Трубки холодильного контура

Главные элементы холодильного контура - компрессор, конденсатор, испаритель и регулятор потока - соединены между собой металлическими трубками, по которым перемещается хладагент. Линии переноса хладагента делятся на три группы:

• Линии нагнетания, по которым хладагент в газообразном состоянии под высоким давлением проходит от компрессора к конденсатору.
• Жидкостные линии, по которым жидкий хладагент проходит от конденсатора к испарителю.
• Линии всасывания, по которым хладагент в газообразном состоянии под низким давлением проходит от испарителя к компрессору.

Для максимальной эффективности работы холодильного контура важно правильно подобрать трубки и смонтировать их. При выборе трубок нужно учитывать приведенные ниже факторы.

Потери давления хладагента в трубках холодильного контура снижают эффективность работы холодильной машины, уменьшая ее холодо- и теплопроизводительность. Поэтому нужно стремиться к уменьшению потерь давления в трубках.

Поскольку температура кипения и конденсации зависит от давления (практически линейно), потери давления часто оценивают потерями температуры конденсации или кипения в °С.

Пример: для хладагента R-22 при температуре испарения +5°С давление равно 584 кПа. При потере давления, равной 18 кПа, температура кипения снизится на 1°С.

При потере давления на линии всасывания компрессор работает при меньшем входном давлении, чем давление испарения в испарителе холодильной машины. Из-за этого снижается расход хладагента, проходящего через компрессор, и уменьшается холодопроизводительность кондиционера. Потери давления в линии всасывания наиболее критичны для работы холодильной машины. При потерях, эквивалентных 1°С, производительность снижается на целых 4.5%!

При потере давления на линии нагнетания компрессору приходится работать с более высоким давлением, чем давление конденсации. При этом производительность компрессора тоже снижается. При потерях в линии нагнетания, эквивалентных 1°С, производительность снижается на 1.5%.

Потери давления в жидкостной линии слабо влияют на холодопроизводительность кондиционера. Зато они вызывают опасность закипания хладагента. Это происходит по следующим причинам:

• из-за уменьшения давления в трубке может оказаться, что температура хладагента будет выше, чем температура конденсации при этом давлении.
• хладагент нагревается из-за трения о стенки труб, поскольку механическая энергия его движения переходит в тепловую.

В результате кипение хладагента может начаться не в испарителе, а в трубках перед регулятором. Регулятор не может устойчиво работать на смеси жидкого и парообразного хладагента, поскольку расход хладагента через него сильно уменьшится. Кроме того, холодопроизводительность снизится, поскольку охлаждаться будет не только воздух в помещении, но и пространство вокруг трубопровода.

Допустимы следующие потери давления в трубках:

• в линии нагнетания и всасывания - до 1°С
• в жидкостной линии - 0.5 - 1°С

Для нормальной работы компрессора холодильной машины его подвижные контактирующие части должны быть смазаны. Для смазки применяют специальные масла, которые заливают в картер компрессора перед заправкой хладагента. Количество масла примерно в 10 раз меньше объема хладагента.

При запуске кондиционера масло вместе с газообразным хладагентом выходит в трубки линии нагнетания. После этого оно может вернуться в компрессор, только пройдя весь холодильный контур. Если же масло не будет возвращено в компрессор, то он постепенно совсем обезмаслится и выйдет из строя.

Из жидкостных линий масло возвращается в компрессор в смеси с жидким хладагентом. Проблем здесь не возникает.

В линиях нагнетания и всасывания находится парообразный хладагент, не смешивающийся с маслом. Поэтому оно может передвигаться по газовым линиям или под действием силы тяжести (только вниз), или увлекаться потоком пара.

• В горизонтальных участках линий нагнетания и всасывания для переноса масла достаточно низкой скорости пара. Но для облегчения переноса масла часто предусматривают слабый наклон трубопровода в направлении движения потока хладагента (около 0.5%).
• В вертикальных участках линий нагнетания и всасывания для переноса масла снизу вверх нужен достаточно сильный поток пара. Скорость паров хладагента должна быть не менее 5м/с при любом режиме работы (даже с пониженной мощностью). Существует минимальная холодопроизводительность, при которой в газовых линиях масло может подниматься по вертикальным трубкам. Она зависит от диаметра трубок.

