Безнасосная одноступенчатая холодильная установка

1.Введение

      Охлаждение  пищевых продуктов с целью  их сохранения было известно людям с незапамятных времен. Еще в древнем Египте хранили воду в глиняных неотожженных сосудах и благодаря испарению, вода всегда оставалась холодной. Для сохранения мясных туш первобытные люди использовали горные пещеры со снегом и льдом, а также глубокие ямы — погреба. Уже в XVII в. люди научились применять смесь водного льда и поваренной соли для получения температур ниже 0 С.

     Только  во второй половине XIX в. появились первые промышленные холодильные машины. Первая установка для замораживания  мяса была построена в Австралии в г.Сиднее в 1861 г. Первые крупные холодильники с машинным охлаждением были построены в Бостоне (США) и Лондоне в 1881г. Вагоны-ледники с ледяным охлаждением впервые появились в США в 1858г. а первое судно-рефрижератор с машинным охлаждением— в 1876г.

      В России первые холодильные машины начали работать в 1888г. на рыбных промыслах в Астрахани. В том же 1888г. появилась первая рефрижераторная баржа на Волге. В 1889г. были сооружены две машинные холодильные установки на пивоваренном заводе и шоколадной фабрике.

      Первые железнодорожные перевозки в вагонах-ледниках начались в 1860 г.

      В дореволюционной России холодильное  хозяйство было отсталым. Но уже  после гражданской войны стали (восстанавливать и реконструировать старые холодильники и началось строительство  новых в портовых городах и промышленных центрах: Ленинграде, Одессе, Севастополе, Новороссийске, Ростове-на-Дону, Баку, Ташкенте, Горьком, Свердловске и других городах.

      За  годы пятилеток емкость холодильников  возросла более чем в 6,5 раза по сравнению с 1917 г. После восстановления разрушенного во время Великой Отечественной войны хозяйства продолжался рост и техническое совершенствование холодильной техники и технологии.

     В 1950 г. начался выпуск торгового холодильного оборудования — шкафов, прилавков, сборных камер.

     В 1950 г. годовой выпуск торгового холодильного оборудования составил 3, в 1960 г. — 53, а в 1970 г. — около 200 тыс. шт.

      В Директивах XXIV съезда КПСС по 9 пятилетнему плану на 1971—1975 гг., направленному на новый значительный подъем материального и культурного уровня жизни народа, предусматривается увеличение производства продукции пищевой, мясной, молочной и рыбной промышленности на 33—35%, в том числе мяса на 40—43, цельномолочной продукции на 29 и пищевой рыбной продукции не менее чем на 47%. При этом обращается внимание на повышение качества, расширение ассортимента и улучшение питательной ценности и вкусовых достоинств продуктов питания.

      Для сохранения, комплексной переработки  и доведения до потребителя возрастающего  количества пищевых продуктов предусматривается  строительство крупных холодильников емкостью от 3 до 20 тыс. т с автоматизацией работы холодильных установок по поддержанию в камерах и морозилках заданных температур и влажности, а также с механизацией работ по разгрузке, перемещению и погрузке продуктов. .Кроме того, намечается заменить значительное количество морально устаревших и изношенных | компрессоров и холодильных аппаратов на новые модели, а также автоматизировать работу всех крупных холодильных установок на производственных и распределительных холодильниках, что улучшит режим хранения пищевых продуктов и повысит уровень технической эксплуатации

холодильников.

     По  размеру холодильных емкостей наша страна занимает второе место в мире. В новой пятилетке планируется рост холодильных емкостей в 1,3—1,4 раза, т. е. в 1975г. они составят около 5,5 млн. т.

     Возрастет также выпуск средних и крупных холодильных машин более чем в 2 раза: с 34,5 тыс. шт. в 1970 г. до 74 тыс. шт. в 1975г.

Еще более  быстрыми темпами увеличивается  выпуск малых холодильных машин: 100 тыс. шт. в 1965г. 200 тыс. шт. — в 1970 г. и 490 тыс. шт. в 1975 г., а также домашних холодильников: 1965 г. —1,7 млн. шт., 1970 г. —4,14 млн. шт., 1975 г. — 6,68 млн. шт.

     В области холодильного машиностроения предполагается освоить поршневые  компрессоры с частотой вращения до 3000 об/мин, винтовые компрессоры, турбокомпрессорные холодильные машины и ротационные  многопластинчатые поджимающие  компрессоры. Основной задачей является обеспечение высоких технических и эксплуатационных качеств: высокая надежность и долговечность, экономичность в изготовлении и эксплуатации.

     В области холодильного транспорта предусматривается 1 выпуск автономных рефрижераторных вагонов и резкое увеличение выпуска авторефрижераторов и изотермических автокузовов, а также охлаждаемых и изотермических контейнеров. В конструкции изотермических автокузовов, железнодорожных рефрижераторов и контейнеров будут учтены новейшие достижения по применению пластических масс и изоляционных материалов. 

В области  холодильной технологии предусматривается (интенсификация процессов охлаждения и замораживания мяса на производственных холодильниках, что приведет снижению потерь, лучшему сохранению питательной ценности и товарного вида продуктов. Охлаждение и замораживание будут выполняться поточным или конвейерным способом в основном с помощью воздухоохладителей. Предполагается производить замораживание мяса в блоках, фасованного мяса и мясопродуктов — во влагонепроницаемых пакетах при помощи скороморозильных аппаратов с интенсивным движением воздуха. Дальнейшее развитие получит производство быстрозамороженных блюд, полуфабрикатов и гарниров на предприятиях мясной и консервной промышленности, а также на распределительных холодильниках. В качестве упаковки будут применять алюминиевые формочки с крышками, а также герметичные пакеты из синтетической пленки, выдерживающей кипячение.

В дальнейшем, с переходом мясной промышленности а выпуск только упакованных охлажденных и замороженных продуктов, для всех холодильных камер мясокомбинатов и производственных холодильников предусматривается воздушное охлаждение с применением автоматизированных воздухоохладителей.

В настоящее  время искусственный холод применяется  в следующих отраслях промышленности:

в пищевой  промышленности, торговле и общественном питании — стационарные холодильники различной мощности, холодильный транспорт (железнодорожный, водный и автомобильный), торговое холодильное оборудование;

в химической промышленности — охлаждение, сжижение и отделение газов, получение различных синтетических материалов и пр.

при проходке шахт и туннелей для замораживания водоносных грунтов;

при кондиционировании  воздуха на промышленных предприятиях и в местах отдыха (театры, кинотеатры, рестораны, гостиницы, библиотеки и  др.);

в металлургии  — закалка металлов холодом для  повышения твердости и износоустойчивости;

в медицине — операции сердечно - сосудистой системы, внутренних органов и головного мозга, которые выполняются с применением охлаждения, что замедляет окислительно-восстановительные процессы и позволяет без ущерба для самых чувствительных клеток организма производить самые сложные операции в течение длительного времени;

в фармацевтической промышленности — при изготовлении и сохранении в течение длительного времени плазмы крови, различных вакцин и других медицинских препаратов;

в биологии, шелководстве, цветоводстве и пр. Широкое  применение и огромные темпы роста холодильной техники в народном хозяйстве требуют подготовки специалистов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      2.Задание на проектирование

      исходные  данные 
 

      РАСЧЕТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ НАРУЖНОГО ВОЗДУХА 

      От  параметров наружного воздуха зависит  количество теплопритоков в камеры. Уменьшение теплопритоков и связанное  с ним снижение потерь продукта от усушки достигается включением в  конструкцию ограждения достаточно мощного слоя теплоизоляции.

      Для выбора нормативного коэффициента теплопередачи  ограждения холодильника необходимо знать, в какой климатической зоне расположен холодильник. Климатическую зону определяют по среднегодовой температуре. Территория России делится на три климатических зоны:

      южную со среднегодовой температурой наружного  воздуха 9°С и выше;

      среднюю со среднегодовой температурой наружного  воздуха от 1 до 8°С;

      северную  со среднегодовой температурой наружного  воздуха 0°С и ниже.

      Наибольшие  теплопритоки наблюдаются в самое  жаркое время года, что и определяем выбор летней расчетной температуры  наружного воздуха. Эту температуру  находят по среднемесячной температуре  самого жаркого месяца с учетом влияния  максимальных температур, отмечаемых в это время.

      Для расчета пароизоляционного слоя, предназначенного для защиты теплоизоляции  от проникновения в нее влаги  из наружного воздуха, необходимо знать относительную влажность воздуха самого жаркого летнего месяца.

      Для расчета мощности обогревательных  устройств, которые иногда применяют  для обогрева в зимнее время камер  холодильников с нулевыми температурами, требуется зимняя расчетная температура наружного воздуха.

      При необходимости сведения о температурах и влажности воздуха можно  получить из СНиПП—А.6—72 «Строительная  климатология и геофизика».

      РАСЧЕТНАЯ ТЕМПЕРАТУРА ВОДЫ ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ КОНДЕНСАТОРОВ 

      При оборотном водоснабжении температуру  воды для охлаждения конденсаторов  холодильных машин принимают  на 3—4°С выше температуры по мокрому термометру, которую определяют по диаграмме для влажного воздуха на пересечении линии постоянной энтальпии, характеризующей состояние наружного воздуха, с линией насыщения.

      В случае прямоточной системы водоснабжения  из естественных водоемов температуру воды в курсовых и дипломных проектах можно принимать на 6—8°С ниже температуры наружного воздуха. 

      РАСЧЕТНАЯ ТЕМПЕРАТУРА ГРУНТА 

      Расчетную температуру грунта под полом, имеющим  нагревательные устройства, принимают при электрообогреве грунта равной 1°С, при других способах обогрева с учетом неравномерности распределения температур 3°С.

      Обычно  действительная температура грунта в расчетах холодильных камер  не встречается. При необходимости  действительную температуру грунта можно определить по климатологическим  справочникам. Действительную температуру грунта у стен подвальных камер предприятий торговли и общественного питания можно принимать для южной климатической зоны 25°С, для средней 21°С, для северной 17°С. Температуру грунта под полом подвальных камер этих же предприятий можно принимать соответственно 18, 14 и 10°С. 
 

      РАСЧЕТНАЯ РАЗНОСТЬ ТЕМПЕРАТУР ДЛЯ ВНУТРЕННИХ ОГРАЖДЕПИЙ 

      При проектировании крупных холодильников  температуру воздуха в коридорах, тамбурах, вестибюлях не определяют. Теплопритоки через стены и перегородки, отделяющие охлаждаемые помещения от неохлаждаемых тамбуров, вестибюлей и других помещений, находят по расчетной разности температур как части от разности температур для наружных стен. Указанные теплопритоки составляют ,70%, если эти помещения сообщаются с наружным воздухом, и 60%, если не сообщаются.

        Для предприятий торговли и общественного питания температуру смежных помещений можно принимать: для южной зоны 28°С, для средней 24°С, для серверной 20°С. Для коридоров, вестибюлей, тамбуров — соответственно: 14, 12 и 10°С. 
 
 

     3.Описание принципиальной схемы и техническая характеристика.

     Типовая схема одноступенчатой безнасосной  установки на одну температуру кипения показана. На крупных холодильниках обычно имеются еще одна или две таких установки на другие температуры кипения. При этом градирня Гр, конденсатор Ко, линейный ресивер ЛР, переохладитель ПО и дренажный ресивер ДР могут быть общие для всех установок.

     В крупной безнасосной установке  регулируют: температуру в камерах  при помощи реле температуры и  соленоидных вентилей; заполнение испарителей аммиаком по перегреву (по одному TPВ на каждую испарительную батарею или воздухоохладитель); температуру кипения — включением и остановкой отдельных компрессоров. Каждый компрессор управляется от своего реле давления 1РД, 2РД и т.д. Схема настройки РД может быть пропорциональной или астатической.

     Кроме регулирования перечисленных основных параметров схемой предусмотрено автоматическое поддержание уровня аммиака в  маслоотделителе МО поплавковым регулятором 1ПР (типа ПР-14) и полуавтоматическое оттаивание инея с испарителей. Для оттаивания одного из испарителей (например, 1 И) переключатель 1Пр переводят из рабочего положения Раб на оттайку Отт. При этом соленоидные вентили подачи жидкости и отвода пара 1СВк и 2СВк закрываются, а вентили 2СВо —подачи горячего пара и 1 СВо— выпуска жидкости в дренажный ресивер ДР открываются. Для создания высокого давления в испарителе в период оттайки и выпуска образовавшегося конденсата в ДР служит поплавковый вентиль высокого давления 2 ПР (типа ПРУДВ). 

     Зашита  установки подразделяется на общую  и защиту отдельных компрессоров. К общей защите относятся два реле уровня 1 РУ и 2РУ на отделителе жидкости. При повышении уровня в ОЖ они должны отключить одновременно все компрессоры. Кроме того, каждый компрессор имеет защиту от высокого давления нагнетания (1РДв 2РДв, 3РДв, от высокой температуры нагнетания (1РТн, 2PTн 3PTн, от неисправной работы маслонасоса (реле контроля смазки 1РКС, 2РКС, 3РКС) и от работы без охлаждения водяной рубашки (реле расхода 1 РР, 2РР, 3РР), а также тепловую защиту в магнитном пускателе и дублирующую ее — в автоматах 1А—4А. Автоматы 1А—4А имеют еще катушки реле максимального тока для защиты от короткого замыкания.

     Сигнализация  установки предусматривает включение  сигнальных лампочек при максимально и минимально допустимых уровнях жидкости в линейном ресивере ЛР (реле уровней 29 а и 296), в защитном ресивере ЗР и дренажном ресивере ДР. 
 

     4.Автоматизация  холодильной установки  или машины

     4.1Автоматизация компрессорной группы

    Ш.1. Автоматизация компрессоров и компрессорных  агрегатов предусматривает:

    а) автоматическое управление их работой;

    б) автоматическую противоаварийную защиту.

    Применяемые схемы автоматизации не должны запрещать одновременный пуск двух электродвигателей компрессоров.

    В приведенных ниже электрических  схемах автоматизация катушки контакторов  включены на междуфазное напряжение 380 В' от цепей питания 220/380 В' с заземленной нейтрально, как это обычно принято на действующих предприятиях. Для вновь проектируемых предприятий рекомендуется катушки контакторов питать напряжением 220 В от силовых цепей электродвигателей; подключение следует производить после контактов автоматов в силовых цепях электродвигателей, что позволит избежать введения блокконтакта автомата во вторичные цепи, которые защищены предохранителем. 

    Автоматическое  управление компрессорами (агрегатами)

    Ш.2. Система автоматического управления компрессорами предусматривает три режима:

    а) автоматическое управление пуск и остановка осуществляются приборами автоматики и функционирует система зашит;

б) полуавтоматическое управление пуск и остановка осуществляются кнопками управления; в остальном режим аналогичен режиму автоматического управления;

      в) местный -- ручное управление.

    Примечания

1. Независимо от выбранного режима управления компрессоры должны отключаться нажатием кнопки "Стоп"
2. "Местный" режим может быть использован лишь в исключительных случаях (обкатка компрессора, при монтаже и т.п.). Перевод ключа в "местный" режим должен быть ограничен стопором в опломбированном состоянии и допускается только с письменного разрешения начальника компрессорного цеха (это должно быть оговорено в проектах).

