуется на повышение внутренней энергии

Второй случай. Разогрев системы в изохорном процессе

энергии, du = 0. В этом случае
dq =

Третий случай. Работа системы в изобарном процессе

при бесконечно малом изменении его состояния, к вызванному изменению температуры

В разных процессах нагрев тела на 1°С требует разного количества теплоты:

●  теплоёмкость в изобарном процессе (при постоянном давлении рабочего тела) cp = (dq/dt)p=const;

●  теплоёмкость в изохорном процессе (при постоянном объёме рабочего тела) cv = (dq/dt)v=const .

cp = cv + R;
Энтальпия I.

i = u + pv.

Обычно значения теплоёмкостей определяются экспериментально и задаются таблично.

Между теплоёмкостями cp и cv существует вполне определённая связь:

● реальный газ — cp - cv > R;

● жидкость — cp ≈ cv.

калорическим свойствам вещества.
Физический смысл энтальпии — это

Энтропия S. Это функция состояния термодинамической системы. Удельная энтропия s (на 1 кг рабочего тела), кДж/(кг⋅К) определяется из дифференциального уравнения как отношение бесконечно малого приращения теплоты dq к абсолютной температуре T:

ds = dq/T.

Сама удельная энтропия находится интегрированием:
s = ∫dq/T + s0

Постоянная интегрирования so=0 при Т=0 К.

же роль, как заряд в электрических. В представлении энтропии своеобразным

Размер элементарной площадки под кривой процесса есть элементарная теплота
dq = Tds.

Состояние термодинамической системы может быть изображено точкой на весьма удобной в расчётах T, s -диаграмме. Процесс, как и в случае p,v- диаграммы, определяется траекторией этой точки от начального к конечному состоянию.

оказывается равной q:
т.е. теплота процесса выражается через энтропию.
2
q = ∫

объёма – работу расширения.
Поскольку всегда

l = ∫ pdv

q = ∫ Tds,

Аналогия структур выражений

и

устанавливает качественную сторону явлений — направленность самопроизвольных процессов природы. Количественную

4.1.4 Второй закон термодинамики

С понятием энтропии связан Второй закон термодинамики о неравнозначности процессов взаимного превращения теплоты и работы: механическая энергия может быть полностью превращена в теплоту, а в обратном процессе часть теплоты рассеивается в окружающую среду и в механическую энергию не переходит. Это важно для организации циклически повторяющихся прямых и обратных процессов, характерных для техники.

Существует много формулировок второго закона термодинамики, простейшая из которых — самопроизвольный перенос теплоты возможен только от более нагретого тела к менее нагретому.

Соотношение ds = dq/T справедливо для идеальных обратимых процессов, которые можно возвратить в исходное состояние по тому же пути. Для реальных необратимых процессов, состояние которых нельзя восстановить без потерь, следует принять
ds ≥ dq/T.

(dq=0) имеем
ds ≥ 0.
Физический смысл энтропии

Данное выражение и представляет собой наиболее общую математическую формулировку Второго закона термодинамики: если в системе осуществляется самопроизвольный необратимый процесс, то энтропия системы возрастает.

В реальных системах, в частности в холодильной технике, возникает необходимость отвода теплоты во внешнюю среду от тел, имеющих по сравнению с ней более низкую температуру. Для таких систем Второй Закон указывает условие достижимости цели – невозможно отводить теплоту от менее нагретых тел к более нагретым без внешнего воздействия.

промежуточного устройства (холодильной машины). Рабочее тело холодильной машины (хладагент) контактирует

Схематично выполнение этого условия изображено на рисунке.

Тха’<Т1

Тха”>Т2

Схема отвода теплоты от охлаждаемой среды в окружающую среду

агента носит название холодильного цикла. Поднимая теплоту с нижнего уровня

Общепринятый термин «тепловой насос» относится к устройствам, также реализующим схему, изображённую выше, но в качестве охлаждаемой среды здесь выступает атмосферный воздух, а отепляемой – жилое помещение.

Для целей холодильной техники интересен не однократный акт сброса теплоты во внешнюю среду, а непрерывно продолжающийся процесс. Для этого надо суметь возвращать рабочее тело в исходное состояние.

Тха’<Т1

Тха”>Т2

Схема отвода теплоты от окружающей среды в отепляемое помещение

затраченной механической энергии L называют холодильным коэффициентом цикла ξ, который

ξ = Q ∕L.

Термин «получение холода» означает уменьшение содержания теплоты в том или ином теле, уже имеющем температуру ниже температуры окружающей среды. В соответствии со Вторым законом термодинамики процесс получения холода требует участия в нём постороннего источника энергии.

механизма переноса теплоты от одного тела к другому.

Конвекция. Внешним воздействием создаётся упорядоченное (организованное) движение больших масс жидкости или газа вдоль поверхности рассматриваемой термодинамической системы. Конвективный механизм более эффективен по сравнению с теплопроводностью.

Излучение (тепловая радиация). Это бесконтактный механизм передачи теплоты. Он заключается в преобразовании внутренней энергии тела в энергию электромагнитных колебаний, её переносе через промежуточную среду и обратном преобразовании лучистой энергии в теплоту в другом теле – приёмнике. Перенос теплоты радиацией эффективен лишь в газовой среде и вакууме.

4.2 Основы теплопереноса

Вт/м2:
q = -λ·grad t,
т.е. вектор плотности теплового потока

q = (tс1 - tс2)( λ/δ)

q·δ
λ = ———
tc1 − tc2

q=Q/F·τ

твёрдого тела к движущейся жидкости или газу и наоборот называется

q
α = ———
tc − tж(г)

tc

tж(г)

q

Выражение для q называется законом Ньютона-Рихмана. Коэффициент α называется коэффициентом теплоотдачи; его размерность — Вт/(м2⋅K). Он характеризует интенсивность процесса теплоотдачи.

как воздействие солнечной радиации на поверхность ТМ. При попадании тепловых

4.2.4 Лучистый теплообмен

= 1.

Предельно возможные случаи таковы:

Совокупный процесс испускания, поглощения, отражения и пропускания энергии электромагнитных волн называется лучистым теплообменом. Его описание базируется на законе Стефана-Больцмана

Io = σoT4,

где Io — плотность интегрального излучения абсолютно чёрного тела, Вт/м2; σo — постоянная Стефана-Больцмана, Вт/(м2⋅К4); T— абсолютная температура, К.

Io,

где ε —  степень черноты, ε = A

Здесь степень черноты вагона, ε~0,7, а коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности вагона к воздуху αн = 2.5. Дополнительный нагрев облучённой поверхности неподвижного вагона может достигать 30…40°С.

передачи теплоты от одной жидкой (газообразной) среды к другой через

При этом лучистый теплообмен учитывают только в коэффициенте теплоотдачи α1

Температурное поле при передаче теплоты из одной среды в другую

q = k(t1 – t2),

где k — коэффициент теплопередачи, Вт/(м2⋅К).

α1

α2

λ

в процессах создания низкотемпературных условий в непрерывной холодильной цепи доставки

Охладители могут находиться в одном из трёх равновесных фазовых состояний: твёрдом (Т), жидком (Ж) или газообразном (Г). Кроме того, существуют так называемые области насыщения, в которых охладители могут быть одновременно в двух фазовых состояниях:
● (Т+Ж) — область плавления;
● (Ж+Г) — область влажного пара;
● (Т+Г) — область сублимации.

В рабочих циклах ХМ используются агрегатные состояния охладителя Ж и Г, а также область насыщения Ж+Г.

4.3 Способы получения искусственного холода

const
v - const
1 — линия плавления;

Т

Ж

Г

Ж+Г

Т+Г

Т+Ж

в воздухе является универсальным для всех продуктов. Воздух подаётся в

Применяют газовые среды: С02, N2, РГС с заранее заданным соотношением N2, О2 и С02.

Охлаждение жидкой средой

Применяются жидкие среды:
● вода;
● вода со льдом;
● водно-солевые растворы в криогидратном состоянии (NaCl — до минус 21,2°С, CaCl2 — до минус 55°С);
● водные растворы гликоля и глицерина (до минус 40°С);
● жидкие газы С02, N2 — до минус 200°С.

4.3.2 Получение холода с помощью охладителей

под высоким давлением. Если открыть запорный вентиль, жидкий газ устремляется

Охлаждение твёрдой средой

Охлаждение твёрдой средой применяют при контактном способе термообработки или через воздух. К твёрдым средам относятся:
● водный лёд (tпл=0°С, i=335 кДж/кг);
● льдосоляные и эвтектические смеси (NaCl — до минус 21,2°С, CaCl2 — до минус 55°С);
● сухой лёд (твёрдая углекислота −СО2 , (tс= -78,9°С, i=575 кДж/кг);
● антисептический лёд;
● естественный или искусственный снег;
● испарители холодильных машин.

