ИСТОРИЯ НЕИСПРАВНОСТИ
Летним утром ремонтник приезжает по вызову в организацию, расположенную в большом здании: во всех помещениях здания температура аномально высокая.
Компрессор агрегата по производству ледяной воды остановлен. Ремонтник быстро проверяет электросхему (см. раздел 54) и обнаруживает, что сработал датчик температуры, защищающий систему от замерзания воды в испарителе. Давление в контуре ледяной воды представляется нормальным, насос вращается (в нужном направлении), все вентили открыты, а температура воды на входе и на выходе из испарителя равна 25°С, что не удивительно, поскольку компрессор не работает.
Наш ремонтник взводит датчик защиты от замерзания воды, компрессор сразу же запускается и через несколько минут ремонтник замечает, что температура воды на выходе из испарителя очень быстро падает. Поскольку ремонтник торопится, то он уезжает, считая, что все снова стало нормальным. На следующее утро вновь поступает вызов из того же здания и вновь говорят, что агрегат не работает. К тому же клиент отмечает, что после отъезда ремонтника компрессор работал весь день, однако во второй половине дня температура в помещениях снова выросла.
Отметим грубую ошибку ремонтника: он взвел датчик защиты от замерзания, не установив причины, по которой этот датчик сработал и, следовательно, не устранил эту причину. Не удивительно, что неисправность быстро повторилась.
Давайте поразмышляем. Агрегат по производству ледяной воды работал всю вторую половину дня, однако температура воздуха в помещениях аномально высокая. Позднее, скорее всего ночью, компрессор выключился защитой от замерзания воды в испарителе. Когда же компрессор запустили, температура воды на выходе из испарителя быстро понизилась.
Осведомленный ремонтник тут же приступил бы к измерению температур. Он увидел бы что сразу после запуска компрессора температура ледяной воды на входе в испаритель падает до 14°С, а на выходе - до 5°С (см. рис. 85.1).
Манометр ВД показывает нормальную температуру конденсации (45°С), а вот температура кипения (манометр НД) слишком низкая, всего -3°С. Поскольку температура воды на входе в испаритель равна 14°С, то температурный напор на входе в испаритель чересчур высокий, так как равен 17 К.
При перегреве 4 К можно говорить о том, что испаритель заполнен жидким хладагентом. Падение НД с низким перегревом указывает на то, что мы имеем дело с неисправностью "слишком слабый испаритель ". В связи с этим ремонтник может рассматривать два варианта: низкий расход воды через испаритель или его загрязнение.
Если загрязнен испаритель?
Если трубки испарителя загрязнены, то теплообмен между водой и хладагентом ухудшается. В результате мы получим параметры, приведенные на рис. 85.2.

Заметьте, что все они совпадают с данными рис. 85.1 за исключением одного: перепад температур по воде на испарителе слишком мал (здесь 14°С - 10°С = 4 К). Если трубки испарителя сильно загрязнены (например, накипью), то теплообмен ухудшается, перепад температур по воде на испарителе становится меньше, чем обычно, а температура воды на выходе из испарителя не падает слишком низко. В случае на рис. 85.1 наоборот, перепад температур по воде достаточно большой (9 К), а температура воды на выходе из испарителя достаточно низкая (5°С): следовательно, неисправность рис. 85.1 не может быть вызвана загрязнением испарителя.
Примечание. Подавляющее большинство контуров ледяной воды являются закрытыми герметичными контурами. Вода в них почти никогда не обновляется, за исключением чрезвычайных обстоятельств (утечки, крупные аварии...). Следовательно, контур защищен от загрязнений и наружного воздуха (пыль, дым, насекомые, микроорганизмы и др.). Кроме того, поскольку вода холодная, появление накипи маловероятно.

В кожухотрубном испарителе отсутствует накипь, а из-за того, что вода практически не обновляется, отсутствует коррозия и загрязнение (особенности пластинчатых испарителей см. в разделе 95).
Если в закрытом контуре ледяной воды иногда устанавливают фильтры, то это делают исключительно из предосторожности. Действительно, при монтаже контура, его ремонте или реконструкции в трубы попадают всякого рода посторонние предметы: металлические опилки, отходы при зачистке сварных швов, тряпки и даже камни! Фильтры устанавливают, чтобы защитить насосы, вентили и теплообменники. Вместе с тем нужно иметь в виду, что эти предметы засоряют фильтры, снижая расход воды, но трубы при этом не загрязняются.

Если падает расход воды через испаритель?
Если расход воды через испаритель падает, то снижается не только давление кипения хладагента (НД), но и скорость воды в межтрубном пространстве испарителя. Молекулы воды контактируют с холодными трубами дольше, чем при нормальном расходе, температура воды понижается и перепад температур по воде на испарителе начинает расти: в нашем примере {см. рис. 85.3) он возрастает до 14°С - 5°С = 9 К.
Каждый кубометр воды, проходящий через испаритель, способствует выкипанию некоторого количества хладагента, передавая ему тепло. Если расход воды падает, теплообмен между водой и хладагентом ухудшается и хладагент выкипает менее интенсивно: следовательно, падает количество пара, производимого испарителем. Но объемная производительность компрессора не меняется и он стремится всасывать одно и то же количество пара из испарителя. Поэтому падает давление кипения, растет температурный напор и вновь наступает равновесие между паропроизводительностью испарителя и производительностью компрессора, но при новом, пониженном значении кипения.

Падение температуры кипения ниже 0°С приводит к тому, что возникает серьезная опасность замерзания воды в испарителе!
Если расход воды через испаритель падает, то ее температура на выходе из испарителя тоже снижается и на вход в батареи воздухоохладителей поступает вода с более низкой температурой. Однако из-за того, что скорость воды в батареях снижается, ее подогрев в батареях растет, и на вход в испаритель вода приходит с повышенным значением температуры.
Температура воды на входе в испаритель повышается, а температура кипения хладагента в испарителе падает: следовательно, температурный напор на испарителе возрастает. Одновременно падает холодопроизводительность холодильной машины (напомним, что падение температуры кипения на 1 К снижает холодопроизводительность на 3...5%). Падением холодопроиз-водительности и объясняется повышение температуры воздуха в охлаждаемых помещениях.
Простое ощупывание установки показывает вам, что всасывающий вентиль компрессора покрыт инеем. Несмотря на повышенную температуру воды на входе в испаритель, давление кипения и перегрев понижены.
Падение давления кипения и перегрева пара на выходе из испарителя при одовременном росте температурного напора и перепада температур по воде позволяют утверждать, что расход воды через испаритель недостаточен.

Почему датчик защиты испарителя от замерзания воды в нем срабатывает не днем, а ночью?
Разгар лета. Днем потребность в ледяной воде в батареях воздухоохладителей в охлаждаемых помещениях растет с ростом наружной температуры, солнечного нагрева и количества людей, находящихся в помещениях...
Из-за того, что расход воды низкий, агрегат по производству ледяной воды не обеспечивает требуемой холодопроизводительности и потребность в холоде оказывается более высокой, чем производство холода: поэтому температура в охлаждаемых помещениях растет.
Ночью тепловые нагрузки сильно падают, поскольку людей в помещениях нет, а солнечный нагрев отсутствует. Так как потребность в холоде падает, температура ледяной воды начинает медленно снижаться.
Чтобы лучше понять происходящее, предположим, что регулятор температуры воды (установленный на входе воды в испаритель, см. рис. 85.4) настроен на срабатывание при температуре 11 °С. Заметим, что такая настройка абсолютно классическая, поскольку при перепаде температур по воде на испарителе 5 К температура воды на выходе из испарителя была бы тогда 6°С.
Однако в данном случае представим, что температура воды, возвращающейся из батарей воздухоохладителей, равна 11,1СС {см. рис. 85.4), то есть чуть выше, чем температура срабатывания датчика.

Вследствие пониженного расхода воды давление кипения гораздо ниже обычного (НД = -6°С) и температура воды на выходе из испарителя становится равной 2,1 °С (вместо 6,1 °С при нормальном расходе).
Нужно было настроить датчик защиты от замерзания воды в испарителе на срабатывание при такой температуре (например, около 4°С), при которой датчик выдавал бы команду на выключение компрессора раньше, чем машина "свалится" в область работы при низких температурах кипения и вода в испарителе замерзнет!
Теперь вы начинаете понимать, почему компрессор выключается по команде защиты от замерзания в ночное время?
А теперь представим себе, что датчик защиты от замерзания настроен неправильно, например, на срабатывание при температуре воды на выходе из испарителя, равной 2°С
При такой настройке (см. рис. 85.4) компрессор не выключился бы, но какая при этом вас подстерегала бы опасность?

Компрессор продолжал бы работать, несмотря на то, что температура кипения упала до -6°С (см. рис. 85.5). Испаритель был бы полностью залит жидким хладагентом, поскольку перегрев очень низкий.
Так как расход воды низкий, вода циркулирует между перегородками испарителя очень медленно. При каждом изменении направления течения образуются завихрения, которые способствуют формированию застойных зон, в которых вода и застаивается. Но если в течение длительного времени неподвижная вода контактирует с трубками испарителя, температура которых равна -6°С, то вокруг трубок начинают образовываться слои льда: это и есть начало замерзания. Если компрессор не будет выключен по команде датчика защиты от замерзания, то возникает огромная опасность.
В этот момент можно отчетливо слышать, как трубки испарителя начинают зловеще потрескивать: трубки разрушаются! В лучшем случае, их проходное сечение уменьшается.

В худшем случае, одна или несколько трубок разрываются и наступает катастрофа: вода и хладагент вступают в непосредственный контакт. В этот момент возможны 2 варианта:
►  Если давление воды выше, чем НД хладагента, вода поступает в контур хладагента.
►  Если давление воды ниже, чем НД хладагента, хладагент проникает в воду, а затем сбрасывается в атмосферу через дренажный клапан. Когда весь хладагент из контура уйдет, его место займет вода, которая заполнит контур хладагента.
В обоих случаях давления выравниваются, вода проникает в холодильный контур, вызывая огромные разрушения, потому что может попасть даже в картер компрессора!
Примечание. Давление кипения хладагента и давление воды выравниваются. Если вы подозреваете, что теплообменник разрушен, то можете это проверить, измерив соответствующие давления обоих контуров.
Если в контуре воды есть ручные дренажные вентили, то вы можете открыть их, как бы стравливая воздух: в том случае, когда в контуре воды присутствует хладагент, что мы получим на выходе из дренажного вентиля? Внимание! Метод поиска утечек хладагента зависит от категории хладагента (ХФУ, ГХФУ или ГФУ, см. раздел 15), а некоторые типы хладоно-сителей (водных растворов) могут содержать атомы хлора.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СИГНАЛИЗАТОРА РАСХОДА ВОДЫ
Последствия замерзания воды в испарителе настолько разрушительны, что как правило на контурах ледяной воды обязательно устанавливают сигнализатор расхода воды.
Назначение сигнализатора заключается в том, чтобы выдавать команду на немедленную остановку компрессора, если расход воды через испаритель становится недостаточным.
Его одинаково можно устанавливать либо на входе в испаритель {поз. I на рис. 85.6), либо на его выходе (поз. 2). Главное, чтобы через сигнализатор расхода проходил бы тот же самый расход, который проходит через испаритель.
Вместе с тем имейте в виду, что если сигнализатор установлен на выходе из испарителя, то есть там, где вода имеет низкую температуру, то повышается опасность конденсации влаги наружного воздуха в клеммной коробке и корпусе  сигнализатора. Поэтому при техническом обслуживании холодильной машины не забывайте покрыть защитной смазкой механические детали сигнализатора, чтобы предотвратить их заедание или потерю чувствительности прибора.
На рис. 85.7 показано, что когда расход воды через испаритель Qvl соответствует норме, вода оказывает давление на пластину сигнализатора, которую иногда называют "кошачий язычок".
Если сила давления воды на язычок больше, чем сила натяжения настроечной пружины, то цепь сигнализатора замкнута и компрессор может работать (см. верхнюю схему рис. 85.7).
На нижней схеме рис. 85.7 расход Qv2 недостаточен, сила давления воды на язычок сигнализатора становится меньше силы натяжения настроечной пружины, контакт сигнализатора расхода размыкается и компрессор останавливается.
имер настройки сигнализатора расхода: небольшой агрегат для производства ледяной воды холодопроизводительностью 60 кВт с расходом воды через испаритель (номинальное значение) 10 м3/час, позволяющим получить перепад температур по воде на испарителе 5 К.
Перед тем, как начинать настройку любого контролирующего элемента, прежде всего удостоверьтесь в том, что значение контролируемого параметра, в данном случае - расхода воды, соответствует заданному.
Далее, наиболее приемлемый способ настройки сигнализатора расхода воды заключается в том, чтобы медленно, очень медленно, закрывать запорный вентиль на магистрали подачи ледяной воды, одновременно внимательно наблюдая за поведением давления (температуры) кипения НД. Как только температура кипения опустится ниже -1°С, сигнализатор расхода должен сработать и выдать команду на выключение компрессора.

Совершенно очевидно, что после открытия запорного вентиля расход воды возрастает и контакт сигнализатора расхода должен замкнуться. К сожалению, это происходит далеко не всегда. И наоборот, может быть и такое, что при полностью закрытом запорном вентиле контакт сигнализатора расхода не размыкается. А в ряде случаев контакт размыкается, но не замыкается при открытом вентиле.
Чаще всего это происходит из-за неправильной установки сигнализатора или несоответствия длины пластины сигнализатора и диаметра трубопровода.
В примере ни рис. 85.8 длина язычка L слишком мала и контакт такого сигнализатора не замкнется, даже если расход Qvl будет соответствовать номинальному!
Ремонтник начинает подкручивать регулировочный винт сигнализатора, чтобы его контакт замкнулся. Впоследствии, когда расход воды упадет, такой сигнализатор может и не сработать!
комплектуется пластинками (язычками) различной длины (заметим, что для трубопроводов очень большого диаметра нужно заказывать пластинку специально). Несоответствие длины пластинки и диаметра трубопровода может иногда доставить различного рода неприятности, суть которых поясняется схемами на рис. 85.9.

Случай 1: монтажник забыл установить язычок.
Случай 2: монтажник так увлекся, прикручивая сигнализатор расхода, что язычок уперся в
нижнюю стенку трубопровода. Случай 3: монтажник установил сигнализатор давления с язычком, длина которого больше
диаметра трубопровода. Случай 4: монтажник установил сигнализатор давления задом наперед.
Существует множество других ошибок, однако результат всегда один и тот же: сигнализатор не работает!
В первых трех случаях для исправления ошибки нужно снять сигнализатор расхода с трубопровода, предварительно слив воду с того участка трубопровода, где стоит сигнализатор (если есть герметичные запорные вентили, что не всегда имеет место), и оснастить его язычком (пластинкой) такой длины, которая соответствует диаметру трубопровода.
В последнем случае нужно отвернуть или довернуть корпус сигнализатора на пол-оборота, расчитывая, что это удастся сделать и что при этом не появится утечка воды!

Однако, чтобы повысить надежность работы агрегата, можно использовать и другую систему контроля расхода воды через испаритель...

Очень часто для контроля расхода воды используют дифференциальный датчик давления.
Когда расход воды через испаритель равен нулю, потери давления в испарителе также равны нулю (см. раздел 75.5). Например, когда давление на входе в испаритель равно 2 барам, то при отсутствии расхода давление на выходе из испарителя также будет равно 2 барам.
В результате давление в каждом из двух сильфонов дифференциального датчика давления будет одинаково, контакт датчика будет разомкнут и компрессор остановлен.
Когда будет запущен насос ледя-
ной воды, расход воды начнет повышаться и потери давления на испарителе достигнут номинального значения. В сильфонах появится разность давлений, в результате чего контакт датчика замкнется и выдаст команду на запуск компрессора. Так же, как и в случае с сигнализатором расхода, если расход воды через испаритель начнет падать, дифференциальный датчик давления должен выдать команду на выключение компрессора.
Для того, чтобы сравнить эффективность дифференциального датчика давления с эффективностью сигнализатора давления, рассмотрим в качестве примера нашу централь по производству ледяной воды с холодопроизводительностью 60 кВт с номинальным расходом ледяной воды 10 м3/ч.
Допустим, что при номинальном расходе ледяной воды 10 м3/ч, потери давления в испарителе равны 3 м водяного столба.
Какие потери давления на испарителе мы будем иметь, если расход упадет до величины 5м3/ч ?
При изучении взаимосвязи потерь давления с расходом мы убедились, что потери давления пропорциональны не расходу, а квадрату расхода (см. раздел 75.5).
Отсюда следует, что если расход упал с 10 м3/ч до 5 м3/ч, то есть в два раза, потери давления упадут в четыре раза, или составят только 3 / 4 = 0,75 м вод. ст.
Соотношение между расходом и потерями давления обеспечивает высокую чувствительность дифференциального датчика давления, что существенно облегчает его настройку. Однако при монтаже этого типа датчиков, так же, как и для других датчиков, необходимо соблюдать определенные правила...

Основное правило состоит в том, чтобы между чувствительным элементом датчика (в данном случае силъфоном) и теплообменником, который должен защищаться этим датчиком, не было никакой арматуры.
В примере на рис. 85.13, если датчик давления подключен к трубопроводам в точках С и D, то при закрытых запорных вентилях А или В расход через испаритель будет равен нулю, а перепад давления, измеряемый датчиком, будет максимальным, и датчик не выдаст команду на выключение компрессора! Прежде, чем читать дальше, попробуйте понять, почему так происходит...

В самом деле, давление на всасывании насоса (в точке Е) поддерживается расширительным бачком (в нашем примере это 1,7 бар). При закрытом запорном вентиле на испарителе расход становится равным нулю и потери давления в потребителях (батареи воздухоохладителей...) также равны нулю. Следовательно, давления в точках F и С будут равны давлению на входе в насос, то есть 1,7 бар. Но на нагнетании насоса (в точке D) давление будет гораздо выше (в следующем разделе мы увидим, что оно будет максимально возможным для данного насоса). Допустим, что в нашем случае оно будет равно 2,5 бар.
Следовательно, если дифференциальный датчик давления подключен к точкам С и D, то он будет находиться под действием разности давлений 2,5 - 1,7 = 0,8 бар, тогда как при нулевом расходе разность давлений должна быть равна нулю. Датчик давлений в этом случае не сможет выдать команду на выключение компрессора и компрессор будет работать без расхода воды через испаритель.
Вдобавок ко всему, еще хуже то, что датчик температуры защиты от замерзания воды в испарителе, установленный в точке G, не сможет зафиксировать опасное понижение температуры воды в испарителе, поскольку расход воды отсутствует, и вода начнет замерзать: это означает гарантированное разрушение трубок испарителя.
Попутно заметим, что многие разработчики холодильных машин устанавливают чувствительный элемент датчика температуры защиты от замерзания воды внутри кожуха испарителя, чтобы не допустить замерзания воды при отсутствии ее расхода.
В заключение еще раз подчеркнем, что любое снижение расхода воды сопровождается заметным изменением потерь давления на испарителе, и если дифференциальный датчик давления подключить к точкам G и Н, то он тотчас же выдаст команду на остановку компрессора. Следовательно, этот защитный прибор является очень надежным, если он правильно установлен и соответствующим образом настроен.