Безнасосные системы непосредственного охлаждения

Безнасосные системы. Безнасосные системы характерны для подавляющего большинства холодильных установок малой и средней производительности (торговое холодильное оборудование, холодильный транспорт, бытовые холодильники и морозильники).
Используют безнасосные аммиачные системы и в холодильниках малой емкости.
Самую простую конструкцию имеет прямоточная система непосредственного охлаждения, применяемая в малых фреоновых машинах с автоматическим управлением. Испарители этих машин состоят из одной-двух небольших ребристых батарей. Жидкий фреон подают в батарею сверху, а снизу непосредственно в компрессор отводится пар.
Пары хладагента, образующиеся при его кипении в батареях, проходят через регенеративный теплообменник и поступают в компрессор. Компрессор их сжимает от давления кипенияр0 до давления конденсации рк и нагнетает в конденсатор 2*3 конденсаторе пар охлаждается и конденсируется (превращается в жидкость), передавая теплоту охлаждающей среде (воде или воздуху). Из конденсатора жидкий хладагент проходит через фильтр-осушитель и поступает в регенеративный теплообменник. Здесь жидкость переохлаждается, отдавая теплоту холодному пару, идущему из батарей. Переохлажденный жидкий хладагент после теплообменника подходит к автоматическим терморегулирующим вентилям (ТРВ), где дросселируется и при давлении Ро поступает в батареи.
  По такой схеме работает подавляющее большинство фреоновых установок. Автоматические терморегулирующие вентили регулируют заполнение батарей хладагентом в зависимости от величины перегрева пара на выходе из батарей.
Терморегулирующий вентиль подает фреон в батареи в количестве, успевающем испариться. На выходе из охлаждающих батарей автоматически устанавливается небольшой перегрев пара. В случае излишней подачи жидкости перегрева пара не будет. Тогда автоматически уменьшится подача, и в испарителе вновь образуется перегретый пар. При наличии перегрева интенсивность теплопередачи батарей снижается, так как уменьшаются коэффициент теплоотдачи со стороны хладагента и температурный напор. Более интенсивно батареи работают при омывании всей внутренней поверхности жидкостью. Но это сопряжено с влажным ходом компрессора, что опасно.
Во фреоновых холодильных машинах используют схемы с регенеративным теплообменником, что исключает «влажный ход» компрессора и, кроме того, повышает экономичность машины.
Аммиачные установки непосредственного охлаждения имеют обычно большую холодопроизводительность и разветвленную систему охлаждающих батарей. Прямоточную систему в этих установках не применяют, так как увеличивается опасность влажного хода компрессора (при большой емкости батарей и переменных тепловых нагрузках) и увеличивается расход труб (вследствие снижения интенсивности теплопередачи в батареях при работе с перегревом пара).
В аммиачных установках более распространена безнасосная система охлаждения с отделителем жидкости, питаемая от регулирующего вентиля под напором из конденсатора. При наличии отделителя жидкости можно улучшить питание батарей жидкостью, а вместе с тем избежать всасывания компрессором влажного или чрезмерно перегретого пара. Количество хладагента, подаваемого в отделитель жидкости, должно соответствовать тепловой нагрузке охлаждающих батарей. С изменением теплопритоков в камеру возникает необходимость соответственно увеличивать или уменьшать степень открывания регулирующего вентиля. Нельзя допускать переполнения отделителя жидкости, так как жидкость может проникнуть во всасывающий трубопровод, вызвать влажный ход компрессора и привести к гидравлическому удару.
В случае работы компрессора на одну камеру ручное регулирование подачи жидкости в испарительную систему через отделитель жидкости не вызывает особых затруднений.