способные кипеть при отрицательных температурах и нормальном атмосферном давлении. Их

4.3.3 Холодильные агенты и холодоносители

В качестве хладагентов целесообразно использовать жидкости, отвечающие специальным требованиям:
● термодинамическим (низкая температура кипения и замерзания, большая объёмная холодопроизводительность, высокие значения теплоотдачи и теплопроводности);
● физико-химическим (хорошая растворимость в воде, химическая инертность по отношению к конструкционным материалам, малая проникающая способность, способность обнаружить утечку);
● физиологическим (негорючесть, неядовитость, невзрывоопасность);
● экономическим (дешевизна и др.).

аммиак и фреоны.
Аммиак (NH3) — один из

Фреоны — хлорфторзамещённые углеводороды, получаемые на основе метана (СН4) и этана (С2Н6). Свойства фреонов зависят от соотношения в них атомов углерода С, фтора F, хлора Cl и водорода H. По числу атомов С и F строится их нумерация.

Наибольшее распространение получил фреон-12, чаще называемый хладоном (CF2Cl2). Это — негорючий и бесцветный газ, безвредный до концентрации в воздухе 30 %. Кипит при температуре минус 29,8°С (давление атмосферное), замерзает при температуре минус 155°С. Нейтрален к металлам, текуч, при температуре выше 400°C разлагается с выделением ядовитого газа нервнопаралитического действия – фосгена.

В рабочих циклах открытых термодинамических систем в качестве хладагента используют атмосферный воздух.

теплоты от охлаждаемых объектов и передачи её хладагенту в холодильной

4.3.4 Холодильные машины

Холодильная машина (ХМ) — комплекс теплообменных аппаратов и устройств, необходимых в рабочем цикле для отвода теплоты при низкой температуре от охлаждаемой среды и передачи этой теплоты в окружающую среду с более высокой температурой.

Теплообменные аппараты, в которых хладагент потребляет тепло из охлаждаемой среды, называют испарителями. В этом случае температура хладагента должна быть ниже температуры охлаждаемой среды, что создаётся понижением давления хладагента.

Теплообменники, в которых хладагент отдаёт тепло в окружающую среду, называют конденсаторами (или охладителями – при отсутствии конденсации). Здесь температура хладагента должна быть выше температуры окружающей среды, что создаётся повышением давления хладагента.

ХМ делят на компрессионные, сорбционные, струйные, термоэлектрические и др.

В сорбционных ХМ в холодильном цикле участвуют два компонента: хладагент (чаще всего аммиак) и поглотитель (жидкий – вода или твёрдый – силикагель). Холодильные машины с жидким поглотителем называются абсорбционными, а с твёрдым – адсорбционными.

Действие струйных ХМ основано на использовании кинетической энергии потока газа или пара. Они бывают эжекторные, вихревые и турбохолодильные. В настоящее время на хладотранспорте не применяются.

Термоэлектрическое охлаждение основано на использовании эффекта Пельтье: при пропускании постоянного тока через термоэлемент, состоящий из двух разнородных полупроводников, соединённых медной пластиной, один из спаев охлаждается, а другой нагревается.

использования на транспорте способы машинного производства холода, которые основаны на

В компрессионных ХМ хладагент совершает круговые необратимые

Идеальным обратным холодильным циклом является теоретический цикл Карно. В нём принято, что процессы протекают в области влажного пара хладагента при постоянных температурах охлаждаемой и окружающей сред и идеальном теплообмене между ними и хладагентом.

4.4 Термодинамические основы работы холодильных машин

теоретической холодопроизводительности qо к затраченной удельной механической энергии l, у

Однако идеальную паровую холодильную машину трудно осуществить из-за конструктивных сложностей реализации расширителя и потерь при всасывании влажного пара. Поэтому схему, близкую к циклу Карно, применяют только в газовых компрессионных холодильных машинах, где нет отмеченных проблем.

холодильной машине вместо расширителя применён терморегулирующий (дросселирующий) вентиль (ТРВ), а

На диаграмме наглядно просматриваются адиабатные (1–2, 3–4) и изотермические

На этой диаграмме наглядно просматриваются изобарические (2–3,

механическая работа, затрачиваемая на сжатие хладагента в

теплота, выделяемая хладагентом в конденсаторе
qк = qо + l = i2 – i3.

Величину qо называют теоретической (массовой) холодопроизводи-тельностью, кДж/кг, а величину qк — нагрузкой на конденсатор.

s и p, i -диаграммах следующими термодинамическими процессами:

одноступенчатой ХМ позволяет получить температуру в охлаждаемой среде до минус

Одноступенчатая ХМ эффективно работает при отношениях давлений конденсации и кипения хладагента рк/ро ≤ 8.

При необходимости получить рк/ро > 8 переходят на многоступенчатое сжатие. Наибольшее распространение получила двухступенчатая паровая компрессионная ХМ.

В схеме этой ХМ работают два компрессора: один низкого давления, другой высокого. Соответственно имеются два ТРВ: один низкой ступени, другой высокой. В схему включён промежуточный сосуд (ПС), который находится в зоне промежуточного давления и осуществляет полное промежуточное охлаждение хладагента. Машина может переключаться в режим одноступенчатого сжатия.

l = (i2 – i1) +(i4

qк = qо+lкнд+ lкdд = i4 – i5.

-диаграмме следующими термодинамическими процессами:
● 8–1' — изотермический (он же изобарический)

хладагента в конденсаторе;
● 5'–5 — изобарическое переохлаждение жидкого хладагента

●  6–7 — отделение жидкости от пара в ПС;
●  7–8 — изоэнтальпный процесс дросселирования жидкого хладагента в ТРВН.

несколькими ступенями сжатия; 4 — охлаждаемое помещение
В воздушной ХМ реализуется теоретический цикл

ξa = qо/(qг+qн)

паровой компрессионной холодильной машины

будет выглядеть зелёным цветом, как показано ниже.

цикла на диаграмме состояний являются:
– температура кипения хладагента в испарителе —

Построение цикла начинают с на-несения изобар pо=const и pк = const, отвечающих изотермам tо и tк в об-ласти кипения. В местах пересечения изобар pо и pк с пограничными кривы-ми χ=0 и χ =1 получаем точки 1’, 2’, 3’ и 4’. Точка 1’ соответствует заверше-нию процесса кипения хладагента в испарителе, точки 2’ и 3’– соответ-ственно началу и завершению кон-денсации хладагента в конденсаторе, а точка 4’ – началу частичного кипе-ния жидкого хладагента при дросселировании его в терморегули-рующем вентиле.

изобарой pо в области перегретого пара получаем точку 1 цикла,

является определение величины подачи компрессора и тепловой нагрузки конденсатора при

qо = i1 – i4,

qк = i2 – i3 =
qо + l

ξ= qо/ l.

м3/ч:
Характеристики рабочего процесса поршневого компрессора
Тогда при

Vh =

и потребляемая мощность Nд.
Под холодопроизводительностью компрессора понимается холодопроизво-дительность

Мощность, потребляемую компрессором находят как теоретическую по холодо-производительности маши-ны:

Nт = Qo/ξ,

испарителе (путём отсасывания паров, образующихся в результате кипения хладагента), и

4.5 Основные элементы транспортных холодильных установок
4.5.1 Компрессоры

обеспечивается от внешнего привода (дизель, электродвигатель и др.) через маховик

В идеальном (теоретическом) компрессоре поршень доходит до крышки цилиндра, т.е. не имеет зазора, называемого вредным пространством. Поэтому клапан 1 открывается сразу же с началом движения поршня 4 вправо вследствие создающегося под поршнем разрежения, и всасывание паров хладагента из испарителя в цилиндр 3 происходит при постоянном давлении pо на всём протяжении хода поршня (пол-оборота маховика, линия а-b). Объём всасываемого пара равен объёму, описываемому поршнем Vh за один ход.

имеет вредного пространства, то весь сжатый пар вытесняется в конденсатор.

При обратном ходе поршня всасывающий клапан 1 сразу же самопроизвольно закрывается, и происходит адиабатическое сжатие замкнутого объёма паров в цилиндре до давления pк в конденсаторе (линия b-с). После этого нагнетательный клапан 2 самопроизвольно открывается, и через него при дальнейшем движении поршня влево сжатые пары выталкиваются (нагнетаются) в конденсатор при постоянном давлении pк (линия с-d).

его крайнем левом положении и крышкой цилиндра всегда имеется расстояние

Реальный процесс поршневого компрессора

Вредное пространство сильно изменяет рабочий процесс компрессора и приводит к значительным объёмным потерям. Во вредном пространстве при крайнем левом положении поршня всегда остаётся сжатый пар объёмом Vc с давлением pк. При движении поршня вправо пар расширяется при закрытых клапанах 1 и 2 до давления po (кривая d-a). Только после этого клапан 1 сможет открыться и начнётся всасывание новой порции пара.

теорети-ческой ещё и отклонениями давления от pо и pк. Возникающая

потенциала хладагента и сброса теплоты в окружающую среду, эквивалентна, как

Коэффициент подачи компрессора

типа компрес-сора, величины изношенности деталей поршня, клапанов и др. Обычно

λп =То/Тк.

λv=

Величины Δpо, Δpк, с — конструктивные харак-теристики конкретного компрессора.

м3/ч:
Характеристики рабочего процесса поршневого компрессора
Тогда при

Vh =

и потребляемая мощность Nд.
Под холодопроизводительностью компрессора понимается холодопроизво-дительность

Мощность, потребляемую компрессором находят как теоретическую по холодо-производительности маши-ны:

Nт = Qo/ξ,

с компрессорами других типов):
● небольшие значения массы, габаритов и

окружающую среду (потоком наружного воздуха или воды) происходит переход паров

4.5.3 Конденсаторы и испарители холодильных машин

в стационарных установках средней и большой производительности. На железнодорожном транспорте

(при низких значениях to и po) за счёт тепла, воспринимаемого

4.5.4 Испарители, переохладители и вспомогательные аппараты

В испарителях-воздухоохладителях движение воздуха также принудительное — с помощью вентиляторов-циркуляторов. Трубы таких испарителей имеют оребрение, но в отличие от воздушных конденсаторов шаг между рёбрами значительно больше из-за опасности, связанной с выпадением инея (снеговой «шубы») при охлаждении влажного воздуха. Иней снижает коэффициент теплопередачи и увеличивает гидравлическое сопротивление движению воздуха. Поэтому необходима периодическая оттайка труб такого испарителя с помощью паров горячего хладагента, отводимых после компрессора, или специального электрообогревателя.

Испарители для охлаждения рассола по конструкции подобны горизонтальным кожухотрубным конденсаторам. Жидкий хладагент поступает в межтрубное пространство снизу. Здесь он кипит, забирая теплоту у рассола, принудительно циркулирующего в трубах благодаря напору, развиваемому циркуляционным насосом. Образующиеся пары отсасываются компрессором из верхней части кожуха.

— регенеративные теплообменные аппараты типа «труба в трубе». Внутри трубы

Вспомогательные аппараты обеспечивают длительную и безопасную работу установки, облегчают регулирование рабочих процессов, повышают экономичность её работы. К вспомогательным аппаратам относятся, например:
● ресиверы — сосуды, в которых хранится запас жидкого хладагента. Они предназначены для разгрузки конденсаторов от жидкого хладагента и создания его равномерного потока к регулирующему вентилю;
● маслоотделители — устройства очистки от смазочного масла паров хладагента после компрессора для предотвращения выпадения масла на стенках труб и ухудшения теплопередачи в конденсаторе и испарителе;
● маслосборники — ёмкости для сбора уловленного масла, откуда оно направляется на утилизацию.

выполняе-мых функций подразделяется на системы:
● регулирования, поддерживающие заданное

4.6 Автоматизация работы холодильных установок
4.6.1 Системы автоматизации работы холодильных установок

Система автоматического регулирования холодильной установки позволяет обеспечить заданный температурный режим для перевозимого груза без участия обслуживающего персонала.

устройств, позволяющих управлять работой этого объекта без участия персонала. Объектом

Замкнутая система состоит из объекта (Об) и автоматического устройства (А), которые соединены между собой прямой (ПС) и обратной (ОС) связями, которые показаны на рис. 4.4. По прямой связи к объекту подводится входное воздействие х, по обратной — выходная величина у, которые воздействуют на А. Система ОС работает по отклонению фактической величины у от заданного значения уз.

