Холодильник

В основе работы бытовой компрессионной холодильной машины лежит теоретический цикл, которой называется циклом с регенеративным теплообменником.

Перед расчетом теоретического цикла выполняется построение теоретического цикла холодильной машины в одной термодинамических диаграмм состояния холодильного агента.

Для построения теоретического цикла используется исходные данные и диаграмма состояния i-lg p хладагента R134a. Исходные данные:

Хладагент R 134a

Температура кипения To= -25 C

Температура конденсации Tk= 55 C

Температура всасывания Tвс = -10 C

Удельная энтальпия точки 3 определяется из уравнения теплового баланса по формуле:

I3 - i3 = i1 - i1

i3 = i3 - i1 + i1

По известным термодинамическим параметрам состояния определяется величины характеризующие цикл, и сводятся в таблицу.

По формуле находим i3.

I3 = 280 - (410 - 385,4) = 255,4 кДж/кг

Эта энтальпия соответствует температуре 40 С.

По известным параметрам состояния таблицы производиться расчет теоретического цикла.

- дельная массовая холодопроизводительность:

qo = i1 - i4 = 385 - 255 = 130 (кДж/кг)

- Удельная объемная холодопроизводительность:

qv = qo / vi = 130 / 0,185 = 702,7 (кДж/м)

- Количество теплоты, отводимой из конденсатора:

qk = i2 - i3 = 470 - 283 = 187 (кДж/кг)

- Работа компрессора в адиабадическом процессе сжатия:

L = i2 - i1 = 470 - 412 = 58 (кДж/кг)

- Холодильный коэффициент:

E = qo / L = 130 / 58 = 2,24 ; 2 < E < 6 - цикл эффективный

Параметры хладагента.

Теоретический цикл для хладагента R 134a

2.2 РАСЧЁТ ТЕПЛОВОЙ НАГРУЗКИ, ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХОЛОДОПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ХОЛОДИЛЬНОГО АГРЕГАТА

Проектирование бытовых холодильников ведется на основе теплового расчета учитывающего виды теплопритоков, которые могут повлиять на изменения температурного режима в камере холодильника.

Исходные данные для расчета:

Компрессионный холодильник КШД 133/80 .

Внутренний рабочий объем 305 дм3.

Внутренний объем холодильной камеры 133 дм3.

Внутренний объем низкотемпературной камеры 80 дм3.

Тип исполнения холодильника УХЛ для умеренных широт:

tокр.ср. = 32°С

tНТК = -18°С

tхк = 0…+5°С

Холодильный агент R 134А

То = -25°С

Тк = 55°С

Твс = 10°С

Изоляционный материал - пенополиуритан.

Наружный шкаф - углеродистая листовая сталь (Ст3).

Внутренний шкаф - полистирол.

Теплопритоки через стенку охлаждаемой камеры холодильника.

Q1 = kFДT, где

Q1 - теплоприток, Вт;

k - коэффициент теплопередачи, Вт/мК;

ДT - разность температур по обе стороны стенки, К;

F - площадь наружной поверхности ограждения, м3.

Коэффициент теплопередачи

k = 1/ (1/б н + д1/ л1 + д2 / л2 + …+ д n / лn + 1 / бвн) (*), где

б н - коэффициент теплопередачи с внешней поверхности ограждения, Вт/мК;

бвн - коэффициент теплопередачи с внутренней поверхности ограждения, Вт/мК;

д - толщина отдельных слоев конструкции ограждения;

л - коэффициент теплопроводности изоляционного материала.

Расчет производится в следующей последовательности:

Рассчитаем все возможные коэффициенты теплопередачи.

а) коэффициент теплопередачи холодильной камеры по формуле (*)

t1 - температура окружающей среды

t2 -температура внутренней холодильной камеры

д1 - толщина внешней поверхности

д2 - толщина изоляции

д3 - толщина внутренней поверхности

л1 - коэффициент теплопроводности стали

л2 - коэффициент теплопроводности пенополиуритана

л3 - коэффициент теплопроводности полистирола

бн = 22,7 Вт/мК бвн = 9 Вт/мК

л1 = 81 Вт/мК

л2 = 0,029 Вт/мК

л3 = 0,14 Вт/мК

Все остальные данные возьмем с учетом проектирования

t = 32°С t2 = 0° С д1 = 0,6 мм

д2 = 33 мм д3 = 2 мм

k1 = Вт/мК

б) рассчитывается коэффициент теплопередачи низкотемпературной камеры

t = 32°С t2 = -20° С д1 = 0,6 мм

д2 = 44 мм д3 = 2 мм бвн = 3,5 Вт/мК

k2 = Вт/мК

Геометрические размеры холодильника

а) геометрические размеры температурной камеры

где h1 - высота морозильной камеры,

в - глубина морозильной камеры

Внутренний рабочий объем НТК - 80 дм3.

Объем камеры определяется по формуле:

VHTK = б·в·h

Определим высоту камеры:

VHTK = (0,6-0,08·2)(0,6-0,08·2)·h

h = 0,08/0,1936= 0,4132 м

Определим габаритный размер камеры НТК с учетом изоляции и перегородок и учитывая то, что высота отсчитывается от средней линии в перегородке

1 - внутренняя и внешняя стенка

2 - изоляционный слой

h = h + (8+5)

h = 41,32 + (8+5) = 45,4= 0,454 м

б) геометрические размеры холодильной камеры (хк)

Внутренний объем ХК:

Vхк = 133 дм3

Объем холодильной камеры определяется по формуле:

Vхк = б·в·h, где

h - действительная высота холодильной камеры

Vхк = 133 дм3 = 0,133 м3 б = 0,6 м в = 0,6 м

Толщина изоляции и перегородки 80 мм = 0,08 м

Vхк = (0,6-0,08·2)(0,6-0,08·2) h

h = 0,133/0,1936 = 0,686 м

Определим габаритный размер холодильной камеры, с учетом изоляции перегородок и учитывается то, что высота отсчитывается с учетом средней линии:

h2 = h + (8+5) = 68,6 + 13 = 0,817 м

в) геометрические размеры камеры для хранения овощей и фруктов:

Внутренний объем ХК:

Vхк = 92 дм3

Объем холодильной камеры определяется по формуле:

Vхк = б·в·h, где

h - действительная высота холодильной камеры

Vхк = 92 дм3 = 0,092 м3 б = 0,6 м в = 0,6 м

Толщина изоляции и перегородки 80 мм = 0,08 м

Vхк = (0,6-0,08·2)(0,6-0,08·2) h

h = 0,092/0,1936 = 0,475 м

Определим габаритный размер холодильной камеры, с учетом изоляции перегородок и учитывается то, что высота отсчитывается с учетом средней линии:

h3 = h + (8+5) = 47,5 + 13 = 60,5 м

Общая высота холодильника

H = h1 + h2+ h3 = 0, 454+ 0,817+0,605 = 1,85 м

Расчет площадей поверхностей холодильника

Рассчитываем все площади поверхности холодильника:

а) площадь поверхности морозильной камеры НТК

Sнтк = (б - 0,08)(в - 0,08) + (в - 0,08)(h1 - (0,04+0,05))·2 + (б - 0,08)( h1 - (0,04+0,05))·2

Sнтк = 1,215 м2

б) площадь поверхности холодильной камеры:

Sхк = (б - 0,08)(в - 0,08) + (в - 0,08)(h2 - (0,04+0,05))·2 + (б - 0,04)( h2- (0,04+0,05))·2

Sхк = 3,1784 м2

в) площадь поверхности камеры для овощей и фруктов:

Sхк = (б - 0,08)(в - 0,08) + (в - 0,08)(h3- (0,04+0,05))·2 + (б - 0,04)( h- (0,04+0,05))·2

Sхк = 2,3304 м2

д) площадь поверхности перегородки между морозильной камерой и плюсовой

Sп = (б - 0,1)(в - 0,1) = 0,25 м2

г) площадь поверхности между плюсовой и низкотемпературной камерами

Sп2 = (б - 0,08)(в - 0,08) = 0,2704 м2

Теплопритоки через ограждения

а) теплоприток из внешней среды в морозильную камеру НТК

Qґ1 = k2 · Sнтк ДТ

Qґ1 = 0,537·1,215 (32-(-18)) = 32,623 Вт

б) теплоприток из внешней среды в холодильную камеру

Q"1 = k2 · Sнтк ДТ = 0,765 · 3,1784 (32-5) = 77,8 Вт

в) теплоприток из внешней среды в камеру для хранения овощей и фруктов

Q"'1 = k2 · Sнтк ДТ = 0,765 · 2,3304 (32-0) = 57,05 Вт

Q1 = общий теплоприток через все ограждения

Q1 = Qґ1 + Q"1 + Q"'1 =32,623 + 77,8 + 57,05 = 167,48 Вт

Тепловая нагрузка от воздухообмена:

Q2 = 0,05 (Q1 + Q3)

Q2 = 0,05 (167,48 + 0,096) = 8,378526 Вт

а) Тепловая нагрузка от воздухообмена в ХК

Qґ2 = 0,05(Qґ1+ Q3ґ)

Qґ2 = 0,05(77,8 + 0,09) = 3,89 Вт

б) Тепловая нагрузка от воздухообмена в НТК

Q"2 = 0,05(Q"1 + Q"3)

Q"2 = 0,05(32,623 + 6,25 · 10-4) = 1,63Вт

в) Тепловая нагрузка от воздухообмена в камеру для хранения овощей и фруктов

Q''ґ2 = 0,05(Qґ1+ Q3ґ)

Q''ґ2 = 0,05(57,05 + 0,09) = 2,857 Вт

Определяем холодопроизводительность холодильного агрегата для холодильника

Общая тепловая нагрузка:

Qґ0 х.а = Q1 + Q2 + Q3 + Q4, где

Q4 = 1,05 (Q1 + Q2 + Q3)

Q4 = 1,05 (77,8 + 3,89 + 0,096) = 85,87 Вт

Qґ0 х.а = 77,8 + 3,89 + 0,096 + 86 = 167,66 Вт

а) определяем холодопроизводительность холодильного агрегата для ХК

Qґ0 х.а(хк)= Q1ґ+ Q2ґ+ Q3ґ+ Q4ґ= 167,66 Вт

Результаты расчета для надежности увеличиваются на 5-10%. Это зависит от достоверности данных, применяющихся при расчете тепловой нагрузки.

Q"0 х.а = 1,05 У Qi=1,05( Qґ0 х.а(хк))=1,05*= 176 Вт

б) определяем холодопроизводительность холодильного агрегата для НТК.

Qґґ0 х.а(нтк)= Q1ґґ+ Q2ґґ+ Q3ґґ+ Q4ґґ=34,253Вт

Результаты расчета для надежности увеличиваются на 5-10%. Это зависит от достоверности данных, применяющихся при расчете тепловой нагрузки.

Q"0 х.а = 1,05 У Qi=1,05( Qґґ0 х.а(нтк))=35,96 Вт

в) определяем холодопроизводительность холодильного агрегата для камеры для хранения овощей и фруктов

Qґґ0 х.а(нтк)= Q1ґґ+ Q2ґґ+ Q3ґґ+ Q4ґґ=59,9Вт

Результаты расчета для надежности увеличиваются на 5-10%. Это зависит от достоверности данных, применяющихся при расчете тепловой нагрузки.