Регулирование становится сложным при наличии нескольких охлаждаемых помещений с переменными нагрузками, особенно если они расположены на разных этажах. В этом случае отделитель жидкости располагают выше самой верхней батареи на 3.. .4 м. Для каждой батареи образуется свой контур циркуляции парожидкостной смеси. Батареи нижнего этажа находятся под большим напором, в них может поступить большее количество жидкости. Для равномерного распределения жидкости по этажам применяют регулировочные вентили, устанавливаемые на жидкостном распределительном коллекторе; вентиль верхнего этажа открывают полностью, остальные — частично. Перед каждой камерой в пределах одного и того же этажа устанавливают дополнительные вентили для регулирования подачи жидкости в батареи и отсоса пара. Степень открытия вентилей нередко приходится изменять вследствие переменной тепловой нагрузки охлаждаемых объектов. Установить, на сколько должны быть открыты вентили, можно было бы по перегреву пара при выходе из батарей. Но при ручном регулировании это затруднено из-за большого числа охлаждаемых камер, их отдаленности от машинного отделения и переменных тепловых нагрузок. Нормальное заполнение батарей, как правило, не достигается. Одни из них получают излишне большое количество жидкости, а другие — недостаточное.
Заполнение охлаждающих батарей зависит от тепловой нагрузки. При небольшой нагрузке образующийся пар проходит в батареях через жидкость в виде непрерывной цепочки мелких пузырьков и батареи почти полностью заполняются жидкостью. Если тепловая нагрузка на батареи возрастает (например, в морозильной камере под влиянием внесенных в нее теплых грузов), то парообразование в батарее усиливается и мелкие пузырьки пара сливаются в крупные, заполняющие все сечение трубы. Эти пузырьки перемещаются в направлении к отделителю жидкости, увлекая с собой образующийся излишек жидкости из батареи. Заполнение батареи уменьшается.
Если из батареи вытесняется много парожидкостной эмульсии, то может произойти переполнение отделителя; тогда парожидкостная смесь устремится во всасывающий трубопровод, вызывая влажный ход и гидравлические удары в компрессоре.
Для уменьшения опасности гидравлических ударов применяют переливные трубопроводы, по которым избыточная жидкость из отделителя отводится в дренажные ресиверы.
Особые меры предосторожности необходимо соблюдать при оттаивании инея с поверхности охлаждающих батарей. Перед оттаиванием жидкость из обогреваемых батарей сливают в дренажный ресивер, батареи отключают от остальной части испарительной системы. Затем направляют в батареи пар высокого давления, отбираемый после маслоотделителя. Пар конденсируется при давлении — 0,4...0,6 МПа (~ 4...6 кгс/см2), выделяя теплоту, под действием которой иней тает на поверхности батарей. Жидкий хладагент, образующийся в батарее, и смазочное масло отводят в дренажный ресивер. Вместимость ресивера должна быть не меньше вместимости самой большой батареи или группы одновременно обогреваемых батарей. В некоторых случаях отсутствуют дренажные ресиверы; тогда жидкость перепускают в другие батареи.
В системах непосредственного охлаждения с отделителем жидкости необходимо учитывать вредное влияние гидростатического давления столба жидкости на теплопередачу в батареях. Чем выше высота столба, под действием которого питаются батареи, тем выше температура кипения в нижних слоях жидкости. Влияние столба жидкости более значительно при низких температурах кипения.
Регулировочные вентили для равномерного распределения жидкости по этажам позволяют уменьшить вредное влияние гидростатического давления благодаря частичному дросселированию жидкости. Гидростатическое давление жидкости в самих батареях должно быть невелико.
Сложность регулирования равномерной подачи жидкого аммиака в батареи, опасность переполнения системы и возникновения гидравлических ударов в компрессорах, отрицательное влияние гидростатического давления столба жидкости на работу батарей (особенно при низких температурах кипения) — существенные недостатки безнасосных систем непосредственного охлаждения с отделителем жидкости. Кроме того, эти системы обладают большой аммиакоемкостью, особенно при использовании гладкотрубных батарей, что приводит к повышенному расходу аммиака, увеличивает опасность системы в эксплуатации и затрудняет автоматическое регулирование режима работы.