Холодильная техника и кондиционирование воздуха

Раздел: Бытовая техника

Терморегулирующий вентиль (ТРВ) — это наиболее распространенное устройство для регулирования потока жидкого хладагента в испаритель. Интенсивность потока зависит от величины зазора между игольчатым клапаном и седлом.

Назначение. Терморегулирующий вентиль является точным прибором, предназначенным для регулирования подачи хладагента в испаритель в соответствии с интенсивностью кипения жидкого хладагента в испарителе. Этим предотвращается попадание жидкого хладагента в компрессор. Терморегулирующий вентиль регулирует поток хладагента в зависимости от температуры парообразного хладагента на выходе из испарителя и от давления в испарителе. Пар считается перегретым, когда его температура выше температуры насыщения при данном давлении.

Рассмотрим случай, когда испаритель работает на R12 при давлении всасывания 0,25 МПа ( 119). Температура насыщения R12 при 0,25 МПа равна 4 °С. До тех пор пока при этом давлении хладагент находится в жидком состоянии, температура его будет оставаться 4 °С.

При движении хладагента в испарителе жидкость превращается в пар и количество ее уменьшается. На  119 в предпоследней трубке испарителя вся жидкость уже испарилась в результате поглощения некоторого количества тепла из окружающей среды, которое равно скрытой теплоте парообразования хладагента. Пар хладагента продолжает свое движение в испарителе и имеет то же давление (0,25 МПа). Однако температура пара повышается из-за продолжающегося поглощения тепла из окружающей среды. Когда пар достигнет конца испарителя, его температура будет равна 10 °С, следовательно, он находится в перегретом состоянии, и величина перегрева равна 10 °С минус 4 °С, т. е. 6 °С. Величина перегрева пара является функцией количества хладагента, подаваемого в испаритель, и нагрузки на испаритель.

Работа терморегулирующего вентиля. Следующие три силы управляют работой терморегулирующего вентиля ( 120): давление, создаваемое дистанционным термобаллоном и силовой системой, давление в испарителе, эквивалентное давление пружины регулирования перегрева.

Дистанционный термобаллон и силовая система представляют собой замкнутую схему, и в дальнейшем будем считать, что в дистанционном термобаллоне и в силовой системе тот же хладагент, что и в холодильной системе в целом. Давление в дистанционном термобаллоне и силовой системе Р\ соответствует давлению насыщения при данной температуре хладагента на выходе из испарителя и перемещает клапан вентиля в сторону открытия. В противоположность этому • снизу на мембрану и в направлении закрытия действует сила, создаваемая давлением в испарителе Р2 совместно с давлением пружины регулирования перегрева Р3. Механизм вентиля находится в равновесном состоянии, когда Pi = P2 + + Р3. Пар становится перегретым, когда его температуры на выходе из испарителя выше температуры насыщения. Создаваемое таким образом давление в дистанционном термобаллоне и силовой системе становится больше суммарного давления в испарителе и пружины настройки перегрева, и клапан вентиля перемещается в сторону открытия. При уменьшении температуры пара хладагента на выходе из испарителя давление в дистанционном термобаллоне и силовой системе также понижается и суммарное давление в испарителе и пружины регулирования перегрева перемещает клапан вентиля в сторону закрытия.

Заводская уставка перегрева терморегулирующих вентилей сделана таким образом, что клапан вентиля только немного отходит от седла. Эти вентили сконструированы так, что повышения перегрева пара хладагента на выходе из испарителя на 2,2 °С по сравнению с заводской уставкой достаточно для полного открытия клапана вентиля. Например, если заводская уставка перегрева равна 5,5 0С,' рабочий перегрев при открытом положении (полная расчетная производительность вентиля) равен 7,7 °С. Если система работает при меньшей тепловой нагрузке с пониженной на 50 % производительностью компрессора, то вентиль срабатывает при перегреве около 6,6 °С.

При повышении уставки рабочего перегрева производительность испарителя понижается, так как требуется большая площадь поверхности испарителя для обеспечения перегрева, необходимого для открытия вентиля ( 121). Очевидно, что очень важно правильно отрегулировать рабочий перегрев. Для уменьшения первоначальной стоимости испарителя и эксплуатационных расходов необходимо, чтобы минимальное изменение перегрева приводило к полному открытию клапана вентиля. Точная регулировка потока хладагента в испаритель обеспечивает его максимальную производительность при любой нагрузке.

Настройка. Каждый терморегулирующий вентиль до отправки с завода должен быть настроен. В большинстве случаев заводская уставка не требует дополнительного регулирования. Если назначение системы или рабочие условия изменились, то

уставка вентиля должна быть другой и его можно отрегулировать для обеспечения необходимого перегрева.

Некоторые терморегулирующие вентили относятся к нерегулируемому типу. Эти вентили отрегулированы на перегрев, который определяется лабораторными испытаниями и не может быть изменен в производственных условиях.

Большинство нерегулируемых вентилей являются модификациями стандартных регулируемых вентилей. Для этого в регулируемых вентилях вместо штуцера с регулировочным штоком и уплотни- тельной заглушкой используют глухой штуцер ( 122). Имеются специальные наборы штуцеров для переделки нерегулируемых вентилей в регулируемые. Однако это редко требуется.

Определение перегрева. Производительность ТРВ нельзя правильно проанализировать, измеряя давление всасывания и наблюдая за обмерзанием всасывающего трубопровода. Для определения, правильно ли работает ТРВ, необходимо измерить перегрев. Уставку перегрева определяют следующим образом. Измеряют температуру всасывающего трубопровода в точке крепления термобаллона. Измеряют давление во всасывающем трубопроводе в точке расположения термобаллона одним из следующих способов:

если вентиль имеет внешнее уравнивание, манометр на внешней уравнительной линии непосредственно и точно указывает давление;

проверить давление у всасывающего вентиля компрессора. К величине этого давления необходимо прибавить величину перепада давлений во всасывающем трубопроводе между точкой расположения термобаллона и всасывающим вентилем компрессора. Сумма показания манометра н вычисленного перепада давлений приблизительно равна давлению в трубопроводе в точке расположения термобаллона.

Из температуры насыщения вычитают температуру во всасывающем трубопроводе у термобаллона ТРВ. Полученная разность является величиной перегрева.

Правильная уставка перегрева зависит от величины разности между температурами воздуха и хладагента или другой охлаждаемой среды. При значительной разности температур, например в установках кондиционирования воздуха, уставка может быть 8,2 °С без заметного снижения производительности испарителя. При малой разности температур, когда например, используется низкотемпературный воздухоохладитель, для обеспечения его максимальной производительности рекомендуется уставка перегрева 5,5 °С или ниже.

Необходимо учитывать рекомендации изготовителя при регулировании вентиля в оборудовании заводской сборки. Некоторые предприятия-изготовители указывают точную величину перегрева, другие рекомендуют настраивать вентиль для обеспечения необходимого давления всасывания при заданных рабочих условиях или до образования слоя инея на определенном участке трубопровода.

Расположение и монтаж термобаллона. Правильное расположение дистанционного термобаллона вентиля является крайне важным фактором и в некоторых случаях предопределяет успешную работу холодильной установки. Для удовлетворительной работы регулирующего вентиля необходимо обеспечить хороший тепловой контакт между термобаллоном и всасывающим трубопроводом. Термобаллон должен быть прочно закреплен на чистом, прямолинейном отрезке всасывающего трубопровода посредством двух хомутов.

Монтаж термобаллона на горизонтальном всасывающем трубопроводе наиболее предпочтителен. Однако, если нельзя избежать монтажа на вертикальном трубопроводе, термобаллон следует установить таким образом, чтобы капиллярная трубка была сверху

При монтаже необходимо тщательно зачистить всасывающий трