В конденсаторе газообразный хладагент, сжатый компрессором, переходит в жидкое состояние (конденсируется). В зависимости от условий работы холодильного контура пары хладагента могут сконденсироваться полностью или частично. Для правильного функционирования холодильного контура необходима полная конденсация паров хладагента в конденсаторе. Процесс конденсации протекает при постоянной температуре, называемой температурой конденсации.
Переохлаждение хладагента – это разница между температурой конденсации и температурой хладагента на выходе из конденсатора. Пока в смеси газообразного и жидкого хладагента есть хоть одна молекула газа, температура смеси будет равна температуре конденсации. Следовательно, если температура смеси на выходе из конденсатора равна температуре конденсации, значит, в смеси хладагента содержится пар, а если температура хладагента на выходе из конденсатора ниже температуры конденсации, то это однозначно указывает на то, что хладагент полностью перешел в жидкое состояние.
Перегрев хладагента – это разница между температурой хладагента на выходе из испарителя и температурой кипения хладагента в испарителе.
Для чего нужно перегревать пары уже выкипевшего хладагента? Смысл этого состоит в том, чтобы быть уверенным, что весь хладагент гарантированно перешел в газообразное состояние. Наличие жидкой фазы в хладагенте, поступающем в компрессор, может привести к гидравлическому удару и вывести из строя компрессор. А поскольку кипение хладагента происходит при постоянной температуре, то мы не можем утверждать, что весь хладагент выкипел до тех пор, пока его температура не превысит его температуру кипения.
В двигателях внутреннего сгорания приходится сталкиваться с явлением крутильных колебаний валов. Если эти колебания угрожают прочности коленчатого вала в рабочем диапазоне частоты вращения вала, то применяют антивибраторы и демпферы. Их размещают на свободном конце коленчатого вала, т. е. там, где возникают наибольшие крутильные
колебания.
внешние силы заставляют коленчатый вал дизеля совершать крутильные колебания
Эти силы - давление газов и силы инерции шатунно-кривошипного механизма, под переменным действием которых создается непрерывно меняющийся вращающий момент. Под влиянием неравномерного вращающего момента участки коленчатого вала деформируются: закручиваются и раскручиваются. Иными словами, в коленчатом валу возникают крутильные колебания. Сложная зависимость вращающего момента от угла поворота коленчатого вала может быть представлена в виде суммы синусоидальных (гармонических) кривых с разными амплитудами и частотами. При некоторой частоте вращения коленчатого вала частота возмущающей силы, в данном случае какой-либо составляющей вращающего момента, может совпасть с частотой собственных колебаний вала, т. е. наступит явление резонанса, при котором амплитуды крутильных колебаний вала могут стать настолько велики, что вал может разрушиться.
Чтобы устранить
явление резонанса в современных дизелях, применяются специальные устройства -антивибраторы. Широкое распространение получил один из видов такого устройства - маятниковый антивибратор. В тот момент, когда движение маховика во время каждого его колебания будет ускоряться, груз антивибратора по закону инерции будет стремиться сохранить свое движение с прежней скоростью, т. е. начнет отставать на некоторый угол от участка вала, к которому антивибратор прикреплен (положение II). Груз (вернее, его инерционная сила) будет как бы «притормаживать» вал. Когда угловая скорость маховика (вала) во время этого же колебания начнет уменьшаться, груз, подчиняясь закону инерции, будет стремиться как бы «тянуть» за собой вал (положение III),
Таким образом, инерционные силы подвешенного груза во время каждого колебания будут периодически воздействовать на вал в направлении, противоположном ускорению или замедлению вала, и тем самым изменять частоту его собственных колебаний.
Силиконовые Демпферы . Демпфер состоит из герметичного корпуса, внутри которого размещен маховик (масса) . Маховик может свободно вращаться относительно корпуса, укрепленного на конце коленчатого вала. Пространство между корпусом и маховиком заполнено силиконовой жидкостью, имеющей большую вязкость. Когда коленчатый вал вращается равномерно, маховик за счет сил трения в жидкости приобретает ту же одинаковую с валом частоту (скорость) вращения. А если возникнут крутильные колебания коленчатого вала? Тогда их энергия передается корпусу и будет поглощена силами вязкого трения, возникающими между корпусом и инерционной массой маховика.
Режимы малых оборотов и нагрузок. Переход главных двигателей на режимы малых оборотов, как и переход вспомогательных на режимы малых нагрузок, связан со значительным сокращением подачи топлива в цилиндры и увеличением избытка воздуха. Одновременно снижаются параметры воздуха в конце сжатия. Особенно заметно изменение рс и Тс в двигателях с газотурбинным наддувом, так как газотурбокомпрессор на малых нагрузках практически не работает и двигатель автоматически переходит на режим работы без наддува. Малые порции сгорающего топлива и большой избыток воздуха снижают температуру в камере сгорания.
Из-за низких температур цикла процесс сгорания топлива протекает вяло, медленно, часть топлива не успевает сгореть и стекает по стенкам цилиндра в картер или уносится с отработавшими газами в выпускную систему.
Ухудшению сгорания топлива способствует также плохое смесеобразование топлива с воздухом, обусловленное снижением давления впрыска топлива при падении нагрузки и снижении частоты вращения. Неравномерный и нестабильный впрыск топлива, а также низкие температуры в цилиндрах вызывают неустойчивую работу двигателя, нередко сопровождающуюся пропусками вспышек и повышенным дымлением.