Q"0 х.а = 1,05 У Qi=1,05( Qґґ0 х.а(нтк))=62,9 Вт

Учитывая, что холодильный агрегат бытового холодильника с некоторым коэффициентом рабочего времени в, равным 0,35 холодопроизводительность холодильного агрегата определяется по формуле:

Q0 х.а = Q"0 х.а / в

а) холодопроизводительность в (ХК)

Q0 х.а = Q"0 х.а(хк) / в =502Вт

б) холодопроизводительность в (НТК)

Q0 х.а = Q"0 х.а(нтк) / в=102,75 Вт

в) холодопроизводительность в камере для хранения овощей и фруктов

Q0 х.а = Q"0 х.а(нтк) / в=179,721 Вт

К = 1,1 в = 0,35

2.3 Тепловой расчет компрессора.

Исходные данные для расчета:

Q0 х.а = 837,79 Вт, R 134а,

То = -250С ; Тк = 550С; Твс = 100С

Расчет компрессора:

1) удельная холодопроизводительность 1-го килограмма агента

qo = i1 - i4

qo = 385 - 255 = 130 кДж/кг

2) массовый расход, паро-массовая подача компрессора

М = Qoха / qo = 837,79 · 10-3 / 130 = 0,0064 (кг/с)

3) объемный расход, парообъемная подача компрессора

Vд = M · V'1 = 0,0064 · 0,15 = 0,00096 (м3/с)

4) коэффициент подачи компрессора в зависимости от степени сжатия Рк / Ро

Е = Рк / Ро = 1,5 / 0,125 = 12 л = 0,75

5) описанный объем компрессора

V = Vд / л = 0,00096 / 0,75 = 0,00128 м3

- теоретическая мощность компрессора

NT = M (i2 - i1)

NT = 0,0064 (470 - 385) = 0,544 кВт

- действительная мощность компрессора

Ni = NT / зi = 0,544/0,7 = 0,777 кВт

- эффективная мощность компрессора

Ne = Ni / зм , где

зм = механический КПД, учитывающий потери на трение ;

зi - индикаторный КПД компрессора

Ne = 0,777 / 0,85 = 0,914 кВт

По эффективной мощности и холодопроизводительности подбираем компрессор ХКВ8 - 1ЛМ УХЛ.

2.4 Расчет конденсатора.

Конденсатор холодильного агента является теплообменным аппаратом, в котором хладагент отдает тепло охлаждающей его среде.

В агрегатах бытовых холодильников в соответствии с условием их эксплуатации применяют конденсаторы с воздушным охлаждением.

Исходные данные для расчета: конденсатор изготовлен из медных трубок оребренных листовым алюминием; коэффициент теплоотдачи от R 134а к стенкам трубки конденсатора бх.а = 1030 ; коэффициент теплоотдачи от стенки трубки конденсатора окружающей среде бв = 19,5 ; толщина стенки трубки конденсатора дi = 0,65 · 10-3 м; коэффициент теплопроводности меди лi = 332;температура конденсации хладона R 134а Тк = 550С; температура воздуха на входе в конденсатор Тв1 = 360С; температура воздуха на выходе из конденсатора Тв2 = 400С.

Площадь конденсатора: F = , где

Qk - производительность конденсатора, Вт;

к - коэффициент теплоотдачи, Вт/мК;

Дtm - средняя логарифмическая разность между температурами холодного агента и окружающей среды.

Производительность конденсатора определяется по формуле:

Qk = (i1 - i3)M, где

М - массовая подача компрессора;

i1, i3 '- удельная энтальпия в точках 1 и 3'_

Qk = (385 - 255)·0,0064 = 0,832 кДж/с = 715,52 ккал/час

Коэффициент теплопередачи определяется по формуле:

к = = 19,13

Средняя логарифмическая разность между температурами холодильного агента и окружающей среды определяется :

Дtm = [(Тк - Тв1) - (Тк - Тв2)] / 2,3 lg[(Тк - Тв1)/ (Тк - Тв2)],где

Тв1, Тв2 - температуры воздуха на входе и выходе из конденсатора,

Тк - температура конденсации

Дtm =

По формуле определяем площадь конденсатора:

F= Q0/k* Дtm, где

Q0 - производительность конденсатора, Вт

F = , где

Тепловая нагрузка на конденсатор

Qкон = Qo · KQ сж , где

КQ сж - коэффициент сжатия;

КQ сж = 1,64

Qкон = 837,79 · 1,64 = 1373,9 Вт

2.5 Расчет испарителя.

Испаритель - это устройство, которое абсорбирует тепло в холодную систему. Испаритель устанавливают в охлаждаемом пространстве. Тепло поглощается в результате кипения хладагента в каналах испарителя.

а) испаритель холодильной камеры (ХК)

Листотрубный испаритель. Поверхность испарителя определяется по формуле: f = ПdLц , где

f- поверхность испарителя , м2

d- наружный диаметр змеевикового трубопровода испарителя ,м

L- длина змеевикового трубопровода, м

ц- коэффициент оребрения, равный отношению оребренной поверхности к поверхности, как если бы оребрения не было

ц = (2n + Пd + 2d)/Пd, где

n - расстояние между ветвями змеевика

d = 0,008 м; n = 0,032 м

ц = (2*0,032+3,14*0,008+2*0,008)/(3,14*0,008) = 4,185

Длину змеевикового трубопровода определяют по формуле:

L = Q`1/[[Пdц(t-tn){A((t-tn)/0,5Пdц)1/4+0,98*5,7*[(((t+ 273)/100)4-((tn+ 273)/100)4 )/( t-tn )]]

L = 3,33 м

Определяем поверхность испарителя холодильной камеры

f=3,14*0,008*3,33*4,185=4,4 м2

Площадь поверхности определяется по формуле

S=(n+d)L

S= (0,032+0,008)*3,33=0,13 м2

б) испаритель морозильной камеры (НТК)

Листотрубный испаритель. Поверхность испарителя определяется по формуле: f = ПdLц , где

f- поверхность испарителя , м2

d- наружный диаметр змеевикового трубопровода испарителя ,м

L- длина змеевикового трубопровода , м

ц- коэффициент оребрения , равный отношению оребренной поверхности к поверхности , как если бы оребрения не было.

