Проектирование и сервис холодильных систем

Á. Ñ. Áàáàêèí, Ñ. Á. Áàáàêèí  
 

Ïðîåêòèðîâàíèå è ñåðâèñ 
õîëîäèëüíûõ ñèñòåì 

Ó÷åáíèê 

Ðåêîìåíäóåòñÿ Íàó÷íî-ìåòîäè÷åñêèì Ñîâåòîì ÓÌÎ Ìèíèñòåðñòâà îáðàçîâàíèÿ è íàóêè ÐÔ â êà÷åñòâå ó÷åáíèêà ïî íàïðàâëåíèÿì ïîäãîòîâêè áàêàëàâðîâ 16.03.03 è ìàãèñòðîâ 16.04.03 «Õîëîäèëüíàÿ, êðèîãåííàÿ òåõíèêà è ñèñòåìû æèçíåîáåñïå÷åíèÿ». 

Äîïóùåíî ÓÌÎ âóçîâ ÐÔ ïî îáðàçîâàíèþ â îáëàñòè òðàíñïîðòíûõ ìàøèí è òðàíñïîðòíî-òåõíîëîãè÷åñêèõ êîìïëåêñîâ â êà÷åñòâå ó÷åáíèêà äëÿ ñòóäåíòîâ âóçîâ, îáó÷àþùèõñÿ ïî íàïðàâëåíèÿì ïîäãîòîâêè áàêàëàâðîâ 23.03.03 è ìàãèñòðîâ 23.04.03 
«Ýêñïëóàòàöèÿ òðàíñïîðòíî-òåõíîëîãè÷åñêèõ ìàøèí è êîìïëåêñîâ» (ïðîôèëü ïîäãîòîâêè «Ñåðâèñ òðàíñïîðòíûõ è òåõíîëîãè÷åñêèõ ìàøèí è îáîðóäîâàíèÿ (Õîëîäèëüíûå óñòàíîâêè, îáîðóäîâàíèå è ñèñòåìû êîíäèöèîíèðîâàíèÿ)»). 

 

Ìîñêâà 
ÄåËè ïëþñ 
2018 

 

УДК 621.56./.59(075) 
ББК 31.392(я73) 
 
Б12 
 
Рецензенты: 
заведующий кафедрой «Теоретические основы тепло- и хладотехники» 
Института холода и биотехнологий Университета ИТМО, доктор техн. наук, 
профессор Цветков О. Б.  
профессор кафедры «Холодильной и криогенной техники, систем кондиционирования и жизнеобеспечения» МГТУ им. Н. Э. Баумана, доктор техн. наук 
Лавров Н. А. 

Бабакин Б. С., Бабакин С. Б. 

Б12 Проектирование и сервис холодильных систем: учебник. – М.: ДеЛи 

плюс, 2018. – 194 с. 
ISBN 978-5-9009883-4-7 
В учебнике рассмотрены методы регулирования производительности и рабочих параметров различных типов компрессоров для 
холодильных систем. Представлены схемы регулирования составных 
элементов холодильных систем. Рассмотрена эксплуатация приборов 
охлаждения и способы их оттайки. Приведены системы охлаждения 
искусственных катков, морозильных аппаратов и даны примеры монтажа составных элементов холодильных систем. Рассмотрены приборы автоматического регулирования, вспомогательные аппараты и арматура. Приведенный материал представляет комплекс решений, направленных на обеспечение надежной и экологически безопасной 
эксплуатации холодильных систем, в соответствии с решениями 
Монреальского и Киотского протоколов, международных регламентов ЕС и Парижского соглашения.  
Учебник предназначен для бакалавров, магистров вузов и аспирантов соответствующих направлений и будет полезен специалистам 
по холодильной технике. 

 
 

УДК 621.56./.59(075) 
ББК 31.392(я73) 

ISBN 978-5-9009883-4-7 
 
© Бабакин Б.С., Бабакин С.Б., 2018 
© Оформление. ООО «ДеЛи плюс», 2018 

 

 

Ïðåäèñëîâèå 
В последние годы значительно расширилась область применения искусственного холода. Разработаны новые элементы холодильных систем, увеличился ассортимент выпускаемых приборов автоматического регулирования, 
что позволяет повысить надежность, точность регулирования рабочих параметров и, соответственно, энергоэффективность холодильных систем и охлаждаемых объектов. Согласно Монреальскому и Киотскому протоколам, международному регламенту ЕС 514/2015, Парижскому соглашению и ряду других международных соглашений перед холодильной промышленностью поставлена задача максимально расширить применение озонобезопасных хладагентов, минимально влияющих на глобальное потепление, с целью обеспечения экологической безопасности окружающей среды. Это во многом определяет особенности современных требований к проектированию и эксплуатации холодильных систем. 
Учебник содержит 14 глав. В первой главе рассмотрены способы регулирования производительности различных типов компрессоров – методы пуска и 
остановки, ступенчатого и плавного регулирования, внутреннего перепуска горячего пара, изменения частоты вращения вала, сокращения хода сжатия и др., 
приведены направления их использования в холодильных системах. 
Во второй главе рассмотрены способы регулирования температуры нагнетания и давления всасывания компрессоров с использованием приборов 
автоматики. 
В третьей главе приведены способы регулирования производительности 
конденсаторов воздушного, водяного охлаждения и оросительных конденсаторов и рекомендации по их применению в зависимости от климатических 
условий окружающей среды. 
В четвертой главе рассмотрены способы регулирования уровня жидкости 
в аппаратах высокого и низкого давления холодильных систем. 
В пятой и шестой главах приведены способы регулирования производительности приборов охлаждения, способы их оттаивания в безнасосных и насосно-циркуляционных системах и способы регулирования работы циркуляционных насосов. 

В седьмой главе рассмотрены способы охлаждения масла и его слив из 
аммиачных и хладоновых холодильных систем. 
В восьмой главе рассмотрено влияние примесей (воды, неконденсируемых газов) на работу холодильных систем и способы их удаления. 
В девятой главе приведены способы утилизации теплоты в системах охлаждения. 
В десятой главе представлены примеры монтажа компрессоров и аппаратов холодильных систем. 
В одиннадцатой главе подробно рассмотрены системы холодоснабжения 
открытых и крытых катков с искусственным льдом, их компоновка, конструкции ледовых поверхностей – бетонные, насыпные плиты с трубами для 
хладоносителя и трубная система обогрева грунта, а также трубные системы 
айс-матов, приведены схемные решения систем с рекуперацией утилизированной теплоты с целью ее использования для технологических и других 
нужд, в частности, схемы с частичной и полной утилизацией теплоты в рекуператоре, а также использование теплоты при конденсации хладагента в конденсаторах водяного охлаждения.  
Рассмотрены способы создания современных ледовых покрытий и условия эксплуатации искусственных ледовых катков. 
В двенадцатой главе рассмотрены различные типы морозильных аппаратов, их технические характеристики, применение для замораживания пищевых продуктов с различными геометрическими размерами, а также насосноциркуляционные и безнасосные схемы холодоснабжения. 
В тринадцатой главе приведены технические характеристики и принципы 
действия приборов автоматики – механических и электронных ТРВ, сервоприводных и пилотных вентилей, поплавковых регуляторов уровня жидкости и т.д. 
В четырнадцатой главе рассмотрены вспомогательные аппараты и арматура с указанием производительности фильтров-осушителей, индикаторов влажности с приведением уровня растворимости влаги в хладагентах, технические 
характеристики шумопоглотителей, виброгасители и т.д. Также дается описание арматуры, включающее различные типы вентилей, клапанов и др. 
Материал, входящий в данный учебник, поможет студентам приобрести 
соответствующие знания по проектированию и сервисному обслуживанию 
холодильных систем. 
Авторы выражают благодарность В.И. Данилину за помощь в оформлении книги. 
Авторы признательны компании ООО «Danfoss» за финансовую поддержку издания книги и благодарны Н.А. Староверову за данные им рекомендации по применению приборов автоматики в холодильных системах.  
Авторы благодарят компанию ООО «Термокул» за финансовую помощь 
в издании учебника. 

 

ÃËÀÂÀ 1. ÐÅÃÓËÈÐÎÂÀÍÈÅ ÏÐÎÈÇÂÎÄÈÒÅËÜÍÎÑÒÈ 
ÊÎÌÏÐÅÑÑÎÐÎÂ 

Компрессор является основным элементом холодильной машины, обеспечивающим циркуляцию хладагента по холодильному контуру. Компрессоры классифицируются: по принципу действия, типу механизма движения, 
типу электродвигателя, схеме расположения цилиндров, виду хладагента, 
диапазону температур кипения и т.д. 
На рис. 1.1 приведена классификация компрессоров. 

 
Рис. 1.1. Классификация компрессоров 

Основная задача подбора компрессора определяется из условия обеспечения производительности холодильной системы и системы кондиционирования в соответствии с тепловой нагрузкой при заданной температуре кипе

Ãëàâà 1 

ния хладагента в приборах охлаждения. При выборе метода регулирования 
следует ориентироваться на следующие критерии: точность регулирования, 
т.е. соответствие требуемой тепловой нагрузке; снижение энергопотребления – повышение холодильного коэффициента; надежность эксплуатации 
компрессора и непродолжительное время его работы; нагрузка электросети и 
финансовые затраты на внедрение выбранного метода регулирования.  
Следует также иметь в виду, что в процессе эксплуатации холодильной 
системы или системы кондиционирования, расходы на энергопотребление в 
течение срока службы постоянно возрастают и нередко значительно превышают начальные капитальные затраты. Кроме того, следует учитывать и экологическое воздействие на среду, в частности, выделение СО2 в атмосферу 
при выработке 1 кВт·ч. 
На практике часто подбирают компрессор по производительности, превышающей тепловую нагрузку холодильных объектов, в связи с чем возникает необходимость регулирования производительности компрессора при изменяющейся тепловой нагрузке. Существует ряд методов регулирования 
производительности компрессоров. 
Метод пусков и остановок широко применяется на практике (рис. 1.2). 
В зависимости от требований к технологическим режимам возможно ухудшение характеристики регулирования из-за резких изменений рабочих условий, что приводит к большому числу пусков и остановок. В результате снижается эффективность работы, сокращаются сроки эксплуатации составных 
элементов компрессора. 
Данный метод желательно применять в холодильных системах, обладающих высокой аккумулирующей способностью (чиллеры), или с относительно постоянной нагрузкой в системах с параллельно соединенными компрессорами, тандем-компрессорами, а также в системах, разделенных на несколько независимых холодильных контуров. 

 
Рис. 1.2. Регулирование производительности компрессоров методом пусков 
и остановок 

Методы механического регулирования производительности компрессоров, применяемые часто на практике, представлены на рис. 1.3 (фирма 
«Bitzer»). 

Ðåãóëèðîâàíèå ïðîèçâîäèòåëüíîñòè êîìïðåññîðîâ 
7 

 
Рис. 1.3. Методы механического регулирования производительности 
компрессоров 

Метод отжима всасывающих клапанов с использованием гидравлического масляного привода широко применяется при регулировании производительности крупных промышленных поршневых компрессоров. Принцип 
работы заключается в том, что пар, всасываемый соответствующими цилиндрами, при нагнетании поступает на сторону всасывания, и цилиндры практи-
чески работают на холостом ходу. Данный метод регулирования может также 
применяться для разгруженного пуска компрессора. Метод высокоэффективен, а потери энергии за счет механической работы трения колец и сопротивления на всасывающей стороне незначительные. 
Метод регулирования внутренним перепуском горячего пара часто 
используется для полугерметичных поршневых и винтовых компрессоров. 
Конструктивное решение относительно просто и состоит в том, что установленный между полостями высокого и низкого давления разгружаемых цилиндров в перепускном канале, регулирующий клапан-байпас, прерывает поток пара, а дополнительно установленный на стороне высокого давления обратный клапан предотвращает противоток сжатого пара.  
На рис. 1.4 представлена схема регулирования производительности компрессора перепуском горячего пара, применяемая в основном в малых холодильных установках, укомплектованных компрессорами с постоянной производительностью. В данной схеме горячий пар помогает маслу возвращаться 
из приборов охлаждения в компрессор. Недостатками метода являются снижение эффективности работы компрессора из-за значительных потерь при 
работе байпаса и высокое термическое напряжение компрессора при частичных нагрузках, что существенно ограничивает диапазон его применения. 

Ãëàâà 1 

 
Рис. 1.4. Схема регулирования производительности компрессора перепуском 
пара (фирма «Danfoss»):  
1 – сервоприводный вентиль; 2 – пилотный вентиль; 3 – запорный вентиль; 4 – 
фильтр; 5 – компрессор; 6 – обратный клапан; 7 – маслоотделитель; 8 – соленоидный вентиль с фильтром; 9 – терморегулирующий вентиль с внешним выравниванием; 10 – прибор охлаждения  

При применении данного метода в винтовых компрессорах их конструктивное решение заключается в том, что в рабочей зоне винтов выполняют 
радиальные отверстия, сообщающиеся с всасывающей стороной через управляющий клапан. Роль управляющего клапана может выполнить золотник 
(цилиндрический поршень), располагаемый в отдельном цилиндре параллельно с ротором. Принцип работы заключается в том, что при частичной 
нагрузке компрессора предварительно сжатый пар возвращается в камеру 
всасывания, сокращая его объемный расход. Данное конструктивное решение 
имеет ряд недостатков. В частности, поперечное сечение радиальных перепускных отверстий весьма ограниченно, так как увеличение их диаметра создает «сквозное окно» между замкнутыми рабочими полостями, находящимися 
под различным давлением. В результате при работе в режиме полной нагрузки снижается эффективность работы компрессора вследствие дополнительной утечки пара, а также повышения термического напряжения в области перепуска при условии высокого перепада давлений, что существенно ограничивает диапазон его применения. 

Ðåãóëèðîâàíèå ïðîèçâîäèòåëüíîñòè êîìïðåññîðîâ 
9 

Следует отметить, что наличие небольших перепускных отверстий обеспечивает лишь незначительную разгрузку. Энергетические потери возникают 
из-за предварительного сжатия и существенных потерь пара независимо от 
расположения и размеров перепускных отверстий. 
Метод регулирования изменением мертвого пространства цилиндров 
основан на том, что головка цилиндра дополнительно оснащается камерой 
высокого давления, соединенной с цилиндром посредством управляемого 
клапана, что позволяет увеличивать его мертвый объем. При сжатии пара 
часть его отводится в дополнительную камеру, откуда он возвращается в цилиндр под высоким давлением при обратном ходе поршня, позволяя тем самым значительно уменьшить объем цилиндра при нормальной работе компрессора. Эта схема применяется в компрессорах с числом цилиндров менее 
четырех. Недостатком данного метода является наличие высоких потерь при 
обратном расширении пара, что снижает эффективность работы компрессора 
при частичной нагрузке. Кроме того, диапазон регулирования существенно 
зависит от соотношения давлений. В частности при небольших соотношениях 
давлений возможно лишь незначительное уменьшение производительности.  
Метод регулирования сокращением хода сжатия (изменением хода 
поршня) применяется для герметичных поршневых и винтовых компрессоров. В винтовых компрессорах малой производительности часто используют 
системы с одной или двумя ступенями регулирования, применяя различные 
конструктивные решения. Общим для них является непосредственное вмешательство в рабочую зону винтов и уменьшение рабочего объема достигаемое 
с помощью регулирующих поршней. 
Метод ступенчатого регулирования. Ступенчатое регулирование за 
счет отключения цилиндров путем блокировки всасывающих каналов отдельных цилиндров или групп цилиндров широко применяется в холодильных системах торговых комплексов, а также в промышленных холодильных 
системах. Данным методом осуществляется регулирование многоцилиндровых поршневых компрессоров, винтовых компрессоров с несколькими всасывающими клапанами, систем с параллельно соединенными компрессорами-централями, или совмещенными с тандем-компрессорами, а также в системах, разделенных на несколько независимых холодильных контуров. Его 
отличает простота и надежность конструкции при незначительных финансовых затратах. В 4-х, 6-ти и 8-ми цилиндровых поршневых компрессоров 
обычно отключают два цилиндра на каждой ступени нагрузки, что позволяет 
регулировать производительность с интервалами (25–50–75–100%) или 
(33–66–100%). При параллельной работе компрессоров, или совместно с тандем-компрессорами возможна более тонкая градация. Ступенчатое регулирование производительности компрессора можно осуществлять с помощью 
ступенчатого регулятора, например, EKC 331 фирмы «Danfoss» (рис. 1.5), 
представляющего собой четырехступенчатый контроллер с четырьмя выходами на реле. В соответствие с показаниями датчиков давления, установленных на всасывающей стороне компрессора, осуществляется нагрузка и разгрузка поршней компрессора или электродвигателя. 

Ãëàâà 1 

 
Рис. 1.5. Ступенчатое регулирование производительности компрессора:  
1 – датчик давления; 2 – запорный вентиль; 3 – фильтр; 4 – компрессор; 5 – обратный клапан; 6 – маслоотделитель; 7 – соленоидный вентиль с фильтром; 8 – электродвигатель; 9 – ступенчатый регулятор (контроллер) 

Метод регулирования высокоэффективен, т.к. потери ограничиваются 
лишь механическим трением поршней, его отличает относительная простота 
и надежность конструкции, а число циклов регулирования может быть увеличено, обеспечивая его высокую точность.  

 
а                                                 б 

Рис. 1.6. Принцип регулирования производительности поршневого 
компрессора путем отключения цилиндра блокировкой 
всасывающего канала (фирма «Bitzer»): 
1 – соленоидный вентиль