Рефрижераторный контейнер на борту судна - взгляд снаружи и изнутри

Начав трудиться на буржуинских пароходах, я с удивлением узнал, что на контейнеровозах на электромеханика навешано обслуживание рефконтейнеров целиком, то есть и их холодильной установки в том числе. Так что поневоле пришлось вникать. Могу поделиться тем, что узнал.
Знатокам, кто в курсе дела, может показаться что я заостряю внимание на всякой ерунде. Тогда извиняюсь. Заодно извиняюсь за возможные ошибки и неточности, все-таки я самоучка. Все начинается с момента погрузки. Наш пароход имеет 500 розеток для подключения рефконтейнеров, и вот они на борту, подключены к судовой электросети и начали трудиться. Фазировку проверять не нужно, контроллер контейнера сам все сделает:

В мире имеется лишь несколько фирм, которые выпускают львиную долю подобного оборудования. Вот типичный представитель племени рефконтейнеров:

На борту написано имя владельца, а сам контейнер и его холодильная установка изготовлена фирмой Carrier Transicold, весьма известной на этом поприще. С него и начнем, тем более что он самый многочисленный. Когда слышишь «рефрижераторный контейнер», то представляешь себе большой холодильник, где сложены груды замороженного до окаменения мяса, покрытого инеем. Однако в таком контейнере можно перевозить все что угодно, возможности у него огромные. Можно поддерживать температуру -30 до +30 градусов с точностью до 0.2С, при этом можно обеспечить заданную влажность и/или состав атмосферы. Такая возможность особенно востребована при перевозке фруктов: задается, к примеру, температура +2 градуса, влажность 65% , содержимое кислорода 4% и углекислого газа 6%. Фрукт не подмораживается и не гниет — кислорода нет, углекислоты много. Есть контейнеры для глубокой заморозки с температурой до -60С, есть для перевозки опасных грузов — у них дублируется полностью вся установка. Есть контейнеры арктического исполнения, есть еще много чего, но не будем умничать и назовем его просто рефка или рифер.

Вид на контейнер с гостеприимно распахнутыми дверями. Лично мне видеть пустой рифер не доводилось, так что это я позаимствовал из сети. Места много. Полезный объем этого ящика почти 70 кубических метров, и туда можно запихать 30 тонн полезного груза:

Ну, а самое интересное, конечно, это холодильная установка. Сначала беглый обзор:

Сверху видим два лючка, за которыми прячутся вентиляторы испарителя — это они забирают нагретый воздух с верхней части объема, гонят его через испаритель и уже охлажденный посылают опять вниз. В одном из них видно устройство для регулирования доступа свежего воздуха. Обычно там все закрыто, но некоторые грузы требуют струи свежего воздуха. На погрузку контейнер попадает уже с заданными параметрами, экипаж в этом не участвуетЮ надо только убедиться что все параметры заданы согласно грузовой декларации.

В итоге, судя по рекламной картинке, должно получиться вот так:

Скорее всего, так оно и есть =))

Под лючками вентиляторов виден еще один с надписью Carrier. Оттуда имеется доступ к электрическим нагревателям, еще ниже находится большой круглый вентилятор, охлаждающий конденсатор, и справа от него панель с электрическими и электронными элементами. Внизу хранится кабель, посередине стоит компрессор, в правой части имеется ресивер, где собирается жидкий фреон, а перед ним фильтр-осушитель в виде маленького бочонка. Вот эта часть крупным планом:

Хотя фильтр тут как раз и не виден.

Принцип работы холодильной установки рефконтейнера точно такой же, как у всех холодильных машин. Имеется, правда, особенности, о которых поговорим позднее.

Фреон после компрессора (а значит на этой стадии он у нас пока что в газообразном виде, горячий и сжатый до 9–15 бар) попадает в конденсатор, где охлаждается и конденсируется. Все конденсаторы имеют воздушное охлаждение, но можно встретить много контейнеров, которые имеют возможность подключить их к источнику воды. Вентилятор при этом не работает. Тогда вся система и вовсе становится похожей на обычную.