Нагарообразование протекает особенно интенсивно при использовании в двигателях тяжелых топлив. При работе на малых нагрузках из-за плохого распыливания и относительно низких температур в цилиндре капли тяжелого топлива полностью не выгорают. При нагревании капли легкие фракции постепенно испаряются и сгорают, а в ее ядре остаются исключительно тяжелые высококипящие фракции, основу которых составляют ароматические углеводороды, обладающие наиболее прочной связью между атомами. Поэтому окисление их приводит к образованию промежуточных продуктов - асфальтенов и смол, обладающих высокой липкостью и способных прочно удерживаться на металлических поверхностях.
В силу изложенных обстоятельств при длительной работе двигателей на режимах малых оборотов и нагрузок происходит интенсивное загрязнение цилиндров и особенно выпускного тракта продуктами неполного сгорания топлива и масла. Выпускные каналы крышек рабочих цилиндров и выпускные патрубки покрываются плотным слоем асфальто-смолистых веществ и кокса, нередко на 50-70% уменьшающих их проходное сечение. В выпускной трубе толщина слоя нагара достигает 10- 20мм. Эти отложения при повышении нагрузки на двигатель периодически воспламеняются, вызывая в выпускной системе пожар. Все маслянистые отложения выгорают, а образующиеся при сгорании сухие углекислые вещества выдуваются в атмосферу.
Формулировки второго закона термодинамики.
Для существования теплового двигателя необходимы 2 источника – горячий источник и холодный источник(окружающая среда). Если тепловой двигатель работает только от одного источника то он называется вечным двигателем 2-го рода.
1 формулировка (Оствальда):
"Вечный двигатель 2-го рода невозможен".
Вечный двигатель 1-го рода это тепловой двигатель, у которого L>Q1, где Q1 - подведенная теплота. Первый закон термодинамики "позволяет" возможность создать тепловой двигатель полностью превращающий подведенную теплоту Q1в работу L, т.е. L = Q1. Второй закон накладывает более жесткие ограничения и утверждает, что работа должна быть меньше подведенной теплоты (L
"Теплота не может самопроизвольно переходит от более холодного тела к более нагретому".
Для работы теплового двигателя необходимы 2 источника – горячий и холодный. 3-я формулировка (Карно):
"Там где есть разница температур, возможно совершение работы".
Все эти формулировки взаимосвязаны, из одной формулировки можно получить другую.
Индикаторный КПД зависит от: степени сжатия, коэффициента избытка воздуха, конструкции камеры сгорания, угла опережения, частоты вращения, продолжительности впрыскивания топлива, качества распыливания и смесеобразования.
Повышение индикаторного КПД (за счет совершенствования процесса сгорания и сокращения потерь теплоты топлива в процессах сжатия и расширения)
????????????????????????????????????
Для современных двигателей характерен высокий уровень тепловой напряженности ЦПГ, обусловленный форсировкой их рабочего процесса. Это требует технически грамотного ухода за системой охлаждения. Необходимый теплоотвод от нагретых поверхностей двигателя можно достигнуть либо увеличением разности тем-р воды Т = Т в.вых - Т в.вх, либо увеличением ее расхода. Большинство дизелестроительных фирм рекомендуют для МОД Т = 5 – 7 гр.С, для СОД и ВОД т = 10 – 20 гр.С. Ограничение перепада тем-р воды вызвано стремлением сохранить минимальные температурные напряжения цилиндров и втулок по их высоте. Интенсификация теплоотдачи осуществляется благодаря большим скоростям движения воды.
При охлаждении забортной водой максимальная тем-ра 50 гр.С. Лишь замкнутые системы охлаждения позволяют использовать преимущества высокотемпературного охлаждения. При повышении тем-ры охл. воды уменьшаются потери на трение в поршневой группе и несколько увеличивается эфф. мощность и экономичность двигателя, при увеличении Тв температурный градиент по толщине втулки уменьшается, снижаются и тепловые напряжения. При уменьшении тем-ры охл. воды усиливается химическая коррозия из-за конденсации на цилиндре серной кислоты, особенно при сжигании сернистых топлив. Однако, есть ограничение тем-ры воды по причине ограничения тем-ры зеркала цилиндра (180 гр. С) и ее дальнейшее повышение может привести к нарушению прочности масляной пленки, ее исчезновению и появлению сухого трения. Поэтому большинство фирм ограничивают тем-ру пределами 50 -60 гр. С и лишь при сжигании высокосернистых топлив допускается 70 -75 гр. С.
Коэффициент теплопередачи - единица, которая обозначает прохождение теплового потока мощностью 1 Вт сквозь элемент строительной конструкции площадью 1 м2 при разнице температур наружного воздуха и внутреннего в 1 Кельвин Вт/(м2К).
Определение коэффициента теплопередачи звучит следующим образом: потеря энергии квадратным метром поверхности при разности температур внешней и внутренней. Это определение влечет за собой взаимосвязь ватт, квадратных метров и Кельвина W/(m2·K).
Для расчёта теплообменных аппаратов широко используют кинетическое уравнение, которое выражает связь между тепловым потоком Q и поверхностью F теплопередачи, называемого основным уравнением теплопередачи: Q = KF∆tсрτ, где К – кинетический коэффициент (коэффициент теплопередачи, характеризующий скорость передачи теплоты; ∆tср – средняя движущая сила или средняя разность температур между теплоносителями (средний температурный напор) по поверхности теплопередачи; τ – время.
Наибольшую трудность вызывает расчёт коэффициента теплопередачи К , характеризующего скорость процесса теплопередачи с участием всех трёх видов переноса тепла. Физический смысл коэффициента теплопередачи вытекает из уравнения () ; его размерность:
На рис. 244 OB = R - радиус кривошипа и AB=L - длина шатуна. Обозначим отношение L0 = L/ R- называется относительной длиной шатуна, для судовых дизелей находится в пределах 3.5-4.5.
однако в теории КШМ ИСПОЛЬЗУЮТ ОБРАТНУЮ ВЕЛИЧИНУ λ= R / L
Расстояние между осью поршневого пальца и осью вала при повороте его на угол а
АО = AD +DО= LcosB + Rcosa
Когда поршень находится в в. м. т., то это расстояние равно L+R.
Следовательно, путь, пройденный поршнем при повороте кривошипа на угол а, будет равенx=L+R-AO.
Путем математических вычислений получим формулу пути поршня
Х = R { 1- cosa +1/ λ(1-cosB) } (1)
Средняя скорость поршня Vm наряду с частотой вращения является показателем скоростного режима двигателя. Она определяется по формуле Vm = Sn/30, где S - ход поршня, м; п - частота вращения, мин-1. Считают, что для МОД vm = 4-6 м/с, для СОД vm = 6s-9 м/с и для ВОД vm > 9 м/с. Чем выше vm, тем больше динамические напряжения в деталях двигателя и тем больше вероятность их изнашивания - в первую очередь цилиндропоршневой группы (ЦПГ). В настоящее время параметр vm достиг определенного предела (15-18,5 м/с), обусловленного прочностью материалов, применяемых в двигателестроении, тем более, что динамическая напряженность ЦПГ пропорциональна квадрату значения vm. Так, при увеличении vm в 3 раза напряжения в деталях возрастут в 9 раз, что потребует соответствующего усиления прочностных характеристик материалов, применяемых для изготовления деталей ЦПГ.
Средняя скорость поршня всегда указывается в заводском паспорте (сертификате) двигателя.
Истинная скорость поршня, т. е. скорость его в данный момент (в м/сек), определяется как первая производная пути по времени. Подставим в формулу (2)a= ω t, где ω- частота вращения вала в рад/сек, t- время в сек. После математических преобразований получим формулу скорости поршня:
C=Rω(sina+0.5λsin2a) (3)
где R - радиус кривошипа вм\
ω - угловая частота вращения коленчатого вала в рад/сек;
а - угол поворота коленчатого вала вград;
λ= R / L-отношение радиуса кривошипа к длине шатуна;
Со - окружная скорость центра, кривошипной шейки вм/сек;
L - длина шатуна вм.
При бесконечной длине шатуна (L=∞ и λ =0) скорость поршня равна
Продифференцировав аналогичным образом формулу (1) получим
С= Rω sin (a +B) / cosB (4)
Значения функции sin(a+B) берут из таблиц приводимых в справочниках и пособиях взависимости отaиλ.
Очевидно, что максимальное значение скорости поршня при L=∞ будет приа=90° и а=270°:
Cмакс= Rω sin a.. Так как Со= πRn/30 иCm=Sn/30=2Rn/30=Rn/15 то
Co/Cm= πRn15/Rn30=π/2=1,57 откуда Co=1,57 Cm
Следовательно, и максимальная скорость поршня будет равна. Смакс = 1,57 Ст.
Представим уравнение скорости в виде
С = Rωsin a +1/2λ Rωsin2a.
Графически оба члена правой части этого уравнения будут изображаться синусоидами. Первый член Rωsin a , представляющий скорость поршня при бесконечной длине шатуна, изобразится синусоидой первого порядка, а второй член1/2λ Rωsin2a-поправка на влияние конечной длины шатуна - синусоидой второго порядка.
построив указанные синусоиды и сложив их алгебраически, получим график скорости с учетом косвенного влияния шатуна.
На рис. 247 изображены: 1 - криваяRωsin a,
2 - кривая1/2λ Rωsin2a
3 - криваяС.
Под эксплуатационными свойствами понимают объективные особенности топлива, которые проявляются в процессе применения его в двигателе или агрегате. Процесс сгорания является главнейшим и определяющим его эксплуатационные свойства. Процессу сгорания топлива, безусловно, предшествуют процессы его испарения, воспламенения и многие другие. Характер поведения топлива в каждом из этих процессов и составляет суть основных эксплуатационных свойств топлив. В настоящее время оценивают следующие эксплуатационные свойства топлив.
Испаряемость характеризует способность топлива переходить из жидкого состояния в парообразное. Это свойство формируется из таких показателей качества топлива, как фракционный состав, давление насыщенных паров при различных температурах, поверхностное натяжение и другие. Испаряемость имеет важное значение при подборе топлива и во многом определяет технико-экономические и эксплуатационные характеристики двигателей.
Воспламеняемость характеризует особенности процесса воспламенения смесей паров топлива с воздухом. Оценка этого свойства базируется на таких показателях качества, как температурные и концентрационные пределы воспламенения, температуры вспышки и самовоспламенения и др. Показатель воспламеняемости топлива имеет такое же значение, как и его горючесть; в дальнейшем эти два свойства рассматриваются совместно.
Горючесть определяет эффективность процесса горения топливовоздушных смесей в камерах сгорания двигателей и топочных устройствах.
Прокачиваемость характеризует поведение топлива при перекачке его по трубопроводам и топливным системам, а также при его фильтровании. Это свойство определяет бесперебойность подачи топлива в двигатель при разных температурах эксплуатации. Прокачиваемость топлив оценивают вязкостно-температурными свойствами, температурами помутнения и застывания, предельной температурой фильтруемости, содержанием воды, механических примесей и др.
Склонность к образованию отложений - это способность топлива образовывать отложения различного рода в камерах сгорания, в топливных системах, на впускных и выпускных клапанах. Оценка этого свойства базируется на таких показателях, как зольность, коксуемость, содержание смолистых веществ, непредельных углеводородов и т.д.
Коррозионная активность и совместимость с неметаллическими материалами характеризует способность топлива вызывать коррозионные поражения металлов, набухание, разрушение или изменение свойств резиновых уплотнений, герметиков и других материалов. Это эксплуатационное свойство предусматривает количественную оценку содержания в топливе коррозионно-активных веществ, испытание стойкости различных металлов, резин и герметиков при контакте с топливом.
Защитная способность - это способность топлива защищать от коррозии материалы двигателей и агрегатов при их контакте с агрессивной средой в присутствии топлива и в первую очередь способность топлива защищать металлы от электрохимической коррозии при попадании воды. Данное свойство оценивается специальными методами, предусматривающими воздействие обычной, морской и дождевой воды на металлы в присутствии топлива.
Противоизносные свойства характеризуют уменьшение изнашивания трущихся поверхностей в присутствии топлива. Эти свойства имеют важное значение для двигателей у которых топливные насосы и топливно-регулирующая аппаратура смазывается только самим топливом без использования смазочного материала (например, в плунжерном топливном насосе высокого давления). Свойство оценивается показателями вязкости и смазывающей способности.
Охлаждающая способность определяет возможность топлива поглащать и отводить тепло от нагретых поверхностей при использования топлива в качестве теплоносителя. Оценка свойств базируется на таких показателях качества, как теплоемкость и теплопроводность.
Стабильность характеризует сохраняемость показателей качества топлива при хранении и транспортировки. Это свойство оценивает физическую и химическую стабильность топлива и его склонность к биологическому поражению бактериями, грибками и плесенью. Уровень этого свойства позволяет установить гарантийный срок хранения топлива в различных климатических условиях.
Экологические свойства характеризуют воздействие топлива и продуктов его сгорания на человека и окружающую среду. Оценка этого свойства базируется на показателях токсичности топлива и продуктов его сгорания и пожаро- и взрывоопасности.
Бескрайние морские просторы бороздят послушные рукам и воле человека большие суда, приводимые в движение с помощью мощных двигателей, которые используют судовое топливо различных видов.
Транспортные суда могут использовать разные двигатели, однако большая часть этих плавучих сооружений оснащена дизелями. Топливо для судовых двигателей, применяемое в судовых дизелях, делят на два класса - дистиллятное и тяжелое
. К дистиллятному топливу относится дизельное летнее топливо, а также зарубежные топлива «Марин Дизел Ойл», «Газ Ойл» и другие. Оно имеет небольшую вязкость, поэтому не
требует при старте двигателя предварительного подогрева. Его используют в высокооборотных и среднеоборотных дизелях, а в отдельных случаях, и в малооборотных дизелях в режиме пуска. Иногда его применяют в качестве добавки к тяжелому топливу в случаях, когда необходимо понизить его вязкость. Тяжелые сорта
топлива отличаются от дистиллятных повышенной вязкостью, более высокой температурой застывания, наличием большего числа тяжелых фракции, большим содержанием золы, серы, механических примесей и воды. Цены на судовое топливо этого вида значительно ниже
.
Большая часть судов использует наиболее дешевое тяжелое дизельное топливо для судовых двигателей, или, мазут. Применение мазута продиктовано, прежде всего, по экономическим соображениям, потому что цены на судовое топливо, а также, общие расходы на перевозку грузов морским транспортом при использовании мазута значительно снижаются. В качестве примера можно отметить, что разница в стоимости мазута и других видов топлива, применяемых для судовых двигателей, составляет около двухсот евро за тонну .
Однако Правила морского судоходства предписывают в определенных режимах работы, например, при маневрировании, применять более дорогостоящее маловязкое судовое топливо, или, соляр. В некоторых морских акваториях, например, проливе Ла-Манш, из-за сложности в судовождении и необходимости соблюдения требований экологии использование мазута, в качестве основного топлива, вообще запрещено.
Выбор топлива во многом зависит от температуры, при которой оно будет использоваться. Нормальный запуск и плановая работа дизеля обеспечиваются в летний период при цетановом числе 40-45, в зимний период необходимо его увеличение до 50-55. У моторных топлив и мазутов цетановое число находится в пределах 30-35, у дизельных – 40-52.
Ts-диаграммы используются преимущественно в целях иллюстрации, поскольку в Pv-диаграмме площадь под кривой выражает работу, производимую чистым веществом в обратимом процессе, а в Ts-диаграмме площадь под кривой изображает для тех же условий полученное тепло.
Токсичными компонентами являются: оксид углерода СО, углеводороды СН, оксиды азота NOх, твердые частицы, бензол, толуол, полициклические ароматические углеводороды ПАУ, бензапирен, сажа и твердые частицы, свинец и сера.
В настоящее время нормы на выбросы вредных веществ судовыми дизелями устанавливает IMO, международная морская организация. Этим стандартам должны удовлетворять все выпускаемые в настоящее время судовые дизели.
Основными составляющими, опасными для человека, в выхлопных газах являются: NOx, СO, CnHm.
Ряд способов, например, прямой впрыск воды, могут быть реализованы только на этапе проектирования и изготовления двигателя и его систем. Для уже существующего модельного ряда двигателей эти способы неприемлемы или требуют существенных затрат на модернизацию двигателя, замену его агрегатов и систем. В ситуации, когда необходимо существенное снижение оксидов азота без переоборудования серийных дизелей – а здесь именно такой случай, наиболее эффективным способом является применение трехкомпонентного каталитического нейтрализатора. Применение нейтрализатора оправдано в тех районах, где существуют высокие требования по выбросам NOx, например в крупных городах.
Таким образом, основные направления по снижению вредных выбросов ОГ дизелей можно подразделить на две группы:
1)-совершенствование конструкции и систем двигателя ;
2)-способы не требующие модернизации двигателя: применение каталитических нейтрализаторов и других средств очистки ОГ, улучшение состава топлива, применение альтернативных топлив.
Кондиционера
Заправка кондиционера фреоном может осуществляться несколькими способами, каждый из них имеет свои преимущества, недостатки и точность.
Выбор метода заправки кондиционеров зависит от уровня профессионализма мастера, необходимой точности и используемых инструментов.
Также необходимо помнить о том что не все хладагенты можно дозаправлять, а лишь однокомпонентные (R22) или условно изотропные (R410a).
Многокомпонентные фреоны состоят из смеси газов с различными физическими свойствами, которые при утечке улетучиваются неравномерно и даже при небольшой утечке их состав изменяется, поэтому системы на таких хладагентах необходимо полностью перезаправлять.
Каждый кондиционер заправлен на заводе определённым количеством хладагента, масса которого указана в документации на кондиционер (также указана на шильдике), там же указана информация о количестве фреона которое надо добавить дополнительно на каждый метр фреоновой трассы (обычно 5-15 гр.)
При заправке этим методом необходимо полностью освободить холодильный контур от оставшегося фреона (в баллон или стравть в атмосферу,экологии это нисколько не вредит- об этом читайте в статье о влиянии фреона на климат)и отвакуумировать. После залить в систему указанное количество хладагента по весам или с помощью заправочного цилиндра.
Преимущества этого метода в высокой точности и достаточной простоте процесса заправки кондиционера. К недостаткам относятся необходимость эвакуации фреона и вакуумирования контура, а заправочный цилиндр, к тому же имеет ограниченный объём 2 или 4 килограмма и большие габариты, что позволяет использовать его в основном в стационарных условиях.
Температура переохлаждения – это разница между температурой конденсации фреона определённой по таблице или шкале манометра (определяется по давлению считанному с манометра, подсоединённого к магистрали высокого давления непосредственно на шкале или по таблице) и температурой на выходе из конденсатора. Температура переохлаждения обычно должна находится в пределах 10-12 0 C (точное значение указывают производители)
Значение переохлаждения ниже данных значений указывает на недостаток фреона- он не успевает достаточно охладиться. В этом случае его надо дозаправить
Если переохлаждение выше указанного диапазона, значит в системе переизбыток фреона и его необходимо слить до достижения оптимальных значений переохлаждения.
Заправить данным способом можно с помощью специальных приборов, которые сразу определяют величину переохлаждения и давление конденсации, а можно и с помощью отдельных приборов- манометрического коллектора и термометра.
К достоинствам этого метода относится достаточная точность заправки. Но на точность данного метода влияет загрязнённость теплообменника, поэтому до заправки данным методом необходимо очистить (промыть) конденсатор наружного блока.
Перегрев- это разница между температурой испарения хладагента определённой по давлению насыщения в холодильном контуре и температурой после испарителя. Практически определяется путём измерения давления на всасывающем вентиле кондиционера и температуры всасывающей трубки на расстоянии 15-20 см от компрессора.
Перегрев обычно находится в пределе 5-7 0 C (точное значение указывает производитель)
Снижение перегрева говорит о переизбытке фреона - его необходимо слить.
Переохлаждение выше нормы говорит о недостатке хладагента- систему нужно заправлять до достижения требуемой величины перегрева.
Данный метод достаточно точен и его можно существенно упростить, если использовать специальные приборы.
Если в системе есть смотровое окошко, то по наличию пузырьков можно судить о нехватке фреона. В этом случае заправляют холодильный контур до исчезновения потока пузырьков, делать это нужно порциями, после каждой ждать стабилизации давления и отсутствия пузырьков.
Также можно заправлять по давлению, добиваясь при этом температур конденсации и испарения указанных производителем. Точность этого метода зависит от чистоты конденсатора и испарителя.
Напомним, что VRF-системы (Variable Refrigerant Flow — системы с переменным расходом хладагента), являются сегодня самым динамично развивающимся классом систем кондиционирования воздуха. Мировой рост продаж систем класса VRF ежегодно увеличивается на 20-25 %, вытесняя с рынка конкурирующие варианты кондиционирования. Благодаря чему происходит этот рост?
Во-первых, благодаря широким возможностям систем Variable Refrigerant Flow: большой выбор наружных блоков — от мини-VRF до больших комбинаторных систем. Огромный выбор внутренних блоков. Длины трубопроводов — до 1000 м (рис. 1).
Во-вторых, благодаря высокой энергоэффективности систем. Инверторный привод компрессора, отсутствие промежуточных теплообменников (в отличие от водяных систем), индивидуальный расход хладагента — всё это обеспечивает минимальное энергопотребление.
В-третьих, положительную роль играет модульность конструкции. Нужная производительность системы набирается из отдельных модулей, что без сомнения очень удобно и повышает общую надёжность в целом.
Именно поэтому сегодня VRF-системы занимают как минимум 40 % мирового рынка систем центрального кондиционирования и эта доля с каждым годом растёт.
Какая максимальная длина фреоновых трубопроводов может быть у сплит-системы кондиционирования? Для бытовых систем производительностью до 7 кВт холода она составляет 30 м. Для полупромышленного оборудования эта цифра может достигать 75 м (инверторный наружный блок). Для сплит-систем данное значение максимально, но для систем класса VRF максимальная длина трубопроводов (эквивалентная) может быть и значительно большей — до 190 м (суммарная — до 1000 м).
Очевидно, что VRF-системы принципиально отличаются от сплит-систем с точки зрения фреонового контура, и это позволяет им работать при больших длинах трубопроводов. Это отличие заключается в наличии специального устройства в наружном блоке, которое называется переохладитель хладагента или subcooler (рис. 2).
Прежде чем рассмотреть особенности работы систем VRF, давайте обратим внимание на схему фреонового контура сплит-систем и поймём, что происходит с хладагентом при больших длинах фреоновых трубопроводов.
На рис. 3 изображён классический цикл фреона в контуре кондиционера в осях «давление-энтальпия». Причём это цикл для любых сплит-систем на фреоне R410a, то есть от производительности кондиционера или марки вид данной диаграммы не зависит.
Начнём с точки D, с начальными параметрами в которой (температура 75 °C, давление 27,2 бара) фреон попадает в конденсатор наружного блока. Фреон в данный момент — это перегретый газ, который сначала остывает до температуры насыщения (около 45 °C), затем начинает конденсироваться и в точке А полностью переходит из состояния газа в жидкость. Далее происходит переохлаждение жидкости до точки А (температура 40 °C). Считается, что оптимальная величина переохлаждения равна 5 °C.
После теплообменника наружного блока хладагент поступает на устройство дросселирования в наружном блоке — терморегулирующий вентиль либо капиллярную трубку, и его параметры меняются до точки B (температура 5 °C, давление 9,3 бара). Обратим внимание, что точка В находится в зоне смеси жидкости и газа (рис. 3). Следовательно, после дросселирования в жидкостный трубопровод поступает именно смесь жидкости и газа. Чем больше величина переохлаждения фреона в конденсаторе, тем больше доля жидкого фреона поступает во внутренний блок, тем выше КПД кондиционера.
На рис. 3 обозначены следующие процессы: В-С — процесс кипения фреона во внутреннем блоке с постоянной температурой около 5 °C; С-С — перегрев фреона до +10 °C; С -L — процесс всасывания хладагента в компрессор (происходят потери давления в газовом трубопроводе и элементах фреонового контура от теплообменника внутреннего блока до компрессора); L-M — процесс сжатия газообразного фреона в компрессоре с повышением давления и температуры; М-D — процесс нагнетания газообразного хладагента от компрессора до конденсатора.
Потери давления в системе зависят от скорости фреона V и гидравлической характеристики сети:
Что будет происходить с кондиционером при увеличении гидравлической характеристики сети (вследствие повышенной длины или большого количества местных сопротивлений)? Повышенные потери давления в газовом трубопроводе приведут к падению давления на входе в компрессор. Компрессор начнёт захватывать хладагент меньшего давления и, значит, меньшей плотности. Расход хладагента упадёт. На выходе компрессор будет выдавать меньшее давление и, соответственно, упадёт температура конденсации. Пониженная температура конденсации приведёт к пониженной температуре испарения и обмерзанию газового трубопровода.
Если повышенные потери давления будут происходить на жидкостном трубопроводе, то процесс даже более интересный: так как мы выяснили, что в жидкостном трубопроводе фреон находится в насыщенном состоянии, а точнее, в виде смеси жидкости и пузырьков газа, то любые потери давления будут приводить к небольшому вскипанию хладагента и увеличению доли газа.
Последнее повлечёт за собой резкое увеличение объёма парогазовой смеси и увеличению скорости движения по жидкостному трубопроводу. Повышенная скорость движения снова вызовет дополнительную потерю давления, процесс станет «лавинообразным».
На рис. 4 приведён условный график удельных потерь давления в зависимости от скорости движения хладагента в трубопроводе.
Если, например, потери давления при длине трубопроводов 15 м составляют 400 Па, то при увеличении длины трубопроводов в два раза (до 30 м) потери увеличиваются не в два раза (до 800 Па), а в семь раз — до 2800 Па.
Поэтому простое увеличение длины трубопроводов в два раза относительно стандартных длин для сплит-системы с On-Off-компрессором фатально. Расход хладагента упадёт в несколько раз, компрессор будет перегреваться и очень скоро выйдет из строя.