ц = 4,185

Длина змеевикового трубопровода L=7,9 м

f =0,83 м2

Площадь поверхности оребрения

S=(0,032+0,008)*0,83=0,04 м2

в ) испаритель в камере для хранения овощей и фруктов

Листотрубный испаритель. Поверхность испарителя определяется по формуле: f = ПdLц , где

f- поверхность испарителя , м2

d- наружный диаметр змеевикового трубопровода испарителя ,м

L- длина змеевикового трубопровода, м

ц- коэффициент оребрения, равный отношению оребренной поверхности к поверхности, как если бы оребрения не было

ц = (2n + Пd + 2d)/Пd, где

n - расстояние между ветвями змеевика

d = 0,008 м; n = 0,032 м

ц = (2*0,032+3,14*0,008+2*0,008)/(3,14*0,008) = 4,185

Длину змеевикового трубопровода определяют по формуле:

L = Q`1/[[Пdц(t-tn){A((t-tn)/0,5Пdц)1/4+0,98*5,7*[(((t+ 273)/100)4-((tn+ 273)/100)4 )/( t-tn )]]

L = 3,33 м

Определяем поверхность испарителя холодильной камеры

f=3,14*0,008*3,33*4,185=4,4 м2

Площадь поверхности определяется по формуле

S=(n+d)L

S= (0,032+0,008)*3,33=0,13 м2

 3 Конструкторская часть

3.1 Усовершенствованный терморегулятор

У многих дома имеются холодильники STINOL-104, которые служат очень долго, но выявлена характерная особенность для этого типа холодильников, выход из строя терморегулятора с периодичностью один раз в 2 - 3 года. Замена терморегулятора на новый в мастерской по обслуживанию холодильников данную проблему не решает так как он выйдет из строя через этот срок. Приобрести новый терморегулятор, чтобы установить его самостоятельно, не удалось - его продавали по совершенно неприемлемой цене, включающей стоимость установки.

Поэтому столкнувшись с такой проблемой, и решил занялся усовершенствованием холодильника STINOL-104. Предлагаемое вниманию самодельное устройство не просто заменяет штатный терморегулятор. Предусмотрены дополнительные функции, призванные защитить холодильник во многих аварийных ситуациях, случающихся во время эксплуатации. Слабое место всех компрессорных холодильников -- перегрузка электродвигателя, приводящего в действие компрессор, при его повторном через короткое время после остановки включении. Причина перегрузки -- довольно долго сохраняющееся в конденсаторе холодильного агрегата высокое давление хладоагента.

Руководство по эксплуатации холодильника STINOL требует, чтобы длительность выдержки между выключением и повторным включением компрессора была не менее 3 мин. Но при характерных сегодня неожиданных отключениях и повторных включениях электроэнергии выполнить это требование, не «призвав на помощь» электронику, не представляется возможным. Для защиты электродвигателя в холодильниках имеется тепловое реле. Обычно оно совмещено с пусковым реле и называется пускозащитным [1]. Однако практика свидетельствует о неэффективности подобной защиты.

Как и любой другой электроприбор, холодильник полезно защитить и от значительных отклонений напряжения сети от номинальных 220 В. Большое число публикаций на эту тему (например, [2, 3]) свидетельствует об актуальности проблемы как в сельских районах, так и в больших городах.

Предлагаемый блок управления выполняет следующие функции:

· включая и выключая компрессор, поддерживает в холодильной камере заданную температуру, заменяя штатный терморегулятор, причем имеется возможность регулировать гистерезис -- разность температуры включения и выключения компрессора;

· принудительно выключает компрессор при значительном отклонении напряжения в сети от нормы;

· не допускает повторного включения компрессора ранее 5 мин после выключения по любой причине, в том числе после вызванного отклонением сетевого напряжения от нормы или инициированного терморегулятором.

Последнее особенно важно, так как опасную ситуацию легко спровоцировать, сразу же после выключения компрессора резко повернув регулятор температуры в сторону ее понижения или открыв дверь холодильной камеры. Предусмотрена индикация состояния блока управления светодиодами «Работа» (компрессор включен), “Пауза” (компрессор выключен), «Блокировка» (не истек пятиминутный запрет включения), «<» (напряжение в сети ниже минимально допустимого), «>» (напряжение в сети выше максимально допустимого).

3.1 Устройство и работа усовершенственного терморегулятора

Он состоит из узла терморегулятора на микросхеме DA2, таймера задержки включения на транзисторе VT1 и элементах DD1.1, DD1.2, узла контроля напряжения сети на элементах DD1.3, DD1.4 и микросхеме DD2, исполнительного устройства на транзисторах VT2, VT3. Соединенные параллельно контакты реле К1 включены в цепь двигателя компрессора вместо контактов штатного терморегулятора холодильника.

Узел питания блока состоит из трансформатора Т1, выпрямителя (диодный мост VD1) и интегрального стабилизатора DA1 на напряжение 9 В. Чтобы изменение нагрузки на выпрямитель при срабатывании и отпускании реле К1 не влияло на работу узла контроля напряжения, предусмотрен резистор R27, подключаемый транзистором VT3 к выпрямителю, когда обмотка реле обесточена. Сопротивление резистора равно сопротивлению обмотки реле, поэтому потребляемый от выпрямителя ток остается неизменным.

Допустим, блок включен в сеть при номинальном напряжении 220В и узел контроля напряжения не оказывает влияния на его работу. Транзистор VT1 закрыт, конденсатор С2 разряжен, логический уровень на выходе элемента DD1.2 низкий, диод VD3 открыт, поэтому терморегулятор на ОУ DA2 заблокирован в состоянии, соответствующем низкой температуре в холодильной камере, следовательно, выключенному компрессору. Транзистор VT2 закрыт, реле К1 обесточено. Горят светодиоды HL1 «Блокировка» и HL5

Через 5 мин после зарядки конденсатора С2 через резистор R2 до порога переключения триггера Шмитта на элементах DD1.1, DD1.2 уровень на выходе последнего станет высоким, диод VD3 будет закрыт и терморегулятор получит возможность работать. Светодиод HL1 погаснет. «Пауза».

