ХОЛОДИЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
Простейшая холодильная установка (рис. 2.1, а) состоит из объекта охлаждения Об, испарителя И, расположенного в объекте, компрессора Км, конденсатора Кд и регулирующего вентиля РВ.
Пусть установка предназначается для поддержания в объекте температуры tв. При этом объект подвержен воздействию внешнего фактора - окружающей температуры tн. Как видно из схемы, режим работы установки характеризуется значительным числом термодинамических и конструктивных параметров: температурами хладагента в различных точках, температурой охлаждающей среды, расходами сред, размерами и параметрами теплопередающих поверхностей.
Для простоты следует условиться, что произведение kиFи = соnst для испарителя и температура конденсации tк = соnst. Оба эти условия легко реализуются на практике: первое - путем применения автоматических регулирующих вентилей, изменяющих расход хладагента Gа и обеспечивающих постоянное заполнение испарителя, второе - с помощью автоматического регулятора, который изменяет расход охлаждающей среды Gω и поддерживает tк приблизительно постоянной.
Рис. 2.1. Статические характеристики простейшей холодильной установки:
а - схема; б - построение совмещенных графиков
Тепловое состояние объекта в установившемся процессе описывается системой из трех уравнений:
Qоб = k0F0 (tн - tв); (2.1)
Qи = kиFи (tв – t0); (2.2)
Qкм = f (t0), (2.3)
где Qоб и Qи - количество теплоты, проходящей в единицу времени соответственно через ограждения объекта и теплопередающую поверхность испарителя; k0F0 - величина, характеризующая теплопередачу через ограждения объекта; kиFи - величина, характеризующая теплопередачу через испаритель; Qкм - холодопроизводительность компрессора.
Уравнение (2.3) представляет собой характеристику компрессора, получаемую обычно экспериментальным путем.
Замечено, что в установившемся состоянии Qоб = Qи = Qкм.
Следует выяснить, какие значения будет принимать температура tв при различных значениях tн и непрерывно работающем компрессоре. Для этого необходимо построить три совмещенных графика (рис. 2.1, б).
На графике I совмещают характеристики компрессора Qкм = f (t0) и испарителя Qи = f (t0) (последняя построена для трех значений температуры воздуха tв1 tв2, tв3). Точки I1, I2 и I3 являются рабочими для выбранных значений tв.
На графике II строят характеристику Qоб = f (tн) по уравнению (2.1) для тех же значений tв. Исходя из условия установившегося состояния Qоб = Qи = Qкм, можно утверждать, что точки II1, II2 и II3 также соответствуют тем же трем установившимся режимам. Соединив эти точки плавной кривой, получают статическую характеристику установки Qу = f (tн), которая позволяет определить фактическую тепловую нагрузку на объект при различных значениях наружной температуры tн.
График III является вспомогательным. Для значений tв1, tв2 и tв3 и нагрузок Q1, Q2 и Q3 найдены точки III1, III2 и III3, которые принадлежат статической характеристике установки в виде Qу = f (tв).
Пусть наружная температура равна tна. Необходимо определить соответствующие температуры в объекте и кипения, а также фактическую тепловую нагрузку. На графике II по величине tна находят рабочую точку IIа, которая соответствует нагрузке Qа, температурам в объекте tва (см. график III) и кипения tоа (см. график I). Если tн изменяется от tна до tнб, то tв лежит в пределах tва-tвб, t0 - в пределах tоа-tоб, а нагрузка - от Qa до Qб.
Из изложенного можно сделать следующие выводы. Холодильная установка представляет собой объект с самовыравниванием. Это означает, что каждому значению нагрузки, в данном случае внешней температуры, соответствует определенное установившееся состояние, характеризуемое некоторым набором параметров. При этом в достаточно широких пределах изменения нагрузки установка сохраняет работоспособность.
Если с точки зрения стоящих перед установкой задач изменения температуры, возникающие в объекте, являются допустимыми, то такая установка в принципе не требует регулирования.
Однако в большинстве случаев технологические процессы, использующие холодильные машины, предъявляют более или менее жесткие требования к поддержанию температуры охлаждаемой среды. Описанные выше статические характеристики позволяют оценить влияние нагрузки на выходную величину, в данном случае температуру воздуха в камере, и принять решение о необходимости регулирования (ручного или автоматического).