На рис. 5 схематично изображён принцип работы переохладителя хладагента. На рис. 6 изображён тот же холодильный цикл на диаграмме «давление-энтальпия». Рассмотрим подробно, что же у нас происходит с хладагентом при работе системы Variable Refrigerant Flow.
1-2: Жидкий хладагент после конденсатора в точке 1 делится на два потока. Бóльшая часть проходит через противоточный теплообменник. В нём происходит охлаждение основной части хладагента до +15…+25 °C (в зависимости от его эффективности), которая далее поступает в жидкостный трубопровод (точка 2).
1-5: Вторая часть потока жидкого хладагента из точки 1 проходит через ТРВ, его температура понижается до +5 °C (точка 5), поступает на тот же противоточный теплообменник. В последнем происходит его кипение и охлаждение основной части хладагента. После кипения газообразный фреон сразу поступает на всасывание компрессора (точка 7).
2-3: На выходе из наружного блока (точка 2) жидкий хладагент проходит через трубопроводы к внутренним блокам. При этом теплообмена с окружающей средой практически не происходит, а вот часть давления теряется (точка 3). У некоторых производителей дросселирование производится частично в наружном блоке системы VRF, поэтому давление в точке 2 меньше, чем на нашем графике.
3-4: Потери давления хладагента в электронном регулирующем вентиле (ЭРВ), который располагается перед каждым внутренним блоком.
4-6: Испарение хладагента во внутреннем блоке.
6-7: Потери давления хладагента при его возврате в наружный блок по газовому трубопроводу.
7-8: Сжатие газообразного хладагента в компрессоре.
8-1: Охлаждение хладагента в теплообменнике наружного блока и его конденсация.
Рассмотрим подробнее участок от точки 1 до точки 5. В системах VRF без переохладителя хладагента процесс из точки 1 сразу переходит в точку 5 (по синей линии рис. 6). Удельная величина производительности хладагента (поступающего к внутренним блокам) пропорциональна длине линии 5-6. В системах, где переохладитель присутствует, полезная производительность хладагента пропорциональна линии 4-6. Сравнивая длины линии 5-6 и 4-6, становится понятной работа переохладителя фреона. Повышение эффективности охлаждения циркулирующего хладагента происходит как минимум на 25 %. Но это не означает, что производительность всей системы стала больше на 25 %. Дело в том, что часть хладагента не поступила к внутренним блокам, а сразу ушла на всасывание компрессора (линия 1-5-6).
Именно в этом состоит баланс: на какую величину повысилась производительность фреона, поступающего к внутренним блокам, на столько же уменьшилась производительность системы в целом.
Так в чём тогда смысл применения переохладителя хладагента, если общую производительность системы VRF он не увеличивает? Чтобы ответить на этот вопрос, снова вернёмся к рис. 1. Смысл применения переохладителя — снижение потерь на длинных трассах систем Variable Refrigerant Flow.
Дело в том, что все характеристики VRFсистем приводятся при стандартной длине трубопроводов 7,5 м. То есть сравнивать VRF-системы разных производителей по данным каталога не совсем корректно, поскольку реальные длины трубопроводов будут гораздо больше — как правило, от 40 до 150 м. Чем больше отличается длина трубопровода от стандартной, тем больше потери давления в системе, тем больше происходит вскипание хладагента в жидкостных трубопроводах. Потери производительности наружного блока по длине приводятся на специальных графиках в сервис-мануалах (рис. 7). Именно по этим графикам необходимо сравнивать эффективность работы систем при наличии переохладителя хладагента и при его отсутствии. Потери производительности VRF-систем без переохладителя на длинных трассах составляют до 30 %.
1. Переохладитель хладагента является важнейшим элементом для работы VRF систем. Его функциями являются, во-первых, увеличение энергетической ёмкости хладагента, поступающего к внутренним блокам, во-вторых, уменьшение потерь давления в системе на длинных трассах.
2. Не все производители систем VRF снабжают свои системы переохладителем хладагента. Особенно часто исключают переохладитель ОЕМ-бренды для удешевления конструкции.
19.10.2015
Степень переохлаждения жидкости, получаемой на выходе конденсатора, является важным показателем, который характеризует стабильную работу холодильного контура. Переохлаждением называют температурную разность между жидкостью и конденсацией при данном давлении.
При нормальном атмосферном давлении, конденсация воды имеет температурный показатель 100 градусов по Цельсию. Согласно законам физики, вода, которая 20 градусов, считается переохлажденной на 80 градусов по Цельсию.
Переохлаждение на выходе из теплообменника изменяется как разность между температурной жидкости и конденсации. Исходя из рисунка 2.5, переохлаждение будет равно 6 К или 38-32.
В конденсаторах с воздушным охлаждением показатель переохлаждения должен быть от 4 до 7 К. В случае если он имеет иную величину, то это говорит о нестабильной работе.
Взаимодействие конденсатора и вентилятора: перепад температур воздуха.
Нагнетаемый воздух вентилятором имеет показатель 25 градусов по Цельсию (рисунок 2.3). Он забирает тепло у фреона, за счет чего его температура меняется до 31 градуса.
На рисунке 2.4 изображено более детальное изменение:
Tae - температурная отметка воздуха, подаваемого в конденсатор;
Tas – воздух с новой температурой конденсатора после охлаждения;
Tk –с манометра показания о температуре конденсации;
Δθ – разность температурных показателей.