С повышением температуры в холодильной камере сопротивление терморезистора RK1 и падение напряжения такова, что напряжение на инвертирующем входе ОУ DA2 меньше, чем на неинвертирующем, уровень на выходе ОУ -- высокий, что приводит к открыванию транзистора VT2 и срабатыванию реле К1, включающего компрессор. Светодиод HL4 светится, HL5 -- нет. С понижением температуры в холодильной камере напряжение на инвертирующем входе ОУ растет, что приводит к изменению состояния ОУ и выключению компрессора. Светодиод HL4 гаснет, HL5 -- светится.

Перепад напряжения на коллекторе транзистора VT2 в момент отпускания реле вызывает зарядку конденсатора С6 и кратковременное (на 20 мс) открывание транзистора VT1 импульсом зарядного тока. Разряженный через открывшийся транзистор конденсатор С2 вновь, как после подключения блока к сети, начинает медленно заряжаться, что приводит к пятиминутному запрету включения компрессора. Диод VD2 защищает эмиттерный переход транзистора VT1 от отрицательного импульса при разрядке конденсатора С6 через открывшийся в момент включения реле К1 транзистор VT2.

Необходимую температуру в холодильной камере устанавливают с помощью переменного резистора R16. Ширину петли гистерезиса терморегулятора регулируют переменным резистором R20. Необходимость изменения гистерезиса в процессе эксплуатации спорна, однако при первоначальной регулировке без этого не обойтись. Гистерезис должен быть достаточным для того, чтобы компрессор не включался слишком часто, а в перерывах его работы температура стенок холодильной камеры достигала положительного значения, и образовавшийся на них иней таял, не накапливаясь. Рассмотрим работу узла контроля сетевого напряжения. Если оно находится в допустимых пределах, напряжение на входах элемента DD1.3 ниже, а на входах элемента DD2.1 выше порога их переключения. Уровни на обоих входах элемента DD2.3 высокие, а на его выходе -- низкий, дающий возможность всем другим узлам блока работать описанным выше образом

При напряжении в сети меньше допустимого элемент DD2.1 изменит состояние. Логический уровень на его выходе станет высоким, такой же будет и на выходах элементов DD2.3, DD2.4. Светодиод HL3 зажжется, а транзистор VT1, открытый напряжением, поступающим на его базу через резистор R19, разрядит конденсатор С2, чем заблокирует компрессор. С восстановлением нормального напряжения светодиод HL3 погаснет, транзистор VT1 будет закрыт и через необходимое для зарядки конденсатора С2 время будет разрешена работа терморегулятора.

При напряжении в сети, превышающем допустимое, низкий уровень на выходе элемента DD1.3 приведет к установке высокого на выходах элементов DD1,4 и. DD2.3. Далее все происходит так же, как при понижении напряжения, только вместо светодиода HL3 светится HL2.

Значения сетевого напряжения, при которых срабатывает защита, рекомендуется установить равными 242 (подстроечным резистором R5) и 187В (подстроечным резистором R6). Перерыв в подаче электроэнергии блок воспримет как недопустимое понижение напряжения. Важно, чтобы повторное включение компрессора было запрещено, если длительность перерыва превысила требующуюся для его остановки. Однако реакция не должна быть и слишком быстрой -- возрастет вероятность ложных срабатываний (например, вызванных включением в ту же сеть мощных электроприборов).

Время срабатывания описываемого устройства при скачкообразном уменьшении напряжения в сети -- приблизительно 65 мс -- складывается из требующегося на разрядку конденсатора С1 до напряжения, соответствующего допустимому минимуму, и времени разрядки конденсатора С2 через открывшийся транзистор VT1. Время реакции на скачкообразное повышение напряжения в сети меньше -- 25...40 мс. Оно расходуется на дозарядку конденсатора С1 до установленного порога и разрядку конденсатора С2.

Все элементы блока управления, за исключением реле К1, переменных резисторов R16 и R20, терморезистора RK1 и плавкой вставки FU1, размещены на односторонней печатной плате.

Конденсаторы С4, С5 -- КМ-6 или другие керамические, остальные -- оксидные импортные, причем конденсатор С2 -- серии LL (с малым током утечки). Допустимое напряжение конденсаторов С1 и С6 (25 В) выбрано с запасом на случай аварийного повышения напряжения сети.

Подстроечные резисторы R5 и R6 -- СП4-1, постоянные -- МЛТ. Переменные резисторы R16 и R20 -- СПЗ-12 с линейной (А) зависимостью сопротивления от угла поворота вала. Главным критерием в пользу выбора именно этих резисторов стало то, что резьба на их крепежной втулке такая же, как у штатного терморегулятора холодильника.

Светодиоды HL1--HL3 -- красного, a HL4 и HL5 -- зеленого цвета свечения. Кроме указанных на схеме, подойдут и другие светодиоды, в том числе отечественного производства, подходящих размеров и цвета свечения. Микросхему КР140УД608А можно заменить на КР140УД608Б или на КР140УД708.

Трансформатор Т1 следует выбирать небольшой высоты, чтобы его можно было разместить в приборном отсеке холодильника (см. ниже). Автором применен готовый трансформатор диаметром 40 и высотой 28 мм на тороидальном магнитопроводе со вторичной обмоткой на 12В при токе 0,3А. Из серийно выпускаемых подойдут, например, трансформаторы ТП-321 -5 и ТПК2-22.

Следует учитывать, что в аварийном режиме напряжение в сети иногда возрастает до 380 В. Так бывает, например, при обрыве нулевого провода магистрального кабеля. Если трансформатор Т1, не выдержав такого напряжения, выйдет из строя, это не приведет к нежелательному в данной ситуации включению дорогостоящего компрессора. Уберечь трансформатор от возгорания, призвана плавкая вставка FU1 (ВП1-1). На ее качество следует обратить особое внимание и ни в коем случае не заменять суррогатной.

Терморезистор -- ММТ-1 или ММТ-4. Если его номинальное сопротивление отличается от указанного на схеме, необходимо во столько же раз изменить номинал резистора R12. Однако применять терморезистор сопротивлением более 3.. .4 кОм не стоит, это ухудшит помехозащищенность терморегулятора.

Реле К1 -- РП-21-004 с обмоткой на 24В постоянного тока. Проверка показала, что для его срабатывания достаточно и 12В, а при напряжении 16В реле работает вполне надежно. Можно применить и другое реле, например, РЭНЗЗ. При подборе замены следует обратить особое внимание на способность контактов реле выдержать пусковой ток компрессора, достигающий нескольких ампер.

Смонтированную печатную плату и реле К1 размещают внутри служебного отсека в верхней части холодильника. Соединенные параллельно контакты реле подключают взамен основной контактной группы штатного терморегулятора. Его вторую контактную группу, предназначенную для выключения холодильника на длительное время, заменяют перемычкой. Теперь холодильник можно отключить от сети только одним способом -- вынув сетевую вилку из розетки. По мнению автора, это обеспечивает наибольшую электробезопасность при профилактических и ремонтных работах.

В унифицированной передней панели отсека предусмотрены отверстия для двух терморегуляторов. Однако второй имеется только в двухкомпрессорных холодильниках, в обычном однокомпрессорном здесь удобно установить переменный резистор R20. Переменный резистор R16 устанавливают на место удаленного штатного терморегулятора.

В передней панели служебного отсека придется просверлить еще пять отверстий, в которые войдут смонтированные на плате блока управления светодиоды. Рядом с ними на панель можно нанести пояснительные надписи.

Выводы первичной обмотки трансформатора Т1 (один из них -- через впаянную в разрыв провода плавкую вставку FU1) соединяют с сетевыми проводами, идущими в холодильнике к лампе-индикатору включения.

Экранированный провод, соединяющий датчик температуры -- терморезистор RK1 -- с платой блока управления, помещают в изоляционную, например, полихлорвиниловую трубку и прокладывают по трассе удаленной металлической трубки сильфона штатного терморегулятора. Сам терморезистор устанавливают внутри холодильной камеры там, где заканчивалась трубка сильфона. Он должен быть хорошо изолирован и защищен от влаги и инея.

Налаживание блока управления начинают с регулировки узла контроля сетевого напряжения. Для этого с помощью регулируемого автотрансформатора (ЛАТР) понижают напряжение до 187В. Вращая движок подстроечного резистора R6, добиваются неустойчивого свечения («мигания») светодиода HL3. Затем повышают напряжение до 242В и аналогичным образом регулируют подстроечный резистор R5, ориентируясь на состояние светодиода HL2. После регулировки движки подстроечных резисторов следует законтрить нитрокраской.

Далее, отключив блок от сети, переводят переменный резистор R16 в положение минимального, a R20 -- максимального сопротивления. Устанавливают (с помощью ЛАТР) сетевое напряжение равным 220В и включают блок. Должны зажечься светодиоды HL1 и HL5, спустя приблизительно 5 мин светодиод HL1 должен погаснуть. Продолжительность его свечения и блокировки пуска компрессора при необходимости изменяют, подбирая резистор R2.

Для облегчения дальнейшей регулировки входы элемента DD1.1 (выводы 8, 9) временно соединяют перемычкой с цепью +9 В, например, с выводом 14 микросхемы DD1. Терморезистор RK1 погружают в тающий лед. После стабилизации его температуры плавно увеличивают сопротивление переменного резистора R16, добиваясь срабатывания реле К1, зажигания светодиода HL4 и погасания HL5. Обратное переключение должно произойти при небольшом уменьшении сопротивления резистора R16.

Гистерезис (разница положений движка переменного резистора R16 при срабатывании и отпускании реле) должен расти с уменьшением сопротивления переменного резистора R20. По окончании проверки ранее установленную временную перемычку удаляют.

Перед включением холодильника с новым блоком управления движки переменных резисторов R16 и R20 устанавливают в средние положения. Дав холодильнику поработать достаточное для стабилизации температурного режима время, следует убедиться, что иней, образующийся на задней стенке холодильной камеры во время работы компрессора, оттаивает в паузе. Если этого не происходит, нужно переменным резистором R20 увеличить гистерезис.

Среднюю температуру в камере изменяют переменным резистором R16. Если с помощью переменных резисторов нужного температурного режима добиться не удается, следует подобрать резисторы R14 и R15.

В некоторых холодильниках предусмотрено автоматическое оттаивание морозильной камеры -- через каждые 8...10 ч работы автоматика принудительно отключает компрессор на некоторое время, в течение которого работают специально установленные нагревательные элементы. В этом режиме компрессор не работает даже при сработавшем реле К1 и горящем светодиоде HL4. Подобную ситуацию не следует путать с возникающей при срабатывании теплового реле защиты двигателя компрессора, которую сопровождают те же признаки. Отличить “плановое” отключение компрессора от аварийного довольно просто. В последнем случае установленный в морозильной камере вентилятор продолжает работать (при закрытой двери).

Блок можно устанавливать и в компрессорные холодильники других моделей, изменив с учетом их особенностей размещение термодатчика, органов регулировки и индикации, а при необходимости и размеры печатной платы.

Удалив элементы терморегулятора -- терморезистор RK1, микросхему DA2, диод VD3, резисторы R12--R16, R20, R21, конденсаторы С4, С5 -- и соединив левый по схеме вывод резистора R23 с выходом элемента DD1.2, блок можно использовать для защиты любых электроприборов от колебаний сетевого напряжения.

4.1. Описание конструкции холодильника

Устройство холодильника-морозильника. Холодильник-моро-зильник «Stinol-104» КШТ-305 (NF3304T) трехкамерный (см. таблицу 1) и состоит из холодильной, морозильной и вы-движной (для хранения овощей и фруктов) камер.

Общий вид холодильника-морозильника приведен на рисунке 1 Морозильная камера (МК), расположенная в верхней части холодильника, оборудована системой «без инея» (No Frost) с циркуляцией холодного воздуха и автоматическим оттаиванием испарителя. Холодильная камера (ХК) охлаждается от испарителя.

Рисунок. 1 Холодильник КШТ-305

1-- панель управления; 2--аккумулятор холода; 3-- ванночки для льда; «/--отделение для замораживания свежих продуктов; 5--плафон с лампой; 6--полки холодильной камеры; -- отделение для парного мяса;8-- рычажок для регулирования температуры в камере для фруктов и овощей; 9--третья выдвижная камера для хранения овощей и фруктов; 10, 12, 13-- полки панели двери; 11--подвижный упор; 14-- съемная емкость; 15 -- индикатор температуры

Под холодильной камерой находится выдвижная камера-кон-тейнер для хранения овощей и фруктов, охлаждение которой осу-ществляется благодаря попаданию в нее холодного воздуха через отверстие в задней части холодильной камеры и эжекции его обратно в холодильную камеру через дефлектор, расположенный в нижней передней части холодильной камеры. Холодильник вы-полнен в виде прямоугольного теплоизолированного шкафа.

Корпус холодильника состоит из наружного металлического панельного типа и внутреннего (из ударопрочного полистирола) шкафов. Пространство между шкафами заполнено теплоизоля-цией -- пенополиуретаном (ППУ), которая жестко соединяет между собой наружный и внутренний шкафы, превращая их в неразборный моноблок.

Дверные панели также заполнены теплоизоляцией -- пенопо-лиуретаном.

Передний проем шкафа закрывается тремя дверями. Плотное прилегание дверей обеспечивается с помощью магнитных уплот-нителей, закрепленных на внутренней панели дверей.

Двери холодильной и морозильной камер представляют собой неразборные моноблоки, раздельная замена отдельных конструк-тивных элементов дверей (кроме съемных сервировочных при-надлежностей) невозможна.

Дверь контейнера для хранения овощей и фруктов, также «запененную» пенополиуретаном (ППУ), можно отделить от уп-лотнительной прокладки и самого контейнера.

Охлаждение камер холодильника осуществляется холодиль-ным агрегатом, выполненным по двухиспарительной схеме аналогично холодильнику «Stinol-101».

Испаритель холодильной камеры, выполненный из медной трубки, закреплен и запенен ППУ между задними стенками на-ружного и внутреннего шкафов. Такая конструкция делает его несъемным, однако химические особенности материала трубки испарителя -- меди делают утечку из-за коррозии маловероятной.

Испаритель радиаторного типа морозильной камеры 22 (см. рисунок 2) является основным элементом системы охлажде-ния «без инея» («No Frost»).

Рисунок 2 Морозильная камера холодильника-морозильника «Stinol-104» КШТ-305:

1-- электродвигатель; 2 -- направляющая планка; 3 -- прокладка электродвигателя; 4-- пере-городная камера; 5-- ось; 6-- крыльчатка электровентилятора; 7, 11 -- винты самонарезные; 8--верхний ящик испарителя; 9 --тепловое реле электронагревателя испарителя; 10 -- теп-ловое реле включения вентилятора; 12-- нижний ящик испарителя; 13-- электронагреватель поддона испарителя; 14 -- изоляционная обшивка; /5--обшивка сепаратора; 16-- выключа-тель; /7-- футляр; 18-- крышка соединительная; 19 -- таймер; 20-- крышка; 21 -- направ-ляющая обшивка сепаратора; 22-- испаритель морозильной камеры; 23 -- электронагреватель испарителя; 24 -- скоба

Для обеспечения циркуляции возду-ха между ребрами испарителя и морозильной камерой в верхней части ее за испарителем находится электровентилятор с крыль-чаткой б, засасывающий воздух из камеры через панель возврата воздуха 5 (рисунок 3). На испарителе закреплен электронагрева-тель (сопротивление оттаивания испарителя) 23 (см. рисунок 2), который автоматически через 10...12 ч работы компрессора холо-дильного агрегата, обслуживающего МК, включается, вызывая разогрев и оттаивание испарителя. Автоматическое оттаивание обеспечивается таймером 19, реле термозащиты 9 и электрона-гревателем поддона каплепадения 13. Последний обеспечивает стекание растаявшей влаги в дренажную систему МК. Снизу, под блоком воздухоохлаждения, находится эвтектический акку-мулятор холода, сглаживающий колебания температуры в МК, вызванные цикличной работой его холодильного агрегата, и ока-зывающий

прямое воздействие на охлаждаемые продукты.

1-- шкаф; 2-- ванночка для пищевого льда; 3--направляющая крышки; 4-- аккумулятор холода; 5--панель возврата воздуха; 6--винт самопарезноп; 7--направляющая боковой крышки:8 --верхняя дверца; 9-- направляющая; 10-- боковая панель; 11--поддон; 12 -- крышка поперечины; 13-- панель; 14-- противоконденсатный электронагреватель; /5 -- нижняя навеска; 16-- болт; 17--боковая панель; 18--накладка; 19-- прокладка; 20 -- прижим; 21 --боковой упор; 22-- поперечина; 23 -- декоративная планка; 24 --декоративная пластина; 25 -- решетка

Компрессор 9 (рисунок 4) холодильного агрегата расположен на металлической траверсе 11 в машинном отделении в задней части шкафа. На задней стенке шкафа закреплен конденсатор 4. Роль дросселирующего устройства играет капиллярная трубка внутренним диаметром 0,71 мм. Наличие такого элемента в схеме агрегата делает его чувствительным к попавшим во внут-реннюю систему влаге и другим загрязнениям. В агрегате для очистки и осушки его системы предусмотрен фильтр-осушитель. Однако при значительных количествах влаги и загрязнений, по-павших в систему (при утечках фреона на стороне всасывания), установка нового фильтра-осушителя может быть недостаточна.

Рисунок 4 Узел крепления компрессора холодильника- морозильника «Stinol-104»КШТ-305:

1-шкаф; 2-винт самонарезной; 3-крышка холодильника-морозильника; 4-конденсатор; 5-трубопроводдля слива конденсата; 6-винт; 7-ванночка для приема талой воды; 8-прокладка; 9-компрессор; 10-шнур электрический; 11-металлическая траверса; 12-амортизатор; 13-прижим; 14-фильтр-осушитель

По контуру дверного проема МК у холодильников данной модели проложена специальная трубка, по которой теплый хлад-агент подается на конденсатор. Трубка обогревает дверной проем, препятствуя конденсации влаги и примерзанию дверей к шкафу. Эта трубка запенена ППУ.

В холодильной камере на правой ее стороне закреплен блок освещения с лампочкой 20 (рисунок 5) и дверной выключатель 14. В верхней части холодильника на лицевой стороне шкафа расположена панель управления 7. Терморегулятор 8 предназна-чен для управления ХК и МК, а индикаторная зеленая светосиг-нальная лампочка 6 указывает на подключение к электросети каждой из камер.

Рисунок 5 Пульт управления холодильником «Stinol - 104» КШТ-305

1-шкаф; 2-самонарезной винт; 3-пластина; 4-основание панели управления; 5-верхняя навеска двери; 6- светосигнальная лампочка; 7-панель управления; 8-терморегулятор; 9-ручка терморегулятора; 10-трафаретный профиль; 11-боковая пластина; 12-центральпая навеска; 13-планка; 14-дверной выключатель; 15-футляр; 16-блок освещения; 17,23-проьки; 18-патрон; 19-крышка плафона; 20-лампочка; 21-плафон; 22-нижнее основание холодильника-морозильника; 24-ьолт; 25-заглушка; 26-винт; 27-нижняя опорная пластина

Оттаивание в холодильной камере происходит автоматически: во время нерабочей части цикла работы холодильника вода по дренажной системе выводится наружу и испаряется.

5. Технологическая часть.

5.1 Технологические основы производства и ремонта

компрессионных герметичных агрегатов.

5.1.1 Основные требования к производству и ремонту агрегатов.

Производство и ремонт холодильных агрегатов компрессионного типа отличаются значительной технологической сложностью но сравнению с ремонтом других электробытовых изделий. Сложность производства и ремонта таких агрегатов объясняется необходимостью тщательного обезвоживания всех материалов, деталей и изделий, входящих в герметичную систему агрегата, обеспечения надежной герметизации, удаления воздуха из агре-гата и пр. При этом следует учитывать, что эффективно выполнить некоторые технологические операции в условиях ремонта намного сложнее, чем в условиях производства (например, осушка агрегата).

Разбирать и собирать герметичные агрегаты можно только при помощи сварки и паяния. Поэтому все предшествующие операции должны быть исполнены высококачественно, чтобы не било надобности в распайке и разрезке агрегата для его исправления.

В холодильных агрегатах по сравнению с другими электробытовыми изделиями намного сложнее определять неисправности. Объясняется это отсутствием у них внешне видимых движущихся частей, неисправность которых могла бы быть легко обнаружена, а также тем, что нарушение работоспособности холодильного аг-регата связано с отклонениями в происходящих в нем термодинамических процессах.

К основным условиям, определяющим качественное изготовление и ремонт компрессионных герметичных агрегатов, следует отнести следующие:

1) обеспечение тщательной чистоты и антикоррозионной защиты всех деталей, входящих в агрегат;

2) обеспечение прочности соединений;

3) надежную герметизацию агрегата;

4) тщательную осушку всех узлов и деталей, входящих в агрегат;

5) полное удаление воздуха из агрегата;

6) тщательную электроизоляцию токопроводящих частей;

7) большую точность изготовления и высокую чистоту обработки трущихся поверхностей деталей компрессора , а также обеспечение оптимальных зазоров и натягов при сборке компрессора.[5]

Список литературы.

1. Холодильная техника и технология: Учебник под ред. А.В.Руцкого.-М.:ИНФРА-М,2000.-286 с.-(Серия «Высшее образование»).

2. Свердлов Г.З., Явнель Б.К. Курсовое и дипломное проектирование холодильных установок и систем кондиционирования воздуха . - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Пищевая промышленность,1978 - 264 с.

3. Основы холодильной техники и холодильной технологии: Мещеряков Ф.Е.-М., 1975-изд. «Пищевая промышленность», 559 с.

4. Якобсон В.Б. Малые холодильные машины. - М.: Пищевая промышленность,1977. - 368 с.

5. Зеликовский И.Х., Каплан Л.Г.Малые холодильные машины и установки: Малые холодильные установки. - 2-е изд., перераб и доп. - М.: Пищевая промышленность,1979.-448 с.

6. Кондрашова Н.Г., Лашутина Н.Г. Холодильно-компрессорные

машины и установки. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высшая школа,1984 - 335 с.

7. Лепаев Д.А. Бытовые электроприборы. - М.: Легкая индустрия,1979 - 336с.

8. Лесников В.В. Бытовые компрессионные холодильники (методическое указание по дисциплине «Бытовые машины и приборы») Уфа 1998-47с.

9. Доссат Р.Дж. Основы холодильной техники.

Пер. с англ. - М.: Легкая и пищевая промышленность,1984 - 520 с.

10. Вейнберг Б.С. Вайн Л.Н. Бытовые компрессионные холодильники. - М.: Пищевая промышленность ,1972. - 272 с.

11. Ресурсы Internet

Страницы: 1, 2, 3