Вот пожалуйста, ресивер и он же холодильник:

На судах такой способ я не встречал ни разу. Хотя, если контейнеры стоят под палубой и их там штук 50, то в трюме стоит страшная жара и рефустановке, конечно, приходится туго. Там бы такой способ пришелся впору, но тащить в трюм огромное количество трубопроводов… не знаю. Обычно в таких трюмах имеется мощная вентиляция, и этого достаточно. Хотя все равно жарко…

Из конденсатора газ/наполовину жидкость попадает в ресивер, где окончательно превращается в жидкость, и вот тут мы можем посмотреть уровень фреона в специальном окошке — первое дело при диагностике проблем. Конденсатор расположен над компрессором, воздух через него протягивается вентилятором:

Вентилятор конденсатора включается/выключается в зависимости от давления, а если температура наружного воздуха выше 28 градусов, то работает постоянно.

Из решетки вентилятора вылетает нагретый воздух, и это причина того что в трюмах, приспособленных для перевозки рефконтейнеров, такая высокая температура. А если мы еще и плывем в тропиках. и если с рифером проблема и надо лезть в трюм… бр-р-р-р. Ресивер с фильтром

Это я на ощупь проверяю, не забился ли фильтр. Если он холодный — значит фреон начинает испаряться уже в этой точке и до испарителя не доходит, фильтр пора менять. Испаритель, вид через лючок вентилятора:

Заодно видна часть электродвигателя вентилятора. А вот вентилятор испарителя целиком:

Вентиляторы 2-скоростные, электродвигатели у них однофазные с рабочим конденсатором… та еще головная боль… хорошо хоть меняются легко.

Испаритель снизу, вид через центральный лючок. Виден ТРВ и нагревательные элементы:

Наконец фреон поступает в испаритель, пройдя по пути через так называемый ТРВ (терморегулирующий вентиль, если по-русски). Задача ТРВ пропустить фреон через малюсенькое отверстие, в результате чего он расширяется, превращается опять в газ и при этом охлаждается сам и охлаждает все вокруг. Другая задача ТРВ более деликатная: надо пропустить через себя ровно столько фреона, чтобы по пути через испаритель он весь успел превратиться в газ. В идеале температура на выходе испарителя должна быть чуть выше, чем на входе. Например, сразу после ТРВ температура -30, а после испарителя -25. Это нормально, значит, весь фреон испарился полностью, и в то же время его вполне достаточно. Хуже, если после испарителя -10, к примеру… или его настолько много что он не успевает испариться и пролетает в жидком виде в компрессор… Но это уже из разряда неисправностей, а их мы тут не обсуждаем. Через холодный испаритель вентиляторы прогоняют воздух, который засасывают из контейнера. При этом он охлаждается и затем поступает назад в контейнер, а фреон в газообразном виде опять поступает в компрессор. Испаритель постепенно обмерзает, его холодопроизводительность падает, а посему его периодически надо оттаивать. Паузу между оттайками можно установить вручную на 3,6,12,24 часа или поставить в АВТО и не заморачиваться. Также ее (оттайку) в любой момент можно включить вручную. Вода, получившаяся при этом, стекает наружу через дренажную трубу с водяным затвором.

Управляет всем этим микропроцессорный контроллер

Это невзрачная черная пластмассовая коробка, стоит на ребре и к нам он обращен меньшей стороной. Опознать его можно по желтой наклейке, а так его в общем-то и не видно почти. В контроллер встроен даталоггер, записывающий все события в течение 365 суток. Включение/отключение питания, температуры, алармы — все можно при необходимости извлечь и использовать в суде… Такая возможность, к слову, имеется у всех контейнеров. Режим работы рефа зависит от заданной температуры. Если она меньше чем -5С, то контроллер держит температуру воздуха, получающуюся на выходе из контейнера. При этом температура нагнетаемого воздуха, конечно, ниже. Например, при популярной уставке -18С температура нагнетаемого воздуха бывает -26С. Компрессор при этом работает в режиме старт-стоп: включается, когда температура повысилась на 1 градус (т. е. в предыдущем примере она стала равной -17С), и выключается когда она стала равной заданной и еще минус 0.2С (то есть -18.2С). При этом он должен работать не менее 3 минут. Вентиляторы испарителя при минусовой уставке работают на малой скорости. А вот если задана температура выше чем -5 (например другая популярная температура перевозки, это просто ноль градусов), то компрессор работает непрерывно, лишь меняя свою производительность. Вентиляторы работают на высокой скорости, температура нагнетаемого воздухадержится с точностью ± 0.2градуса. Ну, а что получится на выходе, то и получится, это зависит от степени охлажденности груза.

Не знаю почему выбран такой алгоритм, но он именно такой у контейнеров любого типа и любого изготовителя. Разница только в температуре «порога», при которой изменяется режим работы.

Рядом мы видим блок синего цвета с мигающими светодиодами — это RMM (Remore Monitoring Modem), передающий информацию для системы дистанционного контроля. Сигнал передается по силовому кабелю, как когда-то делали компьютерные модемы, которые мы втыкали в телефонные розетки. Где-то в судовом офисе стоит компьютер, который представляет информацию вот в таком виде:

Щелчком мыши можно вызвать «на ковер» любой контейнер, опознанный системой, и посмотреть его состояние. Штука очень полезная. Например, вот такой график заставляет задуматься и пойти разбираться, что там приключилось:

К сожалению, далеко не все контейнеры снабжены модемами. А если они есть, то не все работают. А если есть и работают, то не все распознаются. А если…и так далее. В результате везем, например, 430 рефок, а мониторится из них меньше сотни. Так что основной контроль все равно визуальный. Экипаж обязан два раза в сутки проверить состояние каждого, а кроме того, взгляните сюда:

Это тоже модем, и он тоже собирает информацию. Но нам он ее не дает, а сразу посылает по спутниковой связи куда-то далеко. Вон моргает лампочка GPS, а значит в том самом далеке знают не только температуру контейнера, но и его координаты. Конечно, самостоятельно связаться со спутником такой модем не может, кишка тонка. Снаружи имеется GSM-антенна, вот она, с семиконечным логотипом известной контейнеровозной фирмы Maersk

на палубе должны быть ретрансляторы, а в надстройке специальная аппаратура, которая все собирает, сортирует и уже через судовую спутниковую связь отсылает интересующимся. У нас такой аппаратуры нет, и это даже хорошо. Не хватало еще, чтобы нашему капитану среди ночи звонили из Копенгагена и спрашивали — а почему это у вас там температура повысилась? Но продолжаем знакомство. Как уже было сказано, заданная температура может быть самая разная, и не обязательно отрицательная. Однако его холодильная установка, естественно, рассчитана на самый жесткий режим работы,. А как быть, если задана температура +18С? Тогда мощность установки становится избыточной. А значит, должна быть возможность изменять производительность в широком диапазоне. Для этого существует много способов, самым популярным до сих является принудительное изменение количества фреона на стороне всасывания. Позднее появились и другие методы, но во многих рефах до сих пор применяется только этот. А вот технические решения у всех разные.

Фирма Carrier ставит на линии всасывания SMV — Suction Modulation Valve. Вот он, этот клапан,

В самых первых контейнерах, которые попали мне в руки =)) поршень клапана перемещался катушкой, через которую протекал регулируемый ток, а сейчас он управляется шаговым электродвигателем. Когда-то для ШЭ применялся отдельный контроллер, прикрепляемый рядом на стенку, именно так тут и устроено, видите коробочку внизу? А теперь он управляется непосредственно центральным процессором. При минусовых температурах он полностью открыт, а при плюсовых за его положением следит контроллер. Фирма Carrier постоянно что-то меняет и улучшает, появляются новые модели. Одна из последних, а может и самая последняя, называется PrimeLine. Там применен компрессор нового типа, называется Scroll Type, видимо винтовой, а не поршневой. Он устанавливается вертикально, очень легкий и легко меняется:

На этих рефах появился дополнительный теплообменник, где сжатый фреон перед попаданием в ТРВ предварительно охлаждается холодным фреоном, поступающим из испарителя — это должно увеличить холодопроизводительность. Кроме SMV, появился еще DUV — digital unloader valve, который при частичных нагрузках может перепускать часть фреона со стороны нагнетания на сторону всасывания. Это еще один способ регулирования производительности. Появились наконец трехфазные электродвигатели вентиляторов. А еще фирма Carrier внедрила электронный ТРВ. Вот он, правда не вживую, а на рисунке:

Это мне присылали инструкцию по аварийному управлению EEV — Electronic Expansion Valve… к сожалению, оказалось что для этого нужен специальный кольцевой магнит, которого в нашем комплекте ЗИПа не нашлось. В заключение о панели управления и возможностях предоставления информации. Дисплей у этих рефок состоит всего из двух окошек. В обычном режиме в левом окне видна заданная температура, а в правом текущая на данный момент. Примерно так:

Кстати, вот здесь имеем интересный момент. Как видим, задана температура +14, текущее значение +16, компрессор при этом не работает (крайняя левая лампочка не горит). Однако контроллер полагает что все в порядке, ибо горит сигнал IN RANGE, то есть температура в заданном диапазоне. А мы только что читали, что объявленная точность поддержания температуры аж плюс-минус 0.2 градуса! Обманули? Нет. Это включен режим QUEST.

Фирма Carrier внедрила его с целью уменьшить вредные выбросы в атмосферу, а теперь его подхватили все остальные изготовители и слово QUEST можно встретить в настройках любого контейнера, кроме, пожалуй, японских. А раз цель была уменьшить выбросы, то выстраиваем цепочку: выброс — сжигание топлива — работа дизель-генератора… значит компрессор обязан работать реже. А значит и точность неминуемо пострадает. Подробного описания этого режима у меня нет, видимо фирма стесняется сказать клиентам, что при КВЕСТЕ температура будет плавать… И действительно, из наблюдений вытекает, что в этом режиме температура может меняться от -3 до +1 относительно заданной.

Возвращаемся к дисплею. В принципе, параметров, которые можно посмотреть, довольно много. У первых контейнеров их было штук 25, а сейчас больше 60-ти. Вот, например, код 13 показывает давление нагнетания:

Неудобно то, что можно вывести только один параметр, и смотреть на него можно только 30 секунд, потом дисплей возвращается к обычному состоянию. При диагностике и настройке это очень раздражает.

Но хватит о Carrier, пойдем к контейнерам другого известного производителя по имени ThermoKing… температурный, понимаешь ли, король.

Здесь сразу бросается в глаза, что контейнер оборудован системой управления подачей свежего воздуха. Забор происходит через решетку над ящиком с контроллером, положение заслонки регулируется автоматически.

Принцип работы, конечно же, в точности такой же, отличия лишь в оборудовании. Компрессоры и вентиляторы у них свои собственные, с Carrier не сочетаются. Тем более что электродвигатели вентиляторов тут трехфазные. Конденсатор выполнен в виде кольца, вот он:

Применяется фреон типа R404A вместо R134 на Carrier, то есть система работает при совсем других давлениях. Электроника тоже другая. Заглянем внутрь электрического ящика:

Белая коробка, висящая на открывающейся дверце — это контроллер. К нему пристыкован спутниковый модем, а на заднем плане видна релейная плата. Она служит интерфейсом между контроллером и исполнительными механизмами. Вот она поближе

Тут кто-то порезвился, повыдергивал разъемы для какой-то надобности да так и бросил. Однако все работает, так что поправлять не будем. А вот тут у нас совсем древний представитель семейства «королей температуры», выпущенный в свет аж в 1995 году:

Шумит, гремит, температуру держит плохо…

У рефов этого типа очень оригинальный регулятор производительности:

Голубой цилиндр, выступающий над табличкой с надписью caution, в инструкции называется KVQ и тут же расшифровывается как Evaporator Pressure Regulator. Где здесь создатели инструкции увидели букву К?