Вычисление температурного перепада в конденсаторе с воздушным охлаждением происходит по формуле:
Δθ =(tas — tae), где К имеет пределы 5–10 К. На графике это значение равно 6 К.
Разница перепада температур в точке D, то есть на выходе из конденсатора, в данном случае равняется 7 К, так как находиться в том же пределе. Температурный напор составляет 10-20 К, на рисунке это (tk- tae). Чаще всего значение данного показателя останавливается на отметке в 15 К, но в этом примере – 13 К.
Под переохлаждением конденсата понимают понижение температуры конденсата против температуры насыщенного пара, поступающего в конденсатор. Выше отмечалось, что величина переохлаждения конденсата определяется разностью температур t н -t к .
Переохлаждение конденсата приводит к заметному снижению экономичности установки, так как с переохлаждением конденсата увеличивается количество тепла, передаваемое в конденсаторе охлаждающей воде. Увеличение переохлаждения конденсата на 1°С вызывает перерасход топлива в установках без регенеративного подогрева питательной воды на 0,5%. При регенеративном подогреве питательной воды перерасход топлива в установке получается несколько меньший. В современных установках при наличии конденсаторов регенеративного типа переохлаждение конденсата при нормальных условиях работы конденсационной установки не превышает 0,5-1°С. Переохлаждение конденсата вызывается следующими причинами:
а) нарушением воздушной плотности вакуумной системы и повышенными присосами воздуха;
б) высоким уровнем конденсата в конденсаторе;
в) излишним расходом охлаждающей воды через конденсатор;
г) конструктивными недостатками конденсатора.
Увеличение содержания воздуха в паровоздушной
смеси приводит к увеличению парциального давления воздуха и соответственно к снижению парциального давления водяных паров по отношению к полному давлению смеси. Вследствие этого температура насыщенных водяных паров, а следовательно, и температура конденсата будет ниже, чем было до увеличения содержания воздуха. Таким образом, одним из важных мероприятий, направленных на снижение переохлаждения конденсата, является обеспечение хорошей воздушной плотности вакуумной системы турбоустановки.
При значительном повышении уровня конденсата в конденсаторе может получиться такое явление, что нижние ряды охлаждающих трубок будут омываться конденсатом, вследствие чего конденсат будет переохлаждаться. Поэтому надо следить за тем, чтобы уровень конденсата был всегда ниже нижнего ряда охлаждающих трубок. Лучшим средством предупреждения недопустимого повышения уровня конденсата является устройство автоматического регулирования его в конденсаторе.
Излишний расход воды через конденсатор, особенно при низкой ее температуре, будет приводить к увеличению вакуума в конденсаторе вследствие уменьшения парциального давлении водяных паров. Поэтому расход охлаждающей воды через конденсатор необходимо регулировать в зависимости от паровой нагрузки на конденсатор и от температуры охлаждающей воды. При правильной регулировке расхода охлаждающей воды в конденсаторе будет поддерживаться экономический вакуум и переохлаждение конденсата не будет выходить за минимальное значение для данного конденсатора.
Переохлаждение конденсата может происходить вследствие конструктивных недостатков конденсатора. В некоторых конструкциях конденсаторов в результате тесного расположения охлаждающих трубок и неудачной разбивки их по трубным доскам создается большое паровое сопротивление, достигающее в отдельных случаях 15-18 мм рт. ст. Большое паровое сопротивление конденсатора приводит к значительному снижению давления над уровнем конденсата. Уменьшение давления смеси над уровнем конденсата происходит за счет уменьшения парциального давления водяных паров. Таким образом, температура конденсата получается значительно ниже температуры насыщенного пара, поступающего в конденсатор. В таких случаях для уменьшения переохлаждения конденсата необходимо идти на конструктивные переделки, а именно на удаление некоторой части охлаждающих трубок с целью устройства в трубном пучке коридоров и снижения парового сопротивления конденсатора.
Следует иметь в виду, что удаление части охлаждающих трубок и уменьшение вследствие этого поверхности охлаждения конденсатора приводит к увеличению удельной нагрузки конденсатора. Однако увеличение удельной паровой нагрузки обычно бывает вполне приемлемым, так как конденсаторы старых конструкций имеют сравнительно низкую удельную паровую нагрузку.
Мы рассмотрели основные вопросы эксплуатации оборудования конденсационной установки паровой турбины. Из сказанного следует, что главное внимание при эксплуатации конденсационной установки должно быть обращено па поддержание экономического вакуума в конденсаторе и на обеспечение минимального переохлаждения конденсата. Эти два параметра в значительной степени влияют па экономичность турбоустановки. С этой целью необходимо поддерживать хорошую воздушную плотность вакуумной системы турбоустановки, обеспечивать нормальную работу воздухоудаляющих устройств, циркуляционных и конденсатных насосов, поддерживать трубки конденсатора чистыми, следить за водяной плотностью конденсатора, недопускать повышения присосов сырой воды, обеспечивать нормальную работу охлаждающих устройств. Имеющиеся на установке контрольно-измерительные приборы, автоматические регуляторы, сигнализирующие и регулирующие устройства позволяют обслуживающему персоналу вести наблюдение за состоянием оборудования и за режимом работы установки и поддерживать такие режимы работы, при которых обеспечивается высокоэкономичная и надежная эксплуатация установки.
