холодильных установок с компрессорами
advertisement
Промышленный и торговый холод / Инновации Повышение эффективности холодильных установок с компрессорами «Битцер»* Д.В.КОРНИВЕЦ, представитель БИТЦЕР СНГ в СанктПетербурге Переохлаждение в установках с винтовыми компрессорами «Битцер» Благодаря конструкционным особенностям винтовых комп рессоров холодильные установки на их базе наиболее приспособ лены для применения переох лаждения. Давление нагнетае мых паров хладагента возрастает вдоль винтовой пары по направ лению от всасывания к нагнета нию. В корпусе винтового комп рессора на боковой поверхности есть еще один специальный порт всасывания (ЭКОпорт, или порт экономайзера), располо женный в том месте по длине винтов, где достигается проме жуточное давление (рис. 9)** – аналогично системам с двухсту пенчатым сжатием. Это позволяет при применении одноступенчатых винтовых комп рессоров в холодильных установ ках (особенно низкотемператур ных с большим перепадом рабочих давлений) добиться значительно го повышения холодопроизводи тельности аналогично тому, как это осуществляется в установках с двухступенчатым сжатием и пере охлаждением. Схема установки с винтовым компрессором и экономайзером (рис. 10) аналогична схеме уста новки с поршневым двухступен чатым компрессором (см. «Холо дильная техника» № 8/2011). На жидкостном трубопроводе между ресивером и ТРВ испарителя ус * Продолжение. Начало см. «Холодильная техника» № 8/2011. ** Нумерация рисунков сквозная по всей статье. 22 танавливается теплообменник переохладитель, в котором жид кий хладагент переохлаждается кипящими в переохладителе хо лодными парами этого же хлад агента, расширенного специаль ным ТРВ. После переохладителя перегретые пары (рекомендуется перегрев на 7…10 К) поступают в порт про межуточного давления (порт экономайзера) в винтовом компрессо ре. Диаграмма циклов рассмотренной уста новки приведена на Рис. 9. ЭКО$порт в винтовом компрессоре рис. 11. Рис. 10. Схема холодильной установки на базе винтового компрессора с экономайзером: 1 – компрессор; 2 – конденсатор; 3 – переохладитель; 4 – ТРВ; 5 – испаритель Рис. 11. Диаграмма циклов холодильной установки на базе винтового компрессора с экономайзером (синий цикл) и на базе традиционного одноступенчатого винтового компрессора (красный цикл) № 10/2011 Промышленный и торговый холод / Инновации Расчет винтовых компрессо ров «Битцер» с экономайзером производится по программе подбора оборудования Bitzer Software. Основные параметры, используемые в расчетах, согла сованы со стандартом EN12900. Температура переохлажденного жидкого хладагента t cu должна быть на 10 К выше температуры кипения в переохладителе t ms. При расчетах по программе можно также ввести и индиви дуальные значения переохлаж дения, но при tcu – tms < 10 К обес печить стабильное переохлажде ние затруднительно. Более того, следует иметь в виду, что в реальных установках после конденсатора обязательно должно быть обеспечено переох лаждение, по крайней мере, на 2 К на входе в переохладитель, чтобы не допускать возможнос ти окончательного завершения в нем процесса конденсации. Применение схемы с эконо майзером позволяет не только увеличить холодопроизводитель ность винтового компрессора и всей установки, но и улучшить газодинамические процессы сжатия в самом компрессоре (рис. 12). При компоновке холодильной установки на базе винтовых ком прессоров с экономайзерами не обходимо учитывать следующие основные требования. 9 Переохладитель / промежу точный ресивер жидкого хлад агента желательно располагать на раме ниже компрессора, чтобы избежать обратного протока мас ла или жидкого хладагента в ком прессор во время его остановки. 9 Так как на переходных режи мах, а также в период работы компрессора с выключенным экономайзером некоторое коли чество масла может из винтовых профилей через ЭКОпорт по пасть в ЭКОпатрубок, для пре дотвращения попадания масла в переохладитель (и его внутренне го загрязнения) ЭКОпатрубок должен иметь колено, располо женное выше ЭКОпорта мини мум на 15...20 см и выполняющее функцию гидрозатвора (рис. 13). 9 Так как ЭКОпорт напрямую ведет к винтовым профилям, для защиты компрессора на ЭКО патрубке должен быть установ лен фильтр тонкой очистки (мак симальный размер ячейки филь трации 25 мкм). 9 Для изготовления непротя женных по длине ЭКОпатруб ков рекомендуется использовать трубы следующих диаметров: Марка компрессора OS. / HS. 53 OS. / HS. 64...74, а также CS. 65...75 OS. / HS. 85, а также CS. 85 CS. 95 Диаметр трубы 18 мм (3/4″) 22 мм (7/8″) 28 мм (1 1/8″) 35 мм (1 3/8″) Рис. 12. Диаграмма p–v процессов сжатия : 1 – сжатие в одноступенчатом винтовом компрессоре; 2 – сжатие в винтовом компрессоре с экономайзером (с большим перепадом рабочих давлений); 3 – давление в нагнетательном порту при идеальном сжатии; 4 – потери вследствие избыточного сжатия (пересжатие); 5 – потери вследствие недостаточного сжатия (недосжатие) в одной ступени без экономайзера; р1, р2, рi – давление всасывания, нагнетания и внутреннего сжатия соответственно 24 Рис. 13. Конфигурация ЭКО$патрубка Причем для полугерметичных и открытых винтовых компрес соров последних серий (OS. / HS. 85), а также для компактных вин товых компрессоров всех серий CS поставляются специальные ЭКОадаптеры с шумоглушите лями и запорными вентилями. Артикулы для специального за каза этих узлов указаны в соот ветствующих разделах руко водств по проектированию вин товых компрессоров «Битцер» SH110 и SH170. Кроме того, для компрессоров серий OS. / HS. 85 ЭКОадаптеры поставля ются с ЭКОпатрубком, имею щим высокое колено. В качестве переохладителей в подавляющем большинстве уста новок используются пластинча тые меднопаяные теплообмен ники. Но возможно применение и теплообменников других ти пов: пластинчатых разборных, змеевиковых, коаксиальных («труба в трубе») и др. В установках с винтовыми ком прессорами аналогично установ кам с двухступенчатыми поршне выми компрессорами возможно применение как индивидуальных переохладителей для каждого компрессора (рис. 14), так и одно го общего переохладителя для всех компрессоров (рис. 15). При проектировании много компрессорных централей с об щим переохладителем следует обязательно устанавливать на об щий для всех компрессоров отре зок трубопровода всасывания из переохладителя клапан–регуля тор давления «до себя» EPR (рис. 16, поз. 6). Он должен под держивать стабильное давление кипения в переохладителе и быть настроен на давление немного ниже давления кипения в переох № 10/2011 Рис. 14. Централь компании «Эйркул» с индивидуальными переохладителями для каждого компрессора ладителе, получаемого при пол ной нагрузке, т.е. при 100%ной производительности централи. При правильной настройке регу лятора обеспечивается стабиль ное поддержание постоянной температуры переохлаждения жидкого хладагента при различ ных нагрузках на централь. Более того, для стабильного функционирования общего пере охладителя при работе различно го числа компрессоров и/или при использовании в централи комп рессоров различной холодопроиз водительности необходимо прове сти корректный подбор терморе гулирующих вентилей, которые должны обеспечивать соответству ющую холодопроизводительность централи как при полной нагруз Рис. 15. Централь компании «АМО$Холод» с общим переохладителем ке, так и на всех ступенях ее регу лирования. Возможно примене ние как электронных, так и меха нических ТРВ (причем не одного, а нескольких). Например, в уста новке с тремя одинаковыми вин товыми компрессорами и одним общим переохладителем на ЭКО линии устанавливаются два меха нических ТРВ разной холодопро изводительности. Когда работает один компрессор, задействуется (через соленоид) меньший ТРВ, когда работают два компрессора – больший, при работе всех трех компрессоров – оба ТРВ. Включение экономайзера пос ле запуска винтового компрессо ра осуществляется либо реле дав ления, настроенным на давление, близкое к расчетному давлению Рис. 16. Схема установки с одним общим переохладителем: 1 – компрессоры; 2 – конденсатор; 3 – переохладитель; 4 – ТРВ; 5 – испаритель; 6 – регулятор давления № 10/2011 всасывания, либо реле времени через 1 мин после пуска компрес сора. За это время компрессор в нормально функционирующей установке должен выйти на рас четный режим работы. На включение экономайзера есть ограничения, связанные с ре гулированием производительнос ти винтовых компрессоров «Бит цер» серий OS. / HS. 53...64...74. При ступенчатом регулировании производительности компрессо ров этих типов регулирующие кла паны изменяют эквивалентную рабочую длину пары винтовых профилей. Так как ЭКОпорт этих компрессоров расположен в фик сированном месте камеры сжатия, включение экономайзера возмож но только тогда, когда рабочая длина профилей винтов захваты вает ЭКОпорт и обеспечивается устойчивое всасывание паров че рез него. Поэтому для компрессо ров серий OS. / HS. 64...74 эконо майзер может быть включен толь ко на ступенях регулирования про изводительности в диапазоне 75–100 % от номинальной, а у компрессоров серий OS. / HS. 53 – 100–90 %(85 %). У полугерметичных винтовых компрессоров серии OS. / HS. 85, а также у компактных компрес соров всех серий CS регулирова ние производительности осуще ствляется перемещающимся вдоль профилей винтов золотни 25 Промышленный и торговый холод / Инновации ком. ЭКОпорт у компрессоров этих серий установлен непосред ственно в этом золотнике, т. е. впрыск пара из экономайзера производится всегда в рабочую зону винтов. Это позволяет рас ширить диапазон работы при ча стичной нагрузке с использова нием экономайзера, повысить холодопроизводительность и эф фективность установки путем применения переохлаждения*. Теплообменникипереохлади тели, все участки ЭКОпатруб ков, а также жидкостные трубо проводы на участке от переохла дителя до ТРВ испарителей дол жны быть надежно теплоизолиро ваны. Это особенно важно для низкотемпературных установок, в которых жидкий хладагент пере охлаждается до значительных от рицательных температур. Плохая или поврежденная теплоизоля ция может свести на нет эффект переохлаждения. На рис. 17 приведен пример не квалифицированного монтажа * См. подробную информацию в руководствах по компрессорам «Битцер» SH100, SH110 и SH170. системы переохлаждения. На жидкостной линии переохлаж денного хладагента, идущей от переохладителя к испарителям, полностью отсутствует теплоизо ляция. Более того, теплоизоляция отсутствует также на самом пере охладителе и на идущем к комп рессору ЭКОпатрубке. В резуль тате температура жидкости перед испарителями, судя по всему, близка к температуре окружаю щей среды, но никак не к расчет ной температуре переохлаждения. Таким образом, вместо ожидае мого повышения холодопроизво дительности и эффективности работы установки можно будет констатировать их снижение. Квалифицированным монтаж никам холодильных компаний, производящих монтаж сложных холодильных установок большой холодопроизводительности с пе реохладителями, надо всегда иметь это в виду. Прежде всего необходимо использовать каче ственную специальную тепло изоляцию требуемой толщины. При проведении пусконаладоч ных работ должны контролиро Рис. 17. Плохая теплоизоляция ЭКО ваться на всех возможных ступе нях регулирования производи тельности установки все ее функ циональные параметры: давление и температура кипения в переох ладителе (peco и tms), температура конденсации tк и переохлажден ного хладагента tcu, перегрев паров в переохладителе (tcu – tms), факти ческое переохлаждение (tк – tcu), фактическая температура переох лажденного хладагента перед ТРВ испарителя, т.е. потери в линии переохлаждения. Окончание следует.