значения при изменениях внешнего воздействия fвн, то такую систему называют

На функциональной схеме САР в цепь прямой связи входят: усилитель (У), исполнительный механизм (ИМ) и регулирующий орган (РО). В цепь обратной связи включён датчик, с помощью которого регулятор АР воспринимает регулируемую величину У и преобразует её в величину Уп, удобную для дальнейшей передачи. На один из входов элемента сравнения (ЭС) подаётся преобразованная величина Уп, а на другой его вход — сигнал Уз от задатчика.

регулятору. Величина согласования δ = Уз – Уп является побуждающим

у, отличающихся от уз, а при достижении равенства между ними

Схема САЗ отличается от схемы САР тем, что в автоматическом устройстве АЗ отсутствуют ИМ и РО. Сигнал от усилителя воздействует непосредственно на Об, выключая его целиком или отдельные его части.

связей (обратная или прямая) отсутствует. Параметр Z связан с выходной

Термобаллон, капилляр и пространство над мембраной при изготовлении вентиля заполняют

4.6.2 Автоматизация работы испарителей

Одним из важных процессов управления холодильной машиной является автоматическое питание испарителей по перегреву пара и по уровню жидкости в испарителе. В качестве автоматического регулятора перегрева в основном применяют терморегулирующие вентили (ТРВ).
ТРВ установлен перед испарителем. В верхней части вентиля (рисунок) припаяна капиллярная трубка 7, соединяющая внутреннюю рабочую часть 6 вентиля с термобаллоном 8. Верхняя силовая часть вентиля герметична.

выходе из него не должна превышать 4…7°С. Для этого весь

Принцип действия ТРВ основан на сравнении температуры кипения хладагента в испарителе с температурой выходящих из него паров. Сравнение производится преобразованием воспринимаемой термобаллоном температу-ры паров tв в соответствующее давление рс в силовой части прибора.
Давление действует на мембрану сверху и стремится через шток открыть клапан 3 на большее проходное сечение. Такому перемещению клапана препятствует давление кипения хладона в испарителе ро, действующее на мембрану снизу, а также усилие пружины f и давление рк на клапан.

термобаллона хладон, продолжая воспринимать тепло от охлаждаемого помещения, перегре-вается до

С понижением температуры в охлаждаемом помещении теплопритоки к испарителю уменьшаются. Кипение хладагента в точке А не заканчивается, а продолжается до точки Б. Путь парообразного хладагента до термобаллона сокращается, и перегрев паров уменьшается. Термобаллон воспринимает более низкую температуру, и в силовой системе устанавливается меньшее значение рс. Под действием пружины клапан перемещается вверх, уменьшая проходное сечение вентиля и тем самым подачу хладагента в испаритель.

заканчивается раньше, и перегрев принимает значение, близкое к первоначальному. Перемещение

Термобаллон 8, капилляр 7 и мембрана 5 являются основными элементами манометрических приборов-термостатов, которые применяются для автоматического регулирования работы дизель-генераторных и холодильных агрегатов на рефрижераторном подвижном составе.

помещении рефрижераторного транспортного или складского модуля и автоматического поддержания его

4.6.3 Автоматическое поддержание температурного режима в грузовых помещениях

Прессостат устанавливают на вса-сывающем трубопроводе между ис-парителем и компрессором. Он со-стоит из поршня 1, жёстко связанного с ним штока 2, пружины 4, рукоятки 5, двух электрических контактов: подвиж-ного 6 и неподвижного 7.
Поршень находится в колене 3, соединённом со всасывающим трубопроводом 8. При давлении ро, большем чем сила закручивания пру-жины 4, поршень находится в крайнем верхнем положении. При этом контакты 6 и 7 замкнуты.

В процессе отсасывания паров дав-ление ро понижается, становится меньше, чем

Вследствие продолжающегося кипения хладона в испарителе его удельный объём увеличивается, давление ро снова начнёт расти. Контакты 6 и 7 замкнутся, компрессор начнёт отсасывать пары хладона из испарителя. Цикл повторяется.

Ход поршня ограничивается специальными упорами, которые могут регулироваться. Сила воздействия пружины на поршень регулируется рукояткой 5. При установке рукоятки в положение «холод» сила закручивания пружины уменьшается. Следовательно, в зоне испарителя установится меньшее давление ро, а значит и низкая температура кипения хладона.

Таким образом прессостат-терморегулятор поддерживает на требуемом уровне давление кипения в испарителе путём управления количеством хладагента, направляющегося в испаритель.