Принцип в точности такой же, как у всех контейнеров — изменение количества фреона, поступающего в компрессор. А вот техническое решение совершенно отличное от других. В нашем голубом цилиндре прячется поршень, резервуар с некой жидкостью и нагревательный элемент. Когда нужно, контроллер подает электрические импульсы на нагреватель, резервуар расширяется и вынуждает поршень опускаться вниз, перекрывая проходное сечение. Вот так оно выглядит в инструкции:

Вроде все логично и должно работать… но это теория, а в действительности все совсем не так, как на самом деле. Клапана SMV у нашего предыдущего героя крайне редко доставляют проблемы, а у этих рефок мне неоднократно приходилось сдергивать разъем на релейной плате, тем самым отключая нагреватель и заставляя KVQ открыться полностью. Впрочем, это не всегда помогало, хотя сдвиги в лучшую сторону были. А еще у этих контейнеров почему-то часто отказывают ТРВ, и вот перед нами пример:

ТПВ не работает как надо, фреон не полностью испаряется и попадает в компрессор, создавая такую шубу. Соответственно, температура держалась в районе -15 вместо нужных -22. Я уж совсем было решил менять ТРВ, но сначала погода не благоприятствовала и я решил проблему грубым методом, прикрыв секущий клапан перед фильтром… думал что это временно. Потом наш фиттер был сильно занят, а я варить газом не умею. Потом было что-то еще, а потом вдруг оказалось что мы почти приехали в порт назначения и проблема решилась сама собой. В принципе, главное для нас — температура, а она была правильная:

Немного про электрические внутренности. Контроллер в случае необходимости заменятся очень легко и быстро, а вот с релейной платой надо повозиться. Внутри очень мало места, даже одну руку тяжело просунуть, а одной что сделаешь? Этот вопрос не продуман. Зато на дисплей выводится сразу несколько параметров, и их можно удержать как угодно долго, и это сильно помогает когда надо смотреть и сравнивать.

Заканчивая тему с ТермоКингом, скажем, что они тоже не сидят сложа руки, хотя балуют новинками гораздо реже. Вот их последнее новшество:

Такая смешная рожица говорит сама за себя.

Третий по популярности у нас представитель Японии, это рефконтейнер фирмы Daikin. Кондиционеры этой фирмы считаются самыми надежными, и контейнеры у них получились тоже неплохие. К сожалению, на судах они не частые гости.

Японцы не были бы японцами, если бы не пошли своим путем. Они давно применяют винтовые компрессоры и электронные ТРВ, их электронная начинка очень надежна, и их установка имеет существенные отличия от предыдущих систем. Например, оттайка испарителя здесь происходит горячим фреоном, поэтому имеется много соленоидных клапанов для изменения направления потока
фреона:

В отличие от Carrier, тут они располагаются в одном отсеке и весьма доступны. Там же расположен электронный ТРВ, на фото он отмечен кружочком. Для ручного управления им японцы придумали очень простое и удобное устройство. Надо снять «голову» (шаговый электродвигатель с редуктором) и вместо нее накрутить что-то вроде крышки с отверстием посередине. Делается это за 10 минут, причем 9 с половиной уходит на удаление термоизоляции. В отверстии имеется винтик с очень мелкой резьбой, который можно крутить тонкой отверткой и этим регулировать подачу фреона. Правда, при этом обязательно должен работать контроллер, так как необходимо смотреть на температуры и давления. Понадобится некоторое время, пока все настроишь, но все решаемо. Совсем недавно я пользовался такой штукой в течение нескольких дней, уж очень погода была неласковая, сильный ветер и дождь совсем не давал работать.

Японская электроника. Справа контроллер, слева силовые элементы, посередине уже знакомы нам RMM

Очень удобное представление информации: надо нажать всего две кнопки и потом листать параметры вправо-влево

Это температура испарителя на входе.

Имеются и сомнительные решения, на мой взгляд. Например, отсутствует смотровое окно в ресивере, так что пока не полезет температура ты и не поймешь, что фреона в системе не хватает. А для его пополнения существует специальная процедура, причем о количестве пополненного фреона надо судить по весу! Окошка-то нету, не увидишь момента, когда уже хватит.
Другая раздражающая мелочь — непривычный цвет сигнальной лампы IN RANGE. У всех предыдущих контейнеров он зеленый, и это вроде бы нормально. Однако у японцев зеленый цвет, видимо, ассоциируется с чем-то другим, и поэтому для сигнала «все в порядке» они выбрали цвет по имени «амбер». Это что-то между желтым и оранжевым. Вот идешь между рядами контейнеров и смотришь на сигналы. Все они зеленые, все ОК,.. и вдруг мелькает что-то непонятное. Отвлекает.

