Регулирование температуры воздуха

В охлаждаемом помещении

Основная задача автоматизации установки - обеспечить заданный температурный режим в охлаждаемых помещениях. На рис. 6.2 приведены схемы системы автоматического регулирования температуры в объекте охлаждения. Температура воздуха t_об в охлаждаемом помещении будет постоянной, если отводимый от него тепловой поток будет равен подводимому тепловому потоку (рис. 6.2, а). Изменение подводимого теплового потока приведет к изменению температуры воздуха в помещении. Автоматический регулятор, в качестве которого используется реле температуры РТ (см. рис. 6.2, а, б), чувствительным элементом ЧЭ замеряет температуру t_об в охлаждаемом помещении К1 (объекте регулирования) и сравнивает ее с t_зад. При возрастании разности |t_об - t_зад| больше заданной реле температуры РТ выдает управляющий сигнал х на регулирующий орган для изменения отвода теплоты. Теплота из помещения при непосредственной системе охлаждения отводится в испаритель И за счет кипения хладагента. Поэтому регулирующий орган меняет холодопроизводительность испарителя И, реагируя на сигнал регулятора и восстанавливая заданное значение температуры воздуха в охлаждаемом помещении.

Рассмотрим работу САР температуры в охлаждаемом помещении К2 с соленоидным вентилем СВ, установленным на входе в испаритель И. СВ в зависимости от сигнала реле температуры РТ открывает или прекращает поступление хладагента в аппарат.

Пусть в начальный период времени соленоидный вентиль находится в закрытом состоянии, перекрывая подачу хладагента в испаритель. Тогда температура в помещении начнет постепенно повышаться и в момент времени τ₁ достигнет значения t_вкл (рис. 6.3,6). В соответствии со своей характеристикой (рис. 6.3, а) реле температуры подает сигнал I_a=1 на открытие соленоидного вентиля (рис. 6.3, б) и хладагент поступает в испаритель. Через некоторое время температура в помещении начнет плавно снижаться и в момент τ₂ достигнет значения t_выкл. Реле температуры подаст сигнал на закрытие соленоидного вентиля, вновь перекрывая подачу хладагента в испаритель. Температура в помещении после некоторого дополнительного понижения, связанного с выкипанием жидкого хладагента, снова начнет повышаться и процесс повторится.

Подобные САР используются при регулировании температуры воздуха в рефрижераторных трюмах судов флота рыбной промышленности с воздушными системами охлаждения, а также в провизионных кладовых холодильных установок.

В провизионных кладовых с плюсовыми температурами хранения широкое распространение получила САР (см. рис. 6.2, б, левое помещение, К1). В дополнение к соленоидному вентилю СВ она оснащена встроенным в испаритель вентилем и вентилятором ЭВ.

При достижении заданной температуры t_об реле температуры РТ одновременно с соленоидным вентилем СВ включает в работу и вентилятор ЭВ. Известно, что интенсивность теплообмена испарителя И во время работы вентилятора в 3-4 раза выше, чем при неработающем. Поэтому при подаче в испаритель жидкого хладагента он начинает работать, с максимальной эффективностью отводя теплоту из помещения. Напротив, при достижении нижней границы температурного режима хранения РТ выключает СВ и вентилятор ЭВ, работа которого не требуется при отключенном испарителе И.

В рассмотренных способах регулирования температуры воздуха в помещениях регулирующие органы (соленоидные вентили СВ и венти-пяторы ЭВ) работают циклично по принципу "включено - выключено" (так называемое двухпозиционное регулирование). Значение регулируемой температуры t_об поддерживается лишь в некоторых пределах, определяемых характеристикой реле температуры РТ. Когда регулируемый параметр находится в этой зоне, регулятор не реагирует на ее изменения.

Разность между тeмпepaтypaми включения и выключения называется зоной нечувствительности (другое название - дифференциал) реле температуры РТ. Зона нечувствительности может задаваться специальным настроечным органом, предусмотренным в РТ. Увеличение зоны нечувствительности приведет к более длительному пребыванию регулируемой величины в ней и к более редкому реагированию регулятора РТ и регулирующего органа на изменение температуры во временми. Однако это увеличение вызовет более сильные колебания температур в охлаждаемом помещении, что отразится на качестве и сроке хранения груза. Узкая зона нечувствительности положительно сказывается на качество регулирования но может привести к частым включениям реле и вентиляторов.

Зона нечувствительности, как правило, выбирается исходя из рекомендаций по технологии хранения перевозимого груза.

Процессы регулирования температуры t_об в охлаждаемом помещении при рассольной системе охлаждения не отличаются от рассмотренных выше, однако принципиальная схема систем автоматического регулирования на рис. 6.4 имеет свои особенности.

Теплота из помещений К₁………..К_n отводится рассолом через рассольные батареи РБ, обдуваемые вентиляторами. Насос Н обеспечивает циркуляцию рассола в рассольной системе.

При понижении температуры t_oб до заданного значения термостат РТ подает сигнал на открытие соленоидного вентиля СВ. Соленоидный вентиль СВ устанавливают, как правило, не на рассольной, а на вспомогательной системе (например, воздушной системе). Открываясь, СВ пропускает управляющий воздух к трехходовому клапану К_л1, который перепускает рассол, минуя рассольную батарею РБ. При повышении температуры t_об в рефрижераторном трюме K₁ термостат РТ через соленоидный вентиль СВ вновь изменит положение трехходового клапана К_л1, открывая питание рассольной батарее РБ. Характеристики процессов регулирования будут в этом случае аналогичны предыдущим.

Рассмотрим конструкции некоторых реле температур РТ. Большое распространение на судах отечественной постройки получили реле температуры типа ТР (ТР-5М, ТР-1Б, ТР-2Б, ТР-1К и др.).

Реле температуры типа ТР-1Б (рис. 6.5, а). Чувствительным элементом реле служит термобаллон 17, который через капиллярную трубку 1 подсоединен к входному штуцеру сильфона 2 и образует термосистему. Принцип действия приборов основан на использовании зависимости давления в термосистеме от регулируемой температуры.

Реле температуры выполняются в двух вариантах: с паровой и адсорбционной термосистемами. В первом случае термосистема заполняется фреоном; во втором термобаллон - активированным углем, остальная часть - углекислым газом. Изменение температуры сказывается на поглотительной способности угля: с повышением температуры она уменьшается, отчего давление в термосистеме возрастает, я наоборот. Паровая система обладает существенным недостатком: высокая текучесть фреона может привести к утечке агента из термосистемы и выхода термореле из строя. Поэтому термосистема с твердым наполнителем более надежна. Реле температуры с твердым наполнителем можно размещать непосредственно в помещении и вне его. Баллон термосистемы, заполненной хладагентом, должен быть холоднее на 1-2°С, чем остальная часть термореле. Это требование налагает ограничение на установку термореле в паровой термосистеме.

Изменение давления передается на сильфон 2. На элемент сравнения - рычаг 4 - снизу действует усилие, развиваемое сильфоном, а сверху - усилие пружины уставки 10, задаваемое винтом 11. При повышении температуры в охлаждаемом помещении, а следовательно, и давления в термосистеме сильфон 2, преодолевая усилие пружины уставки 10, сжимается и шток 3 поворачивает рычаг 4 и его вертикальное плечо по часовой стрелке до захвата рычага 5. Дальнейшее движение рычага 4 прекратится. Реле не будет реагировать на продолжающееся повышение температуры воздуха в помещении до тех пор, пока усилие, развиваемое сильфоном, не превысит суммарную силу от пружин 10 и 6 (последняя работает на растяжение). Чем больше затяг пружины нечувствительности, тем дольше вся система будет находиться в неподвижности.

Когда усилие от давления в термосистеме превысит силу от действия пружин 6 и 10, вертикальное плечо рычага 4, а вместе с ним и пружина 13 начнут поворачиваться по часовой стрелке. До тех пор, пока ось пружины 13 находится левее ос поводка 14, она силой натяжении будет создавать момент, приложенный по часовой стрелке к поводку и удерживающий подвижной контакт 15 в левом положении. При переходе верхнего контакта пружины 13 через ось поводка направление момента силы изменится на противоположное, поводок повернется вокруг своей оси и резко перебросит переключающую вилку 1 и контакт 15 вправо. Контакты 1 и 16 замкнутся, включая соленоидный вентиль или вентилятор. В охлаждаемом помещении начнет понижаться температура воздух, а следовательно, и давление в термостате. Рычажная система под воздействием суммарной силы от пружин 6 и 10 станет поворачиваться в обратном направлении. Когда правый конец рычага 5 коснется упора и дальнейший поворот рычага 4 против часовой стрелки прекратится, действие пружины зоны нечувствительности закончится. Реле не будет реагировать на последующие изменения температуры до тех пор, пока сила, развиваемая давлением в термосистеме на рычаг не станет меньше усилия, действующего на этот рычаг со стороны пружины уставки 10. Когда температура достигнет заданного значения дальнейший поворот рычага 4 вызовет прохождение верхнего конца пружины через ось поводка 14.

Направление приложенного к ному момента силы снова изменится n;i противоположное. Поводок 14 повернется, размыкая контакты микропереключателя. Соленоидный вентиль (вентилятор) выключится.

Характеристика реле и положение контактов показаны на рис. 6.5. 6. Реле температуры имеет два органа настройки (см. рис. 6.5, а): винт 11. воздействующий на затяг пружины уставки 10 и задающий уровень уставки, а также винт 7, задающий зону нечувствительности реле растяжением пружины 6. Нечувствительность реле температуры - это зона, в которой прибор не реагирует на изменение температуры. Ширина зоны

∆= t_вкл- t_выкл

Уставка прибора - это уровень температуры, относительно которого действует зона нечувствительности. В зависимости от конструкции прибора уставка может задавать как температуру включения, так и температуру выключения реле.

Правило определения температуры уставки: если пружина (или другое устройство) нечувствительности действует при повышении температуры, значит уставка - это минимальная температура регулирования, т. е. /"ыкл (рис. 6.6, а). Наоборот, если пружина зоны нечувствительности включается в работу при понижении температуры, значит уставка - это максимальная температура регулирования, т. е. t_выкл (рис. 6.6, б).

Таким образом, зная заданную температуру охлаждаемого помещения t_зад, направление и усилие действия пружины зоны нечувствительности, легко найти значение температуры уставки: t_уст =t_зад± ∆/2; здесь знак "минус" означает, что пружина нечувствительности работает при повышении температуры, знак "плюс" при понижении температуры.

Пример. В провизионной кладовой температура хранения мороженого мяса -18 °С должна поддерживаться в пределах ±1°С. Настроить реле температуры типа ТР-1Б на параметры. Итак, t_зад= -18 °С; \/2=1 °С.

Так как у этого типа реле пружина нечувствительности 6 (см. рис. 6.5, а) включается в действие при повышении температуры, значит, температура уставки минимальна: t_уст=t_выкл=t_зад-∆/2= -18°-1° = -19°С.

Вращением винта 11 на шкале уставки 9 устанавливается температура - 19°С. Затем вращением винта 7 на шкале зоны нечувствительности 8 задается 2 °С.

Прибор настроен на заданный температурный режим. Температура включения будет равна: t_вкл= t_выкл+∆ = ( -19) + 2= -17°С.

Реле типа ТР-2Б отличается от ТР-1Б переключающим устройством. У ТР-1Б повышение температуры вызывает размыкание контактов, у ТР-2Б - замыкание. Реле ТР-5М имеет переключатель с тремя выводами.

На судах зарубежной постройки широко применяются реле температуры типа RT датской фирмы "Данфосс" (рис. 6.7, а).

При повышении температуры среды давление в термосистеме возрастает, сильфон сжимается и шток 11, преодолевая усилие пружины уставки 6, вместе с муфтой 4 перемещается вверх. Перемещение штока на расстояние, большее d, вызовет под действием муфты 4 поворот пластинчатой пружины 9 по часовой стрелке. После того, как ось пружины 9 пройдет через ось поводка подвижного контакта 13 (рис. 6.7, б), направление момента силы, удерживающего подвижной контакт в нижнем положении, изменится на противоположное. Поводок резко перекинется и замкнет контакты 12 и 13, подавая управляющий сигнал.

При снижении температуры регулируемой среды и падении давления в термосистеме под действием пружины уставки 6 происходит движение штока11 вниз. После того как выберется зазор d, на пружину 9 начнет действовать втулка 5. Пружина, поворачиваясь против часовой стрелки, при заданной температуре выключения разомкнет контакты 12 и 13.

Как видно из принципа работы, когда пружина 9 находится между неподвижной втулкой 5 и подвижной муфтой 4, колебания температуры не вызывают работу контактного устройства.

Зона нечувствительности ∆ зависит от расстояния d, которое устанавливается поворотом муфты 4. Ее вращение в пределах одного оборота ограничивается упорами 10, принадлежащими муфте и неподвижно закрепленной на штоке 11 шайбе 2. Для исключения самопроизвольного проворачивания муфты 4 предусмотрена удерживающая пружина 3.

При повышении температуры сначала выбирается зазор d, что связано с дополнительным сжатием пружины уставки 6, а затем вступает в работу переключающее устройство. Поскольку устройство нечувствительности включается в работу при росте температуры, уставка есть минимальное значение регулируемой температуры, т. е. температуры выключения.

Тогда температура включения, при которой замкнутся контакты реле

t_вкл =t_выкл +∆

Зная заданную температуру в охлаждаемом помещении t_зад и допустимые пределы ее регулирования ∆/2, нетрудно настроить реле температуры. Для этого вращением маховичка настройки 8 перемещают упор 7, изменяющий затяг пружины 6, до тех пор, пока указатель не покажет требуемое значение уставки.

Задавая зазор d вращением муфты 4, устанавливают по ее шкале необходимую зону нечувствительности. Цена деления шкалы муфты находится как разность максимального и минимального значений зоны нечувствительности (указанной на приборе), деленной на 10.

Например, диапазон настройки нечувствительности 1,0-3,0 °С. Тогда цена одного деления на шкале муфты = (3,0-1,0)/10 = 0,2°С. Если зона нечувствительности 2 °С, то шкалу муфты нужно установить на делении

(2-1)/0,2 = 5.

В качестве регулирующих органов в системах автоматического регулирования температуры воздуха в охлаждаемых помещениях широко применяются отечественные соленоидные вентили непрямого дейсвия типа СВМ-15 (рис. 6.8).

Основной клапан 1 закреплен на разделительной мембране 6, в которой предусмотрено калиброванное отверстие диаметром 1 мм, соединяющее надмембранную полость с входной магистралью. Помимо основного клапана, вентиль снабжен управляющим клапаном 5, закрепленным на сердечнике 4 электромагнита и служащим для закрытия и открытия центрального отверстия в основном клапане.

При обесточенном вентиле сердечник 4 под действием пружины 2 и собственной массы перекрывает клапаном 5 центральное отверстие в основном клапане, давление в надмембранной полости становится равным давлению на входе, и основной клапан прижимается к седлу с усилием, пропорциональным разности давлений до и после вентиля.

При включении катушки 3 сердечник 4 поднимается и управляющий клапан 5 открывает центральное отверстие в основном клапане 1. Давление в надмембранной полости падает до давления выхода. Основной клапан 1 под действием перепада давлений на входе в вентиль и в надмембранной полости, а также усилия, перемещающего сердечник, поднимается вверх и пропускает жидкий хладагент к испарителю. Принудительное открытие клапана осуществляется винтом 7.