Идентификация испарителя холодильной машины как объекта управления, синтез и анализ системы автоматического управления
1.1 Общий анализ технологического процесса, реализуемого агрегатом, целей и условий его ведения
1.1.1 Составление схемы и описание сущности технологического процесса, реализуемого технологическим агрегатом, как целенаправленного преобразования материальных и энергетических потоков
Технологический процесс производства холода в холодильной камере осуществляется управлением холодильной машиной и заключается в поддержании параметров, характеризующих уровень холода в камере, в пределах заданных значений этих параметров.
Процесс охлаждения в холодильной машине основан на физическом явлении поглощения тепла при кипении (испарении) жидкости. Температура кипения жидкости зависит от физической природы жидкости и от давления окружающей среды. Чем выше давление, тем выше температура кипения жидкости и, наоборот, чем ниже давление, тем при более низкой температуре жидкость закипает и испаряется. При одинаковых условиях разные жидкости имеют разные температуры кипения, так, например, при нормальном атмосферном давлении вода закипает при температуре +100°С, этиловый спирт +78°С, фреон R-22 минус 40,8°С, фреон R-502 минус 45,6°С, фреон R-407 минус 43,56°С, жидкий азот минус 174°С.
Жидкий фреон, являющийся в настоящее время основным хладагентом холодильной машины, находящийся в открытом сосуде при нормальном атмосферном давлении, немедленно вскипает. При этом происходит интенсивное поглощение тепла из окружающей среды, сосуд покрывается инеем из-за конденсации и замораживания паров воды из окружающего воздуха. Процесс кипения жидкого фреона будет продолжаться до тех пор, пока весь фреон не перейдет в газообразное состояние, либо давление над жидким фреоном не возрастет до определенного уровня и при этом не прекратится процесс испарения его из жидкой фазы.
Аналогичный процесс кипения хладагента происходит в холодильной машине, с той лишь разницей, что кипение хладагента происходит не в открытом сосуде, а в специальном, герметичном узле - теплообменнике, который носит название -- испаритель. При этом кипящий в трубках испарителя хладагент активно поглощает тепло от материала трубок испарителя. В свою очередь материал трубок испарителя омывается жидкостью или воздухом и как результат процесса происходит охлаждение жидкости или воздуха.
Для того, чтобы процесс кипения хладагента в испарителе происходил непрерывно, необходимо постоянно из испарителя удалять газообразный и «подливать» жидкий хладагент.
Процесс конденсации паров жидкости происходит при температуре, зависящей от давления окружающей среды. Чем выше давление, тем выше температура конденсации. Пары фреона R-22 конденсируются в жидкость при давлении 23 атмосферы уже при температуре +55°С. Процесс конденсации паров хладагента в жидкость сопровождается выделением в окружающую среду большого количества тепла. В холодильной машине конденсация паров хладагента происходит в специальном, герметичном теплообменнике, называемом конденсатором.
Для отвода выделяемого тепла используется алюминиевый теплообменник с оребренной поверхностью, называемый конденсатором. Для удаления паров хладагента из испарителя и создания необходимого для конденсации давления используется специальный насос -- компрессор.
Элементом холодильной установки является также регулятор потока хладагента, так называемая дроссилирующая капиллярная трубка. Все элементы холодильной машины соединяются трубопроводом в последовательную цепь, обеспечивая тем самым замкнутую систему.
Упрощенная схема холодильной установки фирмы Danfos приведена на рисунке 1.
На схеме:
1 - Воздушный испаритель с вентиляторами принудительного обдува
2 - Терморегулирующий вентиль с распределителем жидкости
3 - Воздушный конденсатор с вентилятором охлаждения
4 - Компрессор с датчиками давления
5 - Медный трубопровод
Рисунок 1. Общая схема холодильной установки
Основная задача автоматизации технологического процесса производства холода заключается в поддержании постоянной температуры в холодильной камере. Регулирование температуры будет производится изменением температуры испарителя, которая в свою очередь зависит от величины перегрева хладагента в испарителе. Изменение величины перегрева будет осуществляться электронным ТРВ.
Электронный ТРВ состоит из шагового двигателя, игольчатого клапана и винтовой передачи. Главное его преимущество - отсутствие мембраны и связанных с ней проблем. Регулирование проходного сечения осуществляется перемещением иглы конической формы под управлением шагового электропривода. При этом они обеспечивают достаточно точное регулирование, двигатель имеет около 250-1500 шагов на полное открытие, а это практически гладкая кривая!
Рисунок 2. Внешний вид и устройство электронных ТРВ
Очевидным плюсом является и программируемость контроллера, а также контроль работы ТРВ по любому сетевому протоколу, а также с дисплея контроллера.