materiały dydaktyczne chłodnictwo, klimatyzacja i wentylacja

Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Projekt „Rozwój i promocja kierunków technicznych w Akademii Morskiej w Szczecinie”

Akademia Morska w Szczecinie, ul. Wały Chrobrego 1-2, 70-500 Szczecin

1

Materiały dydaktyczne

Chłodnictwo, klimatyzacja i wentylacja

Semestr VI

Wykłady




2

Temat 1 (1h): Chłodnictwo i jego zastosowanie w okrętownictwie

Zagadnienie 1.A: Metody chłodzenia i rodzaje urządzeń chłodniczych

Podstawowe rodzaje chłodzenia stosowane w technice to chłodzenie przez zmianę

stanu skupienia i chłodzenie przez rozprężanie. W związku z problemami ekologicznymi na

etapie badań lub wdrażania na skalę przemysłową znajdują się modyfikacje podstawowych

metod chłodzenia związane z wykorzystaniem obiegu CO2 z ponadkrytycznym lub

kaskadowym sprężaniem par oraz specjalnych układów absorpcyjnych. Ze względu na niską

efektywność energetyczną dalekie od zastosowanie praktycznego do urządzeń dużych mocy

wydają się obecnie metody chłodzenia termoelektrycznego, magnetycznego,

termoplastycznego i termoakustycznego.

Chłodzenie przez zmianę stanu skupienia obejmuje: topnienie, sublimację oraz

parowanie i wrzenie. Chłodzenie przez rozprężanie polega na obniżeniu energii gazu przez

wykorzystanie energii ciśnienia do pokonania sił wzajemnego przyciągania cząsteczek w

procesie adiabatycznego dławienia.

Podstawowe rodzaje urządzeń chłodniczych stosowanych w przechowalnictwie i

przemyśle to urządzenia sprężarkowe i absorpcyjne.

Zagadnienie 1.B: Zastosowanie chłodnictwa na statkach

Zastosowanie urządzeń chłodniczych na statkach obejmuje chłodzony przewóz

towarów w ładowniach i kontenerach, przewóz ładunków płynnych w stanie skroplonym,

przechowywanie zapasów okrętowych w chłodniach prowiantowych, przechowywanie

skroplonych środków gaśniczych, oraz obróbkę powietrza w instalacjach klimatyzacyjnych.

Każde z zastosowań posiada specyficzny rodzaj instalacji i urządzeń potrzebnych do

realizacji procesu chłodzenia.




3

Temat 2 (2h): Obiegi chłodnicze i układy chłodnicze stosowane na statkach

Zagadnienie 2.A: Podstawy termodynamiczne obiegów chłodniczych

Termodynamiczny obieg chłodniczy to zespół cyklicznych przemian stanu ziębnika

podczas których ciepło przenoszone jest od źródła o niższej temperaturze do źródła o

wyższej temperaturze, a więc przeciwnie do naturalnego ruchu ciepła, kosztem energii

sprężania lub energii cieplnej doprowadzonej do ziębnika. Stan ziębnika po zakończeniu

ostatniej przemiany pokrywa się ze stanem na początku cyklu. Stan ziębnika wyrażony jest

zbiorem wartości parametrów fizykochemicznych. Przemiany można zobrazować w

wybranym dwuwymiarowym układzie współrzędnych. Do analizy obiegów teoretycznych

najczęściej używany jest układ współrzędnych entropia- temperatura (T- s). Najchętniej

stosowanym praktycznie jest układ współrzędnych entalpia- ciśnienie (lgp- i) i do niego

najczęściej będzie odwołanie podczas zajęć. Na rys. 2.1 przedstawiono w układzie

współrzędnych lgp- i teoretyczny, sprężarkowy suchy obieg chłodniczy z dławieniem a na

rys. 2.2 przebieg linii obrazujących stan ziębnika.

Rys.2.1 Obieg termodynamiczny ziębnika w układzie współrzędnych lgp- i




4

Jak wynika z rys. 2.1 teoretyczny obieg chłodniczy jest obiegiem lewobieżnym. W

zależności od relacji temperatury otoczenia do temperatury źródła dolnego i górnego obiegi

lewobieżne dzieli się na

Obiegi chłodnicze (temperatura otoczenia = temperaturze źródła górnego)

Obiegi pompy ciepła (temperatura otoczenia = temperaturze źródła dolnego)

Obiegi kombinowane (temperatura otoczenia pomiędzy temperaturą źródła dolnego i

górnego)

Najważniejszym pojęciem energetycznym obiegu jest skutek użyteczny. W obiegu

chłodniczym skutkiem użytecznym jest ilość ciepła odebrana od źródła o niskiej

temperaturze przez jeden kilogram ziębnika czyli jednostkowa wydajność chłodnicza qo. W

obiegu pompy ciepła skutkiem użytecznym jest ilość ciepła dostarczonego do źródła górnego

przez ten sam kilogram ziębnika.

Miarą efektywności termodynamicznej obiegu jest stosunek wartości skutku użytecznego

do ilości energii doprowadzonej do kilograma ziębnika po to, aby ten skutek osiągnąć zwany

współczynnikiem wydajności chłodniczej ε.

Gdy wszystkie przemiany obiegu termodynamicznego są odwracalne a wymiana ciepła

pomiędzy ziębnikiem a źródłami ciepła odbywa się przy nieskończenie małej różnicy

temperatur obieg nazywany jest odwracalnym. Wszystkie rzeczywiste obiegi lewobieżne są

obiegami nieodwracalnymi.

Efektywność egzergetyczną obiegu nieodwracalnego określa się porównując go z

teoretycznym obiegiem odwracalnym, który posiada równoważny skutek użyteczny.

Powszechnie stosowanym obiegiem porównawczym jest obieg Carnota. Podstawowe

teoretyczne obiegi chłodnicze to mokry i suchy obieg Lindego oraz jego modyfikacje

wynikające ze sposobu rozprężania ziębnika oraz obecności dochłodzenia, przegrzania i

regeneracji.

Podstawowe układy chłodnicze stosowane na statkach to układy ciśnieniowe i pompowe,

z jednym lub wieloma poziomami parowania. Podział wynika ze sposobu zasilania

wymienników ciepła w których realizowany jest skutek użyteczny działania obiegu.




5

Zagadnienie 2.B: Obiegi z przechłodzeniem ciekłego ziębnika i przegrzaniem ziębnika

parowego po stronie ssawnej

W obiegu chłodniczym bez przechłodzenia przed dławieniem izentalpowym ziębnik

dopływający do elementu dławiącego (punkt 3 na rys. 2.1) jest cieczą nasyconą (linia x=0).

W trakcie dławienia przechodzi w stan pary nasyconej mokrej. Przechłodzenie ziębnika

przed dławieniem izentalpowym zwiększa skutek użyteczny qo - rys. 2.3. Przechłodzenie 3-4

zachodzi tak jak na rysunku w części skraplacza lub w oddzielnym wymienniku ciepła

zamontowanym za skraplaczem.

W obiegu chłodniczym bez przegrzania ziębnik który zostaje zassany przez sprężarkę

(punkt 1 na rysunku 2.1) ma postać pary suchej nasyconej (linia x=1). Zapewnienie suchej

pracy sprężarki tłokowej wymaga jednak przegrzania zasysanej przez nią pary ziębnika.

Najprostszym sposobem zapewnienia przegrzania pary jest zastosowanie zaworów

termoregulacyjnych dławiących ziębnik na dopływie do parownika. Zawory te pracują w ten

sposób, że dostosowują ilość ziębnika dopływającego do parownika do ilości ciepła, którą

musi on odebrać- rys. 2.4. Przegrzanie 5-1 zwiększa bardzo nieznacznie skutek użyteczny

ponieważ współczynnik przejmowania ciepła w przepływie mieszaniny cieczowo- parowej

4-5 (para mokra nasycona) jest znacznie większy niż w przepływie pary przegrzanej 5-1.

Zagadnienie 2.C: Obiegi o sprężaniu jedno i dwustopniowym

Wraz ze wzrostem sprężu czyli stosunku ciśnienia skraplania do ciśnienia parowania

maleje wydajność chłodnicza układu oraz współczynnik wydajności chłodniczej a wzrasta

praca sprężania i temperatura końca sprężania. Poważnym ograniczeniem eksploatacyjnym

jest temperatura końca sprężania ziębnika. Względy ekonomiczne przemawiają z kolei za

zmniejszeniem nakładów energetycznych sprężania i podwyższeniem wydajności instalacji.

Wreszcie potrzeby technologiczne procesu mogą decydować o zastosowaniu kilku różnych

poziomów temperatury parowania ziębnika. Wszystkie powyższe czynniki decydują o tym, że

po przekroczeniu określonego sprężu proces sprężania i dławienia ziębnika dzieli się na

dwa, lub rzadziej, na więcej stopni. Klasyczne teoretyczne obiegi chłodnicze dwustopniowe

można podzielić na:

Obiegi z dwustopniowym sprężaniem i jednostopniowym dławieniem




6

o Z niepełnym chłodzeniem międzystopniowym

o Z pełnym chłodzeniem międzystopniowym

Obiegi z dwustopniowym sprężaniem i dwustopniowym dławieniem

o Z jednym lub dwoma poziomami parowania

o Z niepełnym chłodzeniem międzystopniowym

o Z pełnym chłodzeniem międzystopniowym

o Bez dochłodzenia przed zaworem dławiącym

o Z dochłodzeniem przed zaworem dławiącym

Poza rozwiązaniami klasycznymi istnieją układy chłodnicze jednostopniowe mające

cechy obiegów dwustopniowych:

Układy jednostopniowe z dławieniem pary zasysanej ziębnika

Układy jednostopniowe z osuszaczem

Układy jednostopniowe z wtryskiem cieczy do przewodu ssawnego sprężarki

Zagadnienie 2.D: Obiegi o chłodzeniu bezpośrednim i pośrednim

Chłodzenie bezpośrednie zachodzi wówczas, kiedy ciepło odbierane od źródła

dolnego zostaje bezpośrednio przejmowane przez ziębnik, bez pośrednictwa innego

medium. W układach pośrednich ciepło przejmowane jest najpierw przez ziębiwo w postaci

solanki (przy niskich temperaturach źródła dolnego) lub przez wodę (przy wyższych

temperaturach źródła dolnego). Medium pośredniczące cyrkuluje przez wymiennik w którym

oddaje ziębnikowi ciepło pobrane wcześniej ze źródła dolnego. Dzięki zastosowaniu układów

pośrednich układ cyrkulacji ziębnika ograniczony zostaje praktycznie do niewielkich

rozmiarów, a w rurociągach łączących wiele indywidualnych odbiorów ciepła krąży medium

pośredniczące. Rozwiązanie to pozwala na zdecydowane ograniczenie rozmiarów instalacji

ziębnika i związanych z tym potencjalnych przecieków.

Zagadnienie 2.E: Obiegi o zasilaniu ciśnieniowym, pompowym, grawitacyjnym

Podział na obiegi o zasilaniu ciśnieniowym, pompowym i grawitacyjnym wynika ze

sposobu zasilania ziębnikiem wymiennika w którym odbierane jest ciepło ze źródła dolnego.

Przy zasilaniu ciśnieniowym do zaworu regulacyjnego dopływa ziębnik pod ciśnieniem




7

skraplania, gdzie ulega dławieniu do ciśnienia parowania. Przy zasilaniu pompowym ziębnik

pobierany jest przez pompę z separatora i dostarczany do wymiennika w którym odbiera

ciepło. Po odebraniu ciepła wraca do separatora, gdzie następuje rozdzielenie fazy parowej i

cieczowej. Faza parowa zostaje odessana przez sprężarkę a faza cieczowa wraca z

powrotem do obiegu wymuszonego przez pompę. Przy zasilaniu grawitacyjnym o ruchu

cieczy nie decyduje praca pompy lecz różnica słupów cieczy ziębnika w separatorze i

wymienniku ciepła. Zasilanie pompowe pracuje podczas intensywnego odbioru ciepła w fazie

obniżania temperatury źródła dolnego a grawitacyjne podczas jej utrzymania.

Zagadnienie 2.F: Obiegi o kilku poziomach temperatur parowania

Zróżnicowanie poziomów temperatur parowania wynika z potrzeb technologicznych

procesu chłodzenia. W układach dwustopniowych uzyskuje się dwa podstawowe poziomy

temperatur parowania, czyli temperatur ziębnika w wymiennikach ciepła. Uzyskanie różnych

temperatur parowania w układach jednostopniowych wymaga regulacji ciśnienia parowania

ziębnika za pomocą zaworów dławiących zamontowanych pomiędzy parownikiem a

sprężarką. Zawory te nazywane są zaworami stałego ciśnienia.




8

Temat 3 (1h): Instalacje pomocnicze w układach chłodzenia

Zagadnienie 3.A: Instalacja odessania parowego ziębnika

Instalacja odessania parowego ziębnika służy do opróżnienia układu chłodniczego z

ziębnika zgromadzonego wcześniej w zbiorniku lub transferu ziębnika pomiędzy różnymi

instalacjami. Składa się z rurociągów i zaworów łączących poszczególne zbiorniki i

skraplacze instalacji. Podczas transferu ziębnika niskie ciśnienie w instalacji odessania

wytwarzane jest przez pracującą sprężarkę układu chłodniczego a odessanie par ziębnika

możliwe jest dzięki odpowiedniemu ustawieniu zaworów odcinających.

Zagadnienie 3.B: Instalacja wytłaczanie ciekłego ziębnika

Instalacja wytłaczania ciekłego ziębnika pozwala na szybki transfer ziębnika w

postaci cieczy a nie w postaci pary tak jak w instalacji odessania. Ciśnienie potrzebne do

transferu ziębnika wynika z ciśnienia skraplania. Instalacja składa się z rurociągów i zaworów

odcinających podłączonych do skraplaczy i zbiorników układu chłodniczego.

Zagadnienie 3.C: Instalacja uzupełnianie ziębnika

Instalacja uzupełniania ziębnika pozwala na dopełnienie układu chłodniczego

ziębnikiem w postaci fazy ciekłej. Uzupełnienie odbywa się przez osuszacz po odpowiednim

ustawieniu zaworów w samej instalacji. Po przejściu przez osuszacz dopełniany ziębnik

przepływa przez instalację i zostaje zgromadzony w zbiorniku. Kontrola napełnienia instalacji

możliwa jest dzięki odcięciu zbiornika od rurociągów cieczowych i pracy sprężarki oraz

skraplacza.

Zagadnienie 3.D: Instalacja odpowietrzenia

Instalacja odpowietrzenia w małych urządzeniach chłodniczych to wyłącznie króćce z

zaworami na górnej części korpusu skraplacza. W dużych instalacjach chłodniczych z

wieloma urządzeniami stosowana jest specjalna instalacja odpowietrzania składająca się z




9

rurociągów połączonych z odpowietrznikiem centralnym. Idea działania odpowietrznika

polega na wykropleniu par ziębnika z mieszaniny parowo- powietrznej, dzięki wykorzystaniu

wysokiej różnicy temperatur skraplania obu składników mieszaniny. Działanie odpowietrznika

centralnego składa się z kilku faz podczas których realizowane jest napełnianie,

wychładzanie i separacja powietrza.

Zagadnienie 3.E: Instalacja wyrównania ciśnienia

Instalacja wyrównania ciśnień służy do wyrównania ciśnienia par ziębnika w

przestrzeniach parowych skraplacza i zbiornika cieczy. W obu urządzeniach ziębnik

występuje w stanie nasycenia a ciśnienie przestrzeni parowej zależy od temperatury

otoczenia. Grawitacyjny spływ ziębnika ze skraplacza do zbiornika jest możliwy wówczas,

gdy ciśnienia w obu elementach instalacji są takie same lub gdy ciśnienie w skraplaczu jest

wyższe niż w zbiorniku. Przy braku instalacji wyrównania ciśnień wyższa temperatura

zbiornika uniemożliwiłaby spływ ziębnika ze skraplacza.

Zagadnienie 3.F: Instalacja odwadniania ziębnika

Instalacja odwadniania ziębnika składa się z separatora wilgoci oraz rurociągów i

zaworów pozwalających podczas normalnej pracy na oddzielenie wody a podczas obsługi na

uzupełnienie ziębnika i bezpieczną wymianę wkładu separatora wilgoci.

Zagadnienie 3.G: Instalacja odszraniania termodynamicznego z powrotem ziębnika do

kolektora cieczowego lub zbiornika drenażowego i separatora

Instalacja oszraniania termodynamicznego służy do okresowego usunięcia warstwy

szronu z parownika poprzez jej podgrzanie i odprowadzenie powstałej wody poza komorę

chłodniczą. Przemiana fazowa szronu odbywa się kosztem utajonego ciepła skraplania

ziębnika. Podczas odszraniania termodynamicznego gorące pary ziębnika zamiast do

skraplacza kierowane są do odszranianego parownika w kierunku przeciwnym do

normalnego kierunku przepływu. Po zmianie stanu ciekły ziębnik opuszcza odszraniany




10

parownik, przepływa do kolektora zasilania i dalej przepływa identycznie jak podczas

normalnej pracy wracając do sprężarki w postaci pary przegrzanej.

Zagadnienie 3.H: Instalacja bezpieczeństwa

Instalacja bezpieczeństwa służy do zabezpieczenia skraplaczy i zbiorników instalacji

przed nadmiernym wzrostem ciśnienia, w przypadku, gdy zawiodą niżej ustawione

zabezpieczenia strony wysokociśnieniowej instalacji. Zasadniczym elementem instalacji są

odpowiednio ustawione zawory bezpieczeństwa. Ciśnienie otwarcia zaworów

bezpieczeństwa wynika z wymogów instytucji klasyfikacyjnych lub nadzoru technicznego

Zagadnienie 3.I: Instalacja spustu ziębnika za burtę

Instalacja spustu ziębnika za burtę służy do awaryjnego opróżnienia instalacji w

przypadku zagrożenia pożarowego siłowni. Instalacja składa się z rurociągów podłączonych

do skraplaczy i zbiorników oraz jednego zaworu odcinającego kierującego ziębnik

bezpośrednio za burtę.

Zagadnienie 3.J: Instalacja rekuperacji i odgazowania oleju

W dużych freonowych instalacjach chłodniczych z separatorem cieczy istnieje

konieczność okresowego odzysku oleju gromadzącego się pod powierzchnią ciekłego

ziębnika. Służy do tego separator oleju wraz z obsługującymi go rurociągami. Separator oleju

zbudowany jest w postaci dwuściennego cylindra którego przestrzeń zewnętrzna

podgrzewana jest ciekłym ziębnikiem zasilającym separator cieczy. Cykl pracy separatora

oleju składa się z fazy napełniania, fazy odgazowania oraz fazy opróżniania separatora.

Przepływ oleju w poszczególnych fazach pracy możliwy jest dzięki otwarciu odpowiednich

zaworów łączących przestrzeń separatora oleju z przestrzeniami wysokiego lub niskiego

ciśnienia.

Zagadnienie 3.K: Instalacja uzupełniania oleju




11

W dużych instalacjach chłodniczych z wieloma sprężarkami wykorzystującymi ten

sam gatunek oleju smarowego stosuje się instalację ze zbiornikiem centralnego smarowania.

Instalacja ta pozwala na uzupełnienie lub napełnienie każdej ze sprężarek olejem za pomocą

przesterowania odpowiednich zaworów. Ciśnienie potrzebne do uzupełnienia zbiornika oraz

transferu oleju do sprężarek wytwarzane jest za pomocą zaworów łączących przestrzeń

zbiornika ze stroną ssawną lub tłoczną instalacji.

Zagadnienie 3.L: Instalacja odszraniania elektrycznego

Instalacja odszraniania elektrycznego służy do okresowego oczyszczenia parownika

ze szronu za pomocą grzałek elektrycznych zainstalowanych na parowniku, tacy ociekowej

oraz rurociągu spływu skroplin z odszraniania. Sterowanie czasem odszraniania oraz

okresami pomiędzy kolejnymi cyklami pracy i odszraniania odbywa się za pomocą

sterowników elektronicznych z opcją kontroli temperatury powierzchni parownika oraz pracy

lub postoju wentylatorów w trakcie odszraniania.

Zagadnienie 3.M: Instalacja odszraniania gorącym glikolem

Instalacja odszraniania gorącym glikolem stosowana jest w dużych instalacjach

chłodniczych. Rurociągi gorącego glikolu podgrzewają powierzchnię parownika, tace

ociekowe oraz rurociągi spływu skroplin z odszraniania. Instalacja składa się z

podgrzewacza glikolu, pomp cyrkulacyjnych oraz rurociągów z zaworami odcinającymi.

Gorący glikol oddaje w parowniku ciepło pobrane w podgrzewaczu, potrzebne do przemiany

fazowej warstwy szronu.




12

Temat 4 (1h): Sprężarki i agregaty chłodnicze

Zagadnienie 4.A: Podział sprężarek i agregatów ziębniczych

Sprężarki ziębnicze to maszyny o różnej konstrukcji i mocy napędowej a ich podział

przedstawiono na rys. 4.1. W sprężarkach przepływowych sprężanie ziębnika odbywa się w

sposób ciągły w procesie zamiany energii kinetycznej na energię ciśnienia. W sprężarkach

tłokowych sprężanie ma charakter cykliczny wynikający ze zmiany objętości przestrzeni

połączonej z rurociągiem ssawnym i tłocznym.

Rys.4.1 Klasyfikacja sprężarek chłodniczych

Zagadnienie 4.B: Moc ziębienia i moc napędowa w funkcji parametrów działania sprężarki

Moc ziębienia sprężarki Qo to iloczyn strumienia masy ziębnika przetłaczanego przez

sprężarkę i różnicy entalpii właściwej pary przegrzanej ziębnika na dopływie do sprężarki

oraz entalpii właściwej ciekłego czynnika w stanie nasycenia odpowiadającym ciśnieniu

tłoczenia na odpływie ze sprężarki. Moc napędowa sprężarki Pe to moc na wale dla

sprężarek dławnicowych lub moc elektryczna pobierana na zaciskach silnika dla sprężarek

hermetycznych i semihermetycznych.




13

Moc ziębienia i moc napędowa przedstawiane są w postaci charakterystyk

energetycznych czyli zależności od temperatury parowania i temperatury skraplania. Moc

ziębienia sprężarki generalnie rośnie wraz ze wzrostem temperatury parowania i spadkiem

temperatury skraplania. Moc napędowa sprężarki generalnie rośnie wraz ze wzrostem

temperatury parowania i wzrostem temperatury skraplania.

Zagadnienie 4.C: Sprężarki i agregaty tłokowe (konstrukcja, regulacja wydajności)

Zmianę objętości przestrzeni roboczej w sprężarkach tłokowych uzyskuje się za

pomocą postępowo- zwrotnego ruchu tłoka. Przestrzeń robocza połączona jest z komorą

ssawną i tłoczną w głowicy cylindrowej za pomocą samoczynnych zaworów a tłok

napędzany jest za pośrednictwem mechanizmu korbowo- tłokowego. Komora ssawna

posiada połączenie z karterem sprężarki, co jest warunkiem powrotu oleju z instalacji.

Cykl roboczy sprężarki rozpoczyna się w GMP. Podczas ruchu tłoka w kierunku DMP

następuje wzrost objętości przestrzeni roboczej i spadek ciśnienia. Rosnąca różnica ciśnień

między komorą ssawną i przestrzenią roboczą otwiera samoczynny zawór ssawny i

następuje napełnienie cylindra ziębnikiem. Po osiągnięciu przez tłok DMP, cała przestrzeń

robocza napełniona jest parami ziębnika o ciśnieniu podobnym jak w komorze ssawnej. Po

przekroczeniu DMP samoczynny zawór ssawny zamyka się wskutek wyrównania ciśnień po

obu jego stronach i rozpoczyna się faza sprężania par ziębnika wskutek ruchu tłoka w

kierunku GMP i zmniejszania przestrzeni roboczej. Po osiągnięciu w przestrzeni roboczej

ciśnienia na tyle wyższego od ciśnienia w komorze tłocznej aby otworzył się samoczynny

zawór tłoczny, następuje faza wytłaczania sprężonych par ziębnika z cylindra sprężarki. Po

osiągnięciu GMP samoczynny zawór tłoczny zamyka się i kończy się cykl roboczy sprężarki.