У японцев есть еще контейнеры фирмы Mitsubishi, но в этот обзор они не попали — у нас на борту их не было.

А вот это, пожалуй, самый оригинальный контейнер, который стал появляться лет семь назад — StarCool

Здесь собраны самые современные и необычные решения: двухскоростные вентиляторы не только для испарителя, но и конденсатора, электронный ТРВ, необычный компрессор с переменной частотой вращения с помощью преобразователя частоты (меняется от 20 до 120 герц). Это, кстати, считается самым экономичным способом регулирования производительности, и похоже что так оно и есть.

очень хорошее и информативное меню…

Эти контейнеры потребляют меньше всего электроэнергии и очень точные. Например, в режиме поддержания температуры -20С потребляемый ток в 3-фазной сети всего 3 ампера, что соответствует 1.8 квт мощности при напряжении 440 в (сам замерял из интереса). Компрессор практически не останавливается, а зачастую работает на сверхмалой скорости, которую можно получить при частоте 20 герц. Какие именно обороты при этом получаются, сказать не могу, ибо не знаю сколько полюсов имеет обмотка электродвигателя.

Оттайка здесь происходит и с помощью электронагревателей, и подачей горячего фреона в испаритель. Это сильно ускоряет процесс, что безусловно хорошо для груза.

Попадались они мне не часто, но натерпелся я с ними порядочно. Приходилось менять и компрессоры, и преобразователь частоты, и контроллер и еще по мелочи, типа заклинившего контактора. Уже то, что инструкция на него состоит из 230 страниц и из них страниц двести отведено на поиск неисправностей, уже говорит о многом.

Теперь пару слов о дополнительных возможностях рефконтейнеров. Начнем с регулирования влажности. Общее правило — контроль влажности работает только при плюсовых температурах.

Генеральная идея состоит в том, чтобы конденсировать как можно больше влаги на поверхности испарителя, но каждая фирма решает этот вопрос по своему. Carrier включает одновременно с охлаждением еще и электро нагреватель, который обычно используется для разморозки. Расположены они под испарителем, следовательно его температура повышается. В итоге SMV приоткрывается на большую величину, и вот мы получили то, чего добивались: поверхность испарителя стала холоднее и на нем стала собираться влага. А воздух стал суше. Контроллер при этом следит и за влажностью и за температурой, изменяет скорость вентиляторов, и все это меняется в зависимости от того, на какую величину влажность уехала от заданной. Диапазон задания влажности от 50 до 95%.

Если не знать что происходит, то при беглом взгляде на индикаторы можно ничего не понять: работает компрессор и одновременно подогреватели, лампочка SUPPLY мигает, под контейнером большая лужа…

Для ThermoKing регулирование влажности является опцией, не каждый контейнер может это обеспечить. Для этого применяется своего рода комбинированный режим. Для осушения воздуха также используются нагреватели, но дополнительно может включаться/выключаться одна секция испарителя. Итог тот же, влажность понижается. Контроллер, в отличие от Carrier, имеет отдельную лампочку HUM, так что не будет вводить в заблуждение непонятной индикацией.

Daikin не имеет электронагревателей, поэтому использует горячий газ от компрессора. После того как откроется специальный соленоидный клапан, часть горячего фреона идет мимо конденсатора в дополнительный змеевик, находящийся под испарителем. Конечный эффект тот же. Диапазон регулирования 35 — 95%.

И наконец Starcool. Что касается контроля влажности, тут они решили не оригинальничать и используют электронагреватели. Диапазон регулирования у них скромнее, от 50 до 95%. В их защиту могу сказать, что я ни разу не видел, чтобы была задана влажность менее 60%, так что этот диапазон вполне достаточен.

Ну, а про контейнеры с контролируемым составом атмосферы даже не буду начинать, ибо это очень долгая история. Хотя и интересно.

Благодарим @igorkh за предоставленный материал.