    Ш.З. В режимах автоматического и полуавтоматического управления предусматривается работа компрессоров при постоянно открытых всасывающих и нагнетательных вентилях.

Для предотвращения перетекания паров со стороны высокого давления в испарительную систему при остановке необходимо на нагнетательных , линиях компрессоров за запорными вентилями устанавливать обратные клапаны (кроме ступеней низкого давления поршневых компрессоров, если несколько компрессоров не работают на один промсосуд).

       Ш.4. Предварительным условием пуска  первого по порядку компрессора любой системы охлаждения является включение первого по порядку водяного насоса, подающего охлаждающую воду на конденсаторы, и работа насоса осуществляющего циркуляцию хладоносителя (при системе охлаждения с промежуточным хладоносителем).

         При наличии испарителей с мешалками  двигатели последних пускаются одновременно с двигателями рассольных насосов.

       Ш.5. Последовательность автоматического пуска компрессоров данной системы охлаждения задается операторами.

    Примечание. Последовательность пуска может задаваться системой управления (специальиым переключателем) либо изменением настройки регуляторов.

    4.2Автоматизация испарительной системы

    Элементы  систем и регулируемые параметры

    Схемы Автоматизации насосно циркуляционных, безнасосных и рассольных систем охлаждения холодильных установок различаются в зависимости от входящих в них элементов.

    П.1. Испарительная система насосно-циркуляционной холодильной установки включает следующие основные элементы: охлаждение устройства ( батареи и воздухоохладители ); вертикальный циркуляционный ресивер (или горизонтальный с отделителем жидкости); аммиачный насос; дренажный ресивер.

    Автоматизации насосно-циркуляционных испарительных систем предусматривает;

    а) автоматическое регулирование температуры воздуха в охлаждаемых помещениях (кроме камер замораживания);

    б) автоматическое регулирование подачи жидкого холодильного агента в испарительную систему;

       в) автоматическое поддержание заданной температуры (давления) кипения аммиака в испарительной системе;

       г)      автоматическое управление работой аммиачных насосов;

       д)     контроль работы дренажного ресивера

    П.2 Испарительная система холодильной установки с промежуточным хладоносителем включает следующие основные элементы: охлаждающие устройства (батареи и воздухоохладители); испарители для охлаждения промежуточного хладоносителя; отделители жидкости или защитные ресиверы (при надобности).

           а) автоматическое  регулирование температуры воздуха  в охлаждаемых помещениях;

           б) автоматическое  регулирование температуры промежуточного  хладоносителя;

           в) автоматическое  регулирование подачи жидкого  холодильного агента в испарители;

        г) автоматическое управление работой насосов для циркуляции хладоносителя;

           д) автоматическую  защиту кожухотрубных испарителей  от замерзания хладоносителя;

      е) контроль уровней жидкого холодильного агента в испарителе и отделителе жидкости (защитном ресивере). 

   П.3. Безнасосная испарительная система непосредственного охлаждения содержит следующие основные элементы: охлаждающие устройства (батареи и воздухоохладители); отделитель жидкости; вертикальные защитные ресиверы (или горизонтальные с дополнительными отделителями жидкости); дренажный ресивер.

       Автоматизация безнасосных аммиачных испарительных систем предусматривает:

       а) автоматическое регулирование температуры воздуха в охлаждаемых помещениях (кроме камер замораживания );

       б) автоматическое регулирование I заполнения охлаждающих устройств I жидким аммиаком;

     в) автоматическое регулирование температуры кипения в испарительной системе;

      г)    контроль уровней жидкого амиака в отделителях жидкости и защитных ресиверах;

           д)   контроль уровня аммиака в дренажном ресивере.

 
 
Автоматическое  регулирование температуры воздуха  в охлаждаемых помещениях

      П.4. Для автоматического регулирования температуры воздуха в камерах следует применять индивидуальные или многоточечные двухпозиционные регуляторы с малым дифференциалом (0,5 - 1,0°С).

При небольшом  количестве камер (до 6-8) принимается  схема локального регулирования с помощью индивидуальных реле температуры для каждой камеры (например, реле температуры типов ПТР-2_, ТР-5М и др.). При значительном количестве объектов регулирования и с учетом предусмотренного дальнейшего увеличения их количества целесообразно применять схему централизованного регулирования (по принципу автоматического опроса в заданной последовательности) с помощью многоточечных регуляторов

температуры (например, машина АМУР, электронный регулирующий мост типа ЭМР-209Р, электронно-логическое

устройств ЭЛРУ-2М).

П.5. Датчики  регуляторов температур следует устанавливать в точках, характеризующих условно среднюю температуру воздуха в камерах, обычно на колоннах или стенах, по возможности в доступном месте (централизованный или боковой проходы) на 2/3 высоты от пола. Необходимо ограждать датчики для зашиты от механических повреждений при грузовых операциях. Нельзя размещать датчики в непосредственной близости от охлаждающих приборов, дверей камер и в зонах непосредственного обдува вентиляторами. 

4.3Автоматизация конденсаторной группы

     1. Конденсаторная группа холодильной установки включает следующие основные элементы: маслоотделитель, конденсатор, линейный ресивер, водяные насосы (рабочие и резервный), устройство обратного охлаждения воды.

Система автоматизации конденсаторной группы предусматривает:

      а) регулирование уровня жидкого аммиака в маслоотделителе промывного типа;

      б) контроль уровня жидкого аммиака в линейном ресивере;

      в) автоматическое управление работой водяных насосов и автоматическое регулирование уровня воды в бассейнах или резервуарах;

      г) автоматическое управление вентиляторами испарительных и воздушных конденсаторов и вентиляторных градирен.

                2. Уровень жидкого аммиака в маслоотделителе промывного типа следует поддерживать с помощью поплавкового регулятора уровня ПР-14, либо реле уровня ПРУ-5 и соленоидного вентиля, работающего без перепада давления (СВМ-15).

       В отдельных случаях для этой цели может быть использован сосуд уровнедержатель.

     Примечание. Высота столба жидкого аммиака над уровнем его в маслоотделителе должка быть около 1,5м.

       Электрической схемой предусмотрен автоматический контроль и регулирование уровня жидкого аммиака в маслоотделителе с помощью реле ПРУ-5. При снижении уровня аммиака ниже заданного, контакты реле уровня М-СУ замыкаются, открывается соленоидный вентиль М-СВ подачи аммиака в маслоотделитель.

      3. Автоматический контроль нижнего и верхнего уровней жидкого аммиака в линейном ресивере осуществляется с помощью двух поплавковых реле уровня РЛ-СУ1 и РЛ-СУ2

        При достижении нижнего уровня, контролируемого датчиком РЛ-ДУ2, контакты РЛ-СУ2 подключают сигнальную лампу РЛ-ЛБ2 к шине мигающего света и включают предупреди - тельный сигнал.

      При уровне аммиака в ресивере выше контролируемого  замыкается РЛ-СУ1 и включает лампу РЛ-ЛБ1.

      По  шине ШПЛ осуществляется проверка ламп с командно-сигнального щита.

       1У.  Электрическая схема автоматического управления работой водяных насосов предусматривает их работу в автоматическом (положения 1, II, Р ключа НВ-КР) и местном (М ) режимах при постоянно .открытых задвижках на всасывающих и нагнетательных трубопроводах. Местное управление производится кнопками НВ-КС и НВ-КП у насосов.                                                                                                Для предотвращения слива воды на нагнетательной магистрали через насос при его остановке или при работе другого насоса следует устанавливать обратный клапан на нагнетательном трубопроводе каждого насоса.

         5. Схема автоматического управления работой водяных насосов должна обеспечивать возможность их включения в любой последовательности. Последовательность включения насосов задается оператором (ключ НВ-КР, положения: 1 - первый рабочий, II второй рабочий, Р - резервный).