Regulacja wydajności sprężarki jednocylindrowej odbywa się przez cykliczne

włączanie i wyłączanie sprężarki albo przez zmianę prędkości obrotowej. Regulacja

wydajności sprężarki wielocylindrowej odbywa się przez wyłączanie poszczególnych

cylindrów. Wyłączanie cylindra polega na wymuszeniu otwarcia samoczynnego zaworu

ssawnego podczas całego cyklu roboczego sprężarki. W efekcie po przekroczeniu DMP

zawór ssawny pozostaje otwarty a ruch tłoka w kierunku GMP powoduje wytłaczanie

zassanego ziębnika z powrotem do komory ssawnej.




14

Zagadnienie 4.D: Sprężarki śrubowe (konstrukcja, regulacja wydajności, zmienny

współczynnik kompresji, funkcje oleju

Zasadniczymi elementami sprężarki śrubowej są dwa współpracujące ze sobą wirniki,

posiadające nacięte na obwodzie kształtowe zęby śrubowe, osadzone obrotowo z

minimalnym luzem obwodowym w korpusie. Liczba nacięć na obu wirnikach jest różna.

Moment napędowy doprowadzony jest do wirnika czynnego z mniejszą liczbą zębów o

profilu wypukłym. Pomiędzy wirniki wtryskiwany jest olej, który wypełnia przestrzenie

międzyzębne. Olej pełni w sprężarce rolę uszczelniającą przestrzeń roboczą, zmniejsza

zużycie współpracujących powierzchni wirników, odbiera część ciepła przegrzania ziębnika

podczas sprężania oraz obniża poziom hałasu.

Przestrzeń roboczą sprężania tworzy każda bruzda międzyzębna oraz zamykające je

ścianki obudowy. Sprężanie ziębnika następuje w wyniku stopniowego wchodzenia w bruzdę

wirnika czynnego zęba współpracującego z nim wirnika biernego. Podczas obrotu wirników

każda bruzda uzyskuje połączenie na przemian z komorami ssawną i tłoczną przez okna

sterujące wykonane w przeciwległych ściankach czołowych obudowy.

Cykl roboczy rozpoczyna się z chwilą gdy krawędź obrysu czołowego bruzdy

wchodzi w obręb okna ssawnego a współpracujący z nią obrys czołowy powierzchni zęba

przylega do niej z minimalnym luzem. Wraz z obrotem wirników powierzchnia styku wirników,

czyli zamknięcie przestrzeni roboczej, zlokalizowane początkowo na powierzchni czołowej

ssawnej przesuwa się wzdłuż osi wirników w kierunku przeciwnej ściany czołowej, co

powoduje powiększanie przestrzeni roboczej w kształcie przestrzennej litery V.

Powiększająca się przestrzeń robocza napełnia się ziębnikiem. Faza napełniania twa do

chwili, gdy tylna krawędź obrysu czołowego bruzdy osiągnie krawędź okna ssawnego i

napełniona bruzda zostaje odcięta od komory ssawnej. Podczas dalszego obrotu wirników

następuje obwodowe przemieszczanie napełnionej bruzdy bez zmiany objętości aż do chwili,

gdy bruzda wejdzie w kolejne zazębienie z obrysem czołowym wypukłej powierzchni zęba.

Jest to faza przenoszenia. Od momentu wejścia w kontakt od strony okna ssawnego

powierzchnia styku zaczyna przemieszczać się osiowo tak jak w fazie napełniania ale tym

razem zmniejsza objętość bruzdy w kształcie V wypełnionej ziębnikiem, podczas gdy

przestrzeń czołowa wirników od strony tłocznej jest zamknięta obudową. Jest to faza

sprężania. Trwa on do chwili, gdy przednie krawędzie bruzd zamkniętych poruszającą się




15

powierzchnią styku wejdą w obręb okna tłocznego w obudowie. Od tej chwili rozpoczyna się

faza wytłaczania ziębnika pod stałym ciśnieniem. Trwa ona do chwili, gdy przesuwająca się

powierzchnia styku zamykająca przestrzeń roboczą znajdzie się na czołowej powierzchni

wirników od strony tłocznej, czyli przestrzeń robocza osiągnie wartość zerową. Jednocześnie

krawędzie zarysu tylnego bruzdy mijają w tym momencie zarys okna tłocznego.

Regulacja wydajności sprężarek śrubowych polega na upuszczaniu części

zassanego ziębnika na stronę ssawną. Realizacja polega na zmianie czynnej długości

wirnika za pomocą suwaka regulacyjnego. Suwak regulacyjny stanowi przesuwny wycinek

obudowy wirników dopasowany do powierzchni roboczej. Przemieszczanie suwaka pozwala

na przepływ ziębnika z przestrzeni roboczej z powrotem na stronę ssawną. Układ regulacji

pozwala na ciągłą zmianę wydajności w zakresie 10- 100%.

Wielkością charakteryzującą sprężarkę śrubową jest wewnętrzny objętościowy

współczynnik kompresji zdefiniowany jako stosunek objętości czynnika zawartego w

przestrzeni międzyzębnej w chwili gdy jest ona połączona ze stroną ssawną do objętości

czynnika, gdy przestrzeń międzyzębna osiąga otwór wylotowy. Zmiana współczynnika

kompresji polega na wykorzystaniu dodatkowego ruchomego ogranicznika współpracującego

z suwakiem regulacji wydajności od strony ssawnej przestrzeni roboczej, co zmienia punkt

wylotu czynnika do otworu upustowego i stopień sprężania.

Zagadnienie 4.E: Sprężarki i agregaty spiralne (konstrukcja, regulacja wydajności)

Zasadniczymi elementami sprężarki spiralnej są dwie osadzone jedna wewnątrz

drugiej współpracujące ze sobą spirale, podobne w kształcie do sprali Archimedesa. Jedna z

nich jest nieruchoma, druga zaś ruchoma. Stykające się powierzchnie spiral tworzą

zamknięte przestrzenie robocze w kształcie półksiężyców ograniczone ściankami korpusu.

Spirala ruchoma wykonuje złożony ruch kołowo- orbitujący w wyniku którego równocześnie

po dwóch przeciwnie położonych stronach powstają powiększające się przestrzenie robocze

do których zassany zostaje ziębnik. Przy dalszym obrocie spirali ruchomej przestrzenie

zostają zamknięte i oddzielone od otworów ssawnych co rozpoczyna fazę sprężania. W

wyniku dalszego ruchu spirali ruchomej przestrzenie robocze wędrują w kierunku centrum

jednocześnie zmniejszając swoją objętość. Proces sprężania kończy się z chwilą gdy

przestrzeń robocza dociera do centrum spiral i uzyskuje połączenie z otworem tłocznym. W




16

wyniku dalszego ruchu spirali następuje wytłaczanie ziębnika do przestrzeni tłocznej. Pełny

cykl sprężania przebiega podczas obrotu spirali ruchomej o 580o, a więc podczas dwóch

niepełnych obrotów.

Regulacja wydajności sprężarek spiralnych polega na zmianie mimośrodowości

ruchu spirali ruchomej za pośrednictwem specjalnego mechanizmu sprzęgłowego łączącego

spiralę z mimośrodem wału napędowego.




17

Temat 5 (1h): Aparatura chłodnicza

Zagadnienie 5.A: Wymagania stawiane wymiennikom ciepła

Wymienniki ciepła stosowane w urządzeniach chłodniczych do wymienniki

przeponowe w których wymiana ciepła odbywa się na drodze przenikania przez ścianki

przewodów rurowych lub płyt. Dobór wymiennika wynika z powierzchni wymiany ciepła

wyznaczonej z równania Pecleta w oparciu o strumień ciepła określony z bilansu urządzenia.

Poza strumieniem ciepła należy określić typ wymiennika, wartość współczynnika przenikania

ciepła oraz średnią logarytmiczną różnicę temperatur, rodzaj materiałów konstrukcyjnych i

rodzaj podłączeń uwzględniający specyfikę stosowania wymiennika.

Zagadnienie 5.B: Skraplacze

Skraplacze służą do przekazania medium chłodzącemu ciepła przegrzania,

skraplania i przechłodzenia ziębnika. Medium chłodzącym może być woda, powietrze lub

mieszanina wodno – powietrzna. Podział skraplaczy wynika z rodzaju rozwiązania

konstrukcyjnego:

Skraplacze płaszczowo- rurowe poziome i pionowe

Skraplacze płytowe

Skraplacze współosiowe wężownicowe

Skraplacze natryskowo- wyparne

Schemat wyposażenia skraplacza płaszczowo- rurowego przedstawiono na rys. 5.1.




18

Rys. 5.1 Schemat skraplacza płaszczowo- rurowego

Zagadnienie 5.C: Chłodnice powietrza (typy, sposoby chłodzenia ładowni, sposoby zasilania

Wymienniki do chłodzenia powietrza dzielą się na grawitacyjne parowniki rurowe oraz

chłodnice wentylatorowe. W urządzeniach pracujących z amoniakiem stosuje się zasilane od

dołu parowniki stromorurowe wykonane z równolegle zasilanych, pionowych rur stalowych,

połączonych kolektorami. Ze względu na małą prędkość przepływu ziębnika, związaną z

portem oleju, tego rodzaju parowniki nie mogą być stosowane do freonów. Zamiast nich

stosuje się zasilane od góry parowniki wężownicowe, najczęściej z rur ożebrowanych.

Ożebrowanie zwiększa powierzchnię wymiany ciepła a powierzchnia żeber może być

specjalnie kształtowana w celu zwiększenia turbulencji przepływu powietrza. Parowniki maja

niewielki współczynnik przenikania ciepła ze względu na małą prędkość ruchu powietrza

wywołaną naturalną różnicą gęstości powietrza.

Chłodnice wentylatorowe to parowniki wężownicowe zamknięte w obudowie

wyposażonej w wentylator wymuszający ruch powietrza. Posiadają wielokrotnie większy

współczynnik przenikania ciepła od parowników grawitacyjnych co pozwala na zmniejszenie

wymiarów wymiennika przy tej samej wydajności chłodniczej. Wadą chłodnic

wentylatorowych jest wyższa energochłonność instalacji wynikająca z mocy napędowej

wentylatorów.




19

Zagadnienie 5.D: Chłodnice do chłodzenia cieczy

Wymienniki do chłodzenia cieczy dzielą się na trzy grupy: parowniki stromorurowe i

wężownicowe, parowniki płaszczowo- rurowe oraz parowniki płytowe. Podobnie jak w

chłodnicach powietrza do urządzeń amoniakalnych stosowane są parowniki stromorurowe

zanurzone w otwartych zbiornikach. Ich zaletą jest odporność na zamarzanie chłodzonej

cieczy a wadą duże wymiary i niebezpieczeństwo korozji w wyniku natleniania chłodzonej

cieczy wynikającej ze zwiększenia rozpuszczalności gazu po obniżeniu temperatury. W

instalacjach freonowych podobnie jak w chłodnicach powietrza stosuje się zanurzone

parowniki wężownicowe.

W parownikach płaszczowo- rurowych na zewnątrz pęku rur umieszczonych w

płaszczu wrze ziębnik w stanie nasycenia. Wewnątrz rur przepływa medium oddające ciepło,

najczęściej woda, solanka lub glikol. W parownikach freonowych rury są zewnętrznie

żebrowane, co podwyższa współczynnik przekazywania ciepła.

Chłodzenie cieczy może być realizowane za pomocą wymienników płytowych. W

przestrzeniach międzypłytowych przepływa w przeciwnym kierunku ziębnik i kontaktujące

się z nim przez ściankę medium chłodzące. Powierzchnia płyt jest odpowiednio

ukształtowana celem zwiększenia powierzchni wymiany ciepła i prędkości przepływu.

Zagadnienie 5.E: Odpowietrzacze

Odpowietrzacze centralne to urządzenia w których zapowietrzona para ziębnika

zostaje wykroplona a oddzielone powietrze zostaje odprowadzone na zewnątrz instalacji.

Mieszanina parowo- powietrzna doprowadzona jest do odpowietrzacza rurociągami z

newralgicznych punktów instalacji a medium chłodzącym mieszaninę jest ziębnik pod

ciśnieniem skraplania wtryskiwany do wężownicy chłodzącej przez zawór regulacyjny.

Zagadnienie 5.F: Chłodnice międzystopniowe

Chłodnice międzystopniowe dzielą się na dwie grupy: chłodnice z wężownicą

chłodzącą- rys. 5.2 i bez wężownicy. Chłodnice międzystopniowe bez wężownicy służą do

schłodzenia pary czynnika opuszczającego pierwszy stopień sprężania do temperatury




20

międzystopniowej, a chłodnice z wężownicą dodatkowo do schłodzenia cieczy

opuszczającej skraplacz do temperatury nieco wyższej od temperatury nasycenia dla

ciśnienia międzystopniowego. Chłodnica międzystopniowa wypełniona jest ciekłym

ziębnikiem do poziomu utrzymywanego automatycznie za pomocą zaworu regulacyjnego.

Przegrzana para ziębnika wypływająca z niskiego stopnia sprężania wprowadzana jest do

chłodnicy poniżej poziomu cieczy. Znad lustra cieczy zasysana jest przez sprężarkę

drugiego stopnia para sucha nasycona.

Rys. 5.2 Chłodnica międzystopniowa z wężownicą dochładzacza

Zagadnienie 5.G: Pompy ziębnika

W układach pompowych obieg ziębnika przez parowniki utrzymywany jest przez

pompy wirowe zasilane przez filtry z oddzielacza cieczy. Pompy posiadają izolacje termiczną

korpusów.

Zagadnienie 5.H: Zbiorniki ziębnika i oleju

W instalacjach chłodniczych stosuje się zbiorniki ziębnika spływającego ze

skraplacza, osuszacza lub zbiorniki drenażowe. Zbiorniki mogą być wyposażone w króćce

dopływowe, króćce manometryczne, wyrównania ciśnień, zaworów bezpieczeństwa i




21

spustowe oraz wzierniki poziomu cieczy. Zbiorniki oleju stosuje się w instalacjach

wyposażonych w układ centralnego smarowania. Poza rurociągiem doprowadzającym olej

do sprężarek zbiornik wyposażony jest w króćce łączące przestrzeń wewnętrzną ze stroną

ssawną i tłoczną sprężarki oraz króciec z lejkiem do napełniania zbiornika świeżym olejem.

Zagadnienie 5.I: Osuszacze i zespoły osuszające

Osuszacze służą do zabezpieczenia sprężarki przed zalaniem cieczą ziębnika.

Instalowane są pomiędzy parownikiem a sprężarką. Osuszacze dzielą się na pionowe i

poziome. Pierwsze z nich stosowane są w układach ciśnieniowych a drugie w układach

pompowych, gdzie pełnią rolę zbiorników drenażowych lub separatorów mieszaniny

dwufazowej cieczy i pary. Oddzielenie kropel ziębnika od pary następuje dzięki gwałtownej

zmianie kierunku i prędkości przepływu. Olej gromadzący się w osuszaczu odprowadzany

jest okresowo do rekuperatora oleju.

Zagadnienie 5.J: Regeneracyjne wymienniki ciepła

Regeneracyjne wymienniki ciepła to przeponowe wymienniki stosowane są w

instalacjach freonowych. W wymienniku zachodzi przekazanie strumienia ciepła od ciekłego

ziębnika opuszczającego skraplacz do par ziębnika opuszczających parownik. W wyniku

wymiany ciepła ciekły ziębnik zasilający zawór regulacyjny parownika ulega przechłodzeniu

a para dopływająca do sprężarki przegrzaniu. Wymienniki mają charakter „rury w rurze”.

Rurą wewnętrzną wyposażoną najczęściej w spiralną wkładkę płynie ruchem wirowym

dochładzana ciecz ziębnika a przestrzenią międzyrurową podgrzewana para. Rura

wewnętrzna posiada ożebrowanie od strony parowej, co intensyfikuje wymianę ciepła.

Wymienniki mają niewielkie rozmiary ze względu na maksymalną możliwą do osiągnięcia w

układzie chłodniczym różnicę temperatur w wymianie ciepła wynikającą z temperatur

parowania i skraplania.

Zagadnienie 5.K: Odolejacze amoniakalne i freonowe




22

Odolejacze służą do zatrzymania i skierowania z powrotem do sprężarki oleju

unoszonego przez gorące pary ziębnika opuszczające sprężarkę. Montowane są między

sprężarką i skraplaczem. Zasada działania opiera się na wykorzystaniu gwałtownej zmiany

kierunku i prędkości przepływu par ziębnika zanieczyszczonych kropelkami oleju. Odolejacze

do amoniaku wymagają chłodzenia, dlatego posiadają płaszcz wodny pozwalający na

wykroplenie par oleju. Skuteczność odolejaczy freonowych wymaga z kolei podniesienia

temperatury procesu. Wykorzystuje się ciepło niesione przez pary ziębnika do podgrzewania

wewnętrznego naczynia w którym następuje separacja oleju. Oddzielony olej gromadzi się w

dolnej części odolejacza, skąd odprowadzany jest automatycznie przez zawór pływakowy.

Zagadnienie 5.L: Odgazowywacze oleju instalacji freonowych

Odgazowywacze oleju dużych instalacji freonowych służą do oczyszczenia oleju z

rozpuszczonego w nim ziębnika. Olej o temperaturze nasycenia dla ciśnienia parowania

trafia okresowo do odgazowywacza z separatora cieczy. Odgazowywacz posiada

zewnętrzny płaszcz przez który przepływa ciekły ziębnik o temperaturze skraplania. W

wyniku podgrzania ziębnik rozpuszczony w oleju ulega odparowaniu i gromadzi się w górnej

części odgazowywacza skąd jest okresowo odprowadzany przez połączenie ze stroną

ssawną sprężarki. Poziomy oleju i procesy napełniania, odgazowywania oraz opróżniania

kontrolowane są automatycznie.




23

Temat 6 (1h): Urządzenia chłodnicze- osprzęt, armatura, ziębniki, ziębiwa, oleje, kierunki rozwoju

Najważniejsze elementy drobnej armatury chłodniczej to odwadniacze, wzierniki, filtry

par i ciekłego czynnika oraz zawory odcinające. Odwadniacze służą do usuwania z instalacji

wilgoci, która przedostaje się podczas czynności obsługowych związanych z demontażem

elementów lub uzupełnianiem mediów roboczych. Odwadniacze instalowane są pomiędzy

zbiornikiem cieczy i zaworami regulacyjnymi parowników. Działają na zasadzie reakcji

chemicznej lub pochłaniania wody i posiadają ograniczoną chłonność decydującą o czasie

eksploatacji. Korpusy odwadniaczy z wymiennym wkładem posiadają króćce do uzupełniania

ziębnika w instalacji.

Wziernik służy do kontroli przepływu i stanu ziębnika przed zaworem regulacyjnym.

Obecność pęcherzyków pary we wzierniku świadczy o częściowym odparowaniu ziębnika w

przewodzie zasilającym spowodowanym spadkiem ciśnienia lub zyskiem ciepła co

zmniejsza sprawność urządzenia chłodniczego. Wzierniki wyposażone są dodatkowo w

indykatory wilgoci.

Rys. 6.1. Zamienniki tradycyjnych ziębników




24

Zawory regulacyjne wyposażone są we własne precyzyjne filtry ziębnika na dopływie.

Ze względu na minimalną chłonność tych filtrów w instalacji montuje się tuż za zbiornikiem

dodatkowe filtry ciekłego ziębnika zatrzymujące większe zanieczyszczenia, które mogą

uwalniać się w trakcie eksploatacji instalacji. Sprężarka zabezpieczona jest z kolei filtrem

ssawnym par, zamontowanym bezpośrednio przed króćcem ssawnym.

W związku ze stwierdzeniem negatywnego wpływu freonów na środowisko naturalne

rozważa się szereg możliwości opanowania tego problemu. Jako zamienniki wycofywanych

ziębników proponuje się związki naturalne, syntetyczne oraz mieszaniny- rys. 6.1.

W związku z wprowadzaniem do eksploatacji zamienników do rozwiązania pozostają

problemy wynikające z wzajemnej rozpuszczalności i kompatybilności nowych ziębników i

olejów oraz ich oddziaływanie na materiały konstrukcyjne i reakcja z wilgocią.




25

Temat 7 (2h): Współdziałanie sprężarki z innymi urządzeniami układu chłodniczego Zagadnienie 7.A: Współdziałanie sprężarki z parowaczem i zaworem rozprężnym

Współpraca sprężarki z elementami układu po stronie ssawnej wymaga dopasowania

jej mocy chłodniczej do strumienia ciepła odbieranego przez parownik zasilany ziębnikiem

dostarczanym przez zawór regulacyjny- rys. 7.1. Moc chłodnicza elementów układu jest

funkcją temperatury parowania ziębnika w parowniku. Efektem dopasowania mocy

chłodniczej elementów jest ustalenie się ciśnienia parowania na określonym poziomie.

Rys. 7.1. Współpraca sprężarki z elementami układu po stronie ssawnej.

Zagadnienie 7.B: Współdziałanie sprężarki ze skraplaczem

Współpraca sprężarki z elementami układu po stronie tłocznej wymaga dopasowania

mocy chłodniczej sprężarki do mocy skraplacza. Moc chłodnicza elementów jest funkcją

temperatury skraplania. Efektem równowagi jest ustalenie się temperatury skraplania na

określonym poziomie- rys. 7.2.




26

Zagadnienie 7.C: Zmiany punktu współpracy w urządzeniu chłodniczym przy różnych

stanach eksploatacyjnych i niesprawnościach działania

Punkt współpracy w urządzeniu chłodniczym zależy od szeregu parametrów pracy,

które zmieniają się wraz ze zmianą ilości ciepła dostarczanego do parownika w związku ze

zmianą stanu pracy komory chłodniczej (wychładzanie, praca przy stałym obciążeniu,

odszranianie, zmiana temperatury otoczenia itp.) ilości ciepła odbieranego w skraplaczu w

związku ze zmianą warunków zewnętrznych (temperatura medium chłodzącego skraplacz),

zmiany przepływu ziębnika w związku ze zmianą oporów przepływu i oporów cieplnych

(zabrudzenie filtrów i powierzchni wymiany ciepła) oraz zużyciem współpracujących

elementów (sprężarka, zawory regulacyjne, pompy).

Rys. 7.2. Współpraca sprężarki z elementami układu po stronie tłocznej.

Moc cieplna każdego z zasadniczych elementów układu chłodniczego zależy od

parametrów konstrukcyjnych i warunków pracy przedstawionych na rysunkach 7.3- 7.6.

Zagadnienie 7.D: Wpływ wymuszeń eksploatacyjnych i wartości wielkości nastawczych na

skuteczność i sprawność procesu ziębienia




27

Podstawowe wymuszenia eksploatacyjne układu chłodniczego to zmiana warunków

przekazywania ciepła ze źródła dolnego (parownika) oraz do źródła górnego (skraplacza).

Wartościami nastawczymi są ustawienia elementów automatyki dwupołożeniowej i

proporcjonalnej decydującej o utrzymaniu temperatur w komorach chłodniczych, ciśnień

parowania w parownikach, wydajności zasilania parowników, wydajności sprężarki oraz

wydajności skraplacza. Ciśnienie parowania wynikające ze sposobu ustawienia zaworów

regulacyjnych wpływa zarówno na wydajność parownika wynikającą ze zmiany

współczynnika przekazywania ciepła i wykorzystania jego powierzchni jak i na problemy

eksploatacyjne związane ze szronieniem parownika, powrotem oleju do sprężarki czy

trwałością sprężarki i samego elementu regulacyjnego. Ciśnienia startu i stopu sprężarki

oraz elementów regulacji wydajności decydują o możliwości osiągnięcia założonej

temperatury w komorach chłodniczych oraz efektywności energetycznej instalacji.

Rys. 7.3. Zależność mocy chłodniczej sprężarki od parametrów instalacji.




28

Rys. 7.4. Zależność mocy cieplnej skraplacza od parametrów instalacji.

Rys. 7.5. Zależność mocy chłodniczej zaworu regulacyjnego od parametrów instalacji.




29

Rys. 7.6. Zależność mocy chłodniczej parownika od parametrów instalacji.




30

Temat 8 (2h): Automatyzacja urządzeń i instalacji chłodniczych

Zagadnienie 8.A: Automatyzacja zasilania ziębnikiem (rurki kapilarne, zawory rozprężne,

regulatory poziomu ziębnika)

Automatyzacja zasilania ziębnikiem to sposób regulacji ilości ziębnika dopływającego

do parownika. Elementy regulujące dopływ ziębnika dzielą się na: kapilary, presostatyczne

zawory rozprężne, termostatyczne zawory rozprężne (TZR), elektroniczne zawory rozprężne

(EZR) oraz regulatory poziomu cieczy niskiego i wysokiego ciśnienia. Zadania stawiane

przed elementami regulacyjnymi to: obniżenie ciśnienia ciekłego ziębnika od ciśnienia

skraplania do ciśnienia parowania, minimalizacja mocy rozruchowej sprężarki, szczelne

odcięcie parownika od sprężarki podczas jej postoju oraz dopasowanie ilości ziębnika do

zmiennego obciążenia cieplnego parownika czy też zachowanie stałego przegrzania par

opuszczających parownik i maksymalne wykorzystanie powierzchni parownika. Ilość

realizowanych zadań zależy od rodzaju elementu regulacyjnego.

Zagadnienie 8.B: Automatyczne zawory wodne skraplaczy

Zadaniem automatycznego zaworu wodnego skraplacza jest utrzymanie stałego

ciśnienia skraplania ziębnika niezależnie od zmieniającego się obciążenia cieplnego

instalacji lub parametrów medium chłodzącego. Reguluje on strumień masowy medium

chłodzącego skraplacz w zależności od mierzonego ciśnienia nasycenia wewnątrz

skraplacza. Przy wzroście ciśnienia skraplania, świadczącym o konieczności zwiększenia

odbioru ciepła w skraplaczu, przekrój przepływu przez zawór rośnie co pozwala na

odebranie większej ilości ciepła skraplania.

Zagadnienie 8.C: Automatyzacja komór chłodniczych

Automatyzacja komór chłodniczych polega na: utrzymywaniu temperatury w komorze

chłodniczej w założonym zakresie, sterowaniu ciśnieniem parowania, sterowaniu

wilgotnością względną powietrza oraz początkiem i końcem procesu odszraniania. Zadania




31

te mogą być realizowane przez automatykę dwupołożeniową albo przez układy centralnego

sterowania

Zagadnienie 8.D: Automatyzacja agregatów chłodniczych

Automatyzacja agregatów chłodniczych sprowadza się do regulacji ciśnień skraplania

i parowania, dopasowania wydajności agregatu do potrzeb chłodzenia i monitorowania oraz

alarmowania o stanach różniących się od wartości zadanych.

Zagadnienie 8.E: Automatyzacja współdziałania agregatów i komór chłodniczych

Automatyzacja współdziałania agregatów i komór chłodniczych polega na

dopasowaniu wydajności chłodniczej agregatów do potrzeb chłodzenia czyli ilości ciepła

dopływającego do parowników, przy zachowaniu regulowanych parametrów takich jak

temperatury i ciśnienia na założonym poziomie. Dodatkowo, automatyzacja obejmuje

kontrolę stanu zaszronienia parowników, uruchamianie i kontrolę odszraniania, oraz

automatyczne dopasowanie temperatur do pory dnia.

Zagadnienie 8.F: Automatyzacja ssania i tłoczenia sprężarek

Ciśnienie par ziębnika po stronie ssawnej sprężarki niesie informacje o aktualnej

relacji wydajności parowników do wydajności sprężarki. Automatyzacja strony ssawnej

sprowadza się do regulacji ciśnienia parowania za pomocą za pomocą zaworów stałego

ciśnienia, zaworów dwupołożeniowych i termostatycznych zaworów dławiących oraz

regulacji ciśnienia ssania za pomocą zaworów upustowych. Automatyzacja strony tłocznej

polega na regulacji ciśnienia tłoczenia za pomocą automatycznych zaworów wodnych

presostatycznych lub termostatycznych oraz elektromagnetycznych odcinających zaworów

wodnych.




32

Temat 9 (2h): Eksploatacja instalacji chłodniczych

Zagadnienie 9.A: Ogólne zasady eksploatacji instalacji chłodniczych

Podczas eksploatacji instalacji chłodniczych najistotniejsze jest zachowanie procedur

bezpieczeństwa wynikających z obsługi aparatury wypełnionej medium pod wysokim

ciśnieniem, w warunkach niskich i wysokich temperatur oraz zabezpieczenie instalacji przed

wprowadzeniem do niej wilgoci, powietrza i zanieczyszczeń.

Zagadnienie 9.B: Bieżąca i okresowa obsługa instalacji chłodniczych

Obsługa instalacji chłodniczych sprowadza się do okresowych procedur polegających

na kontroli ogólnego stanu instalacji, sprawdzania sprężarki i przewodów ziębnika,

skraplacza, parownika, automatyki silników elektrycznych, wentylatorów i pomp. Każda z

procedur obejmuje wykonywanie powtarzających się czynności, kontrolę newralgicznych

punktów oraz poszukiwanie charakterystycznych objawów i zmianę wartości parametrów

pracy świadczących o nieprawidłowościach w pracy instalacji, takich jak zapowietrzenie,

zaszronienie, zaolejenie, zabrudzenie, zawilgocenie, utrata ziębnika lub oleju, spadek

wydajności, nieprawidłowe nastawy aparatury.

Zagadnienie 9.C: Objawy, przyczyny, konsekwencje różnych nieprawidłowości w instalacjach

chłodniczych

Określenie przyczyny nieprawidłowej pracy instalacji wymaga systematycznego

podejścia celem eliminacji potencjalnych przyczyn, poczynając od najprostszych, do

najbardziej złożonych. Najczęściej występujące nieprawidłowości to stan w którym: nie

można uruchomić sprężarki, sprężarka pracuje lecz nie osiąga efektu chłodniczego,

sprężarka pracuje w krótkich cyklach lub bez zatrzymania, sprężarka pracuje zbyt głośno lub

jest zaszroniona, obserwuje się ubytek oleju ze sprężarki, w jednej z komór chłodniczych

występuje zbyt wysoka lub zbyt niska temperatura, obserwuje się zbyt wysokie lub zbyt

niskie ciśnienie skraplania lub parowania. W każdej z tych sytuacji należy podjąć

odpowiednie kroki kontrolne celem ustalenia i usunięcia przyczyny nieprawidłowości.




33

Zagadnienie 9.D: Procedury postępowania przy różnych czynnościach eksploatacyjnych

(uzupełnianie ziębnika i oleju, odpowietrzanie, odwadnianie, lokalizacja i usuwanie

nieszczelności, odszranianie, rozruch po dłuższym postoju, odstawianie instalacji)

Podczas wykonywania wszystkich czynności eksploatacyjnych należy przestrzegać

procedur bezpieczeństwa pracy i zachować środki ostrożności zabezpieczające przed

penetracją wnętrza instalacji przez środowisko zewnętrzne. Typowe procedury

eksploatacyjne to sprawdzanie szczelności urządzeń po montażu i w trakcie eksploatacji,

osuszanie instalacji, dodawanie i wymiana oleju, napełnianie i dopełnianie ziębnikiem,

odpowietrzanie i odwadnianie w trakcie eksploatacji, demontaż i montaż poszczególnych

elementów, czyszczenie filtrów, odszranianie gorącymi parami, odstawianie na krótki lub

długi postój i ponowny rozruch oraz spuszczanie ziębnika.




34

Temat 10 (2h): Systemy wentylacji i klimatyzacji stosowane na statkach morskich

Zagadnienie 10.A: Podstawy klimatyzacji (cel i rodzaje klimatyzacji)

Celem klimatyzacji bytowej jest automatyczna regulacja parametrów środowiska w

pomieszczeniu celem osiągnięcia komfortu cieplnego ludzi a klimatyzacji przemysłowej

parametrów atmosfery pomieszczenia na poziomie określonym wymaganiami procesu

technologicznego. Rodzaje klimatyzacji wyjaśnia rys. 10.1.

Rys. 10.1 Rodzaje klimatyzacji

Zagadnienie 10.B: Parametry klimatyczne pomieszczeń, komfort klimatyczny

Komfort klimatyczny wynika z parametrów środowiska, regulowanych przez instalację

klimatyzacyjną. Poczucie komfortu nie jest pojęciem obiektywnym, lecz subiektywnym

wrażeniem wynikającym ze zdolności człowieka do utrzymania równowago cieplnej z

otoczeniem. Zależy od wieku, płci, rodzaju aktywności i indywidualnych przyzwyczajeń. O

poczuciu komfortu decyduje: temperatura suchego termometru, wilgotność względna,

prędkość i kierunek ruchu powietrza oraz średnia temperatura promieniowania otaczających

powierzchni.




35

Zagadnienie 10.C: Obróbka powietrza w klimatyzacji (wykresy psychrometryczne, operacje

obróbki powietrza, bilans cieplno- wilgotnościowy pomieszczeń)

Obróbka powietrza w klimatyzacji obrazowana jest na wykresie psychrometrycznym

Moliera w ukośnym układzie współrzędnych „i- x”, zbudowanym w oparciu o równanie

opisujące entalpię powietrza wilgotnego. Podstawowe operacje obróbki powietrza

wizualizowane na wykresie psychrometrycznym to mieszanie strumieni powietrza,

nagrzewanie, chłodzenie mokre i suche oraz nawilżanie wodą i parą. Bilans cieplno

wilgotnościowy pomieszczeń to suma zysków i strat ciepła oraz zysków wilgoci. Bilans

przedstawiany jest na wykresie „i- x” w postaci wektora kierunku przemiany Δi/Δx, którego

kąt pochylenia wynikający z wartości składowych przyrostu entalpii i zawartości wilgoci

zgodny jest z podziałką kierunkową wykresu.

Rys.10.2. Wektor kierunku przemiany na wykresie i- x.

Zagadnienie 10.D: Systemy i urządzenia klimatyzacyjne

Systematyka urządzeń klimatyzacyjnych wynika z wielu kryteriów przedstawionych na

rysunku 10.3.




36

Rys. 10.3. Podział instalacji klimatyzacyjnych

Zagadnienie 10.E: Automatyzacja urządzeń klimatyzacyjnych

Urządzenia klimatyzacyjne pracują podczas wielosezonowej eksploatacji w bardzo

szerokim zakresie obciążeń chłodniczych i grzewczych. Uzyskanie stabilności regulowanych

parametrów środowiska wymaga zastosowania automatycznej regulacji i kontroli wielu

parametrów instalacji. Należą do nich: masowy strumień powietrza świeżego, wywiewanego,

oraz recyrkulacji, stan filtrów powietrza, strumień czynnika grzewczego i chłodzącego,

ciśnienia wytwarzane przez wentylatory, temperatury powietrza zewnętrznego,

wywiewanego i zmieszanego, wydajność i parametry pracy urządzeń chłodniczych.

Zagadnienie 10.F: Wentylacja siłowni okrętowych

Wentylacja siłowni okrętowych wymaga uwzględnienia: bilansu zysków ciepła i

wilgoci, kryterium maksymalnych stężeń czynników szkodliwych, strumienia powietrza

niezbędnego do spalania paliwa oraz opracowania optymalnego sposobu rozdziału

powietrza. Skuteczność wentylacji zależy zarówno od strumienia powietrza jak i metody

jego rozdziału. Stosowane są równolegle nisko i wysokoprędkościowe metody wentylacji

oraz metody wymuszające cyrkulację powietrza wewnątrz pomieszczenia. Wykorzystuje się




37

trzy generalne metody rozdziału powietrza wentylacyjnego oraz wiele modyfikacji takich jak

systemy kombinowane wysokoprędkościowe, systemy przepływowe z recyrkulacją czy

systemy wentylacji aktywnej. Na niektórych statkach istotne jest dokładne oczyszczanie

powietrza zewnętrznego co przy wydajnościach wentylacji stosowanych w siłowni jest

osobnym zagadnieniem technicznym. Niezależnym zagadnieniem jest wentylacja i

klimatyzacja central manewrowo- kontrolnych, w których podstawowym zadaniem jest

utrzymanie warunków środowiska niezbędnych do zapewnienia poprawnej pracy

elektronicznego wyposażenia układów automatyki, kontroli i sterowania pracą siłowni.

Zagadnienie 10.G: Wentylacja ładowni

Wentylacja ładowni służy do odprowadzenia zysków ciepła i wilgoci oraz zapobiega

wykraplaniu się wilgoci na powierzchni ścian ładowni i ładunku. Warunkiem poprawnego

działania instalacji jest właściwy rozdział powietrza wewnątrz ładowni. Na skuteczność

wentylacji wpływa wiele czynników takich jak wilgotność, temperatura i rozmieszczenie

ładunku, temperatura wody zaburtowej, warunki podczas załadunku, rodzaj opakowań

ładunku, wymiana ciepła przez pokład, reakcje biologiczne i zjawiska fizykochemiczne

zachodzące wewnątrz ładunku. Stosuje się naturalne, otwarte, zamknięte systemy wentylacji

oraz systemy z osuszaniem powietrza. Osobnym zagadnieniem są instalacje ładowni

chłodzonych, kontenerowców oraz statków do przewozu samochodów takich jak promy czy

jednostki RO-RO.

Zagadnienie 10.H: Eksploatacja systemów wentylacji i klimatyzacji

Eksploatacja instalacji wentylacji i klimatyzacji wymaga stosowania właściwych

procedur oraz wymaganych prac konserwacyjnych i remontowych przewidzianych w

systemie planowej obsługi. Problemy związane z pracą instalacji można odnieść do

poszczególnych elementów które występują w każdej instalacji. Są nimi centrala

klimatyzacyjna, sieć przewodów rozprowadzających, szafki nawiewne i wciągowe, oraz

instalacja chłodnicza a w przypadku systemów pośredniego chłodzenia dodatkowo instalacja

cyrkulacji medium chłodzącego. Problemy związane z eksploatacją centrali dotyczą zbyt

niskiego strumienia lub niewłaściwej temperatury i wilgotności powietrza względnie emisji




38

nadmiernego hałasu. Problemy związane z siecią przewodów to nieszczelności oraz awarie

regulatorów ciśnienia. W przypadku szaf nawiewnych kontroli podlega układ wtórnej obróbki

oraz stan przepustnic powietrza. Problemy związane z eksploatacją instalacji chłodniczej

dotyczą nieprawidłowej ilości ziębnika i oleju, stanu technicznego sprężarki i silnika

napędowego, uszkodzenia armatury oraz elementów sterowania. Te same problemy dotyczą

instalacji pośredniego chłodzenia, z tym że dochodzą tutaj zagadnienia związane ze

szczelnością, zapowietrzaniem i zanieczyszczeniem powierzchni wewnętrznych i

zewnętrznych instalacji cyrkulacyjnej oraz stanem izolacji przewodów i stanem technicznym

pomp cyrkulacyjnych i wymienników ciepła.

materiały dydaktyczne chłodnictwo, klimatyzacja i wentylacja

Documents