Если разность высоты между компрессором и испарителем превышает 3-4 м, перемещение масла по трубопроводу проблематично. Возможны 2 варианта их размещения:

• Компрессор выше испарителя. При остановке компрессора (выключении кондиционера) в нижней части трубопровода скопится масло. Частично масло может стекать и из испарителя. При последующем запуске холодильной машины большое количество масла попадет во всасывающую полость компрессора и вызовет гидравлический удар.
• Коденсатор выше компрессора. При остановке компрессора (выключении кондиционера) в нижней части трубопровода скопится масло. Если температура воздуха невысока, то конденсируются пары хладагента и тоже стекут в нижнюю часть трубопровода. При последующем запуске может возникнуть гидравлический удар из-за скопления жидкостей в нагнетающей полости компрессора.

Чтобы избежать поломки компрессора из-за скопления масла, нужно устанавливать в нижней части подъема линий нагнетания и всасывания маслоподъемную петлю. Если же разность высот больше 7 м, то маслоподъемные петли надо устанавливать через каждые 6-7 м.

Маслоподъемная петля представляет собой изогнутый участок трубки с малым радиусом изгиба (см. схему выше). Чем больше масла скопилось в петле, тем выше его уровень. При этом снижается сечение прохода газа, и скорость газа постепенно увеличивается. При высокой скорости газа с поверхности масла капельки масла увлекаются в вертикальный трубопровод. Они образуют масляную пленку, передвигающуюся по стенкам газовой линии.

В момент выключения кондиционера часть хладагента находится в жидкостной линии, испарителе и конденсаторе. После выключения хладагент начинает перетекать к более охлажденным частям холодильного контура.

Если испаритель расположен выше компрессора, то остатки хладагента могут стечь вниз под действием силы тяжести. При этом они смешаются с маслом и могут наполнить выпускные клапаны компрессора. Это вызовет гидравлический удар при последующем запуске кондиционера.

Чтобы избежать гидравлического удара, надо сделать маслоподъемную петлю на трубке, соединяющей испаритель и компрессор (схема выше).

Замечание: Если в жидкостной линии установлен электромагнитный клапан, который перекрывает ее при отключении компрессора, можно не устанавливать маслоподъемную петлю.

Диаметр трубопровода холодильной машины должен быть таким, чтобы обеспечить:

• допустимые потери давления
• скорость потока на вертикальных участках - не менее 5 м/с
• допустимый уровень шума (если нормируется).

Поскольку в линиях всасывания, нагнетания и жидкостных линиях хладагент имеет разные давление и агрегатное состояние, диаметры трубко в разных линиях будут различны.

В нижеприведенной таблице дана зависимость холодопроизводительности от диаметров трубок в разных линиях холодильной машины при использовании хладагента R-22 (при температуре конденсации 40 градусов, а испарения 5 градусов и Р = 0,731 кПа/м)).

 

Диаметр трубок, мм	Холодопроизводительность, кВт
	линия всасывания	линия нагнетания	жидкостная линия
10	-	-	4.37
12	1.76	2.60	11.24
14	2.83	4.16	18.10
16	4.19	6.15	26.80
18	5.85	8.59	37.49
22	10.31	15.07	66.10
28	20.34	29.70	131.0
35	37.31	54.37	240.7
42	61.84	90.00	399.3
54	122.7	178.1	794.2
63	188.9	273.8	1223.9

При стандартной установке несложных систем достаточно выбрать трубки того размера, какой указан в документации на кондиционер.

Расчет потерь давления осложняется тем, что трубопровод имеет повороты, ветвления и другие элементы, оказывающие сопротивление движению хладагента.

При увеличении диаметра труб потери давления сокращаются. Но при этом в паровых линиях возникают проблемы с возвратом масла в компрессор, а в жидкостных линиях приходится увеличить количество хладагента.

Обычно в холодильном контуре трубки линий нагнетания и всасывания имеют различные диаметры. Если кондиционер работает в режиме теплового насоса (Heat Pump), то линии нагнетания и всасывания как бы "меняются местами". В таком случае выбирать размеры трубок нужно особенно тщательно.

При работе на обогрев линия, работавшая ранее на всасывание, станет линией нагнетания. Часто для этой линии выбирают трубки большого диаметра, чтобы снизить потери давления. При работе этой линии на нагнетание большой диаметр приводит к уменьшению скорости потока.

Линия всасывания в режиме теплового насоса, напротив, будет иметь недостаточный диаметр. В результате при работе на обогрев возрастет скорость потока и потери давления.

Трубопровод в системах с тепловым насосом должен иметь такой диаметр, чтобы эффективность была достаточна как при работе на охлаждение, так и на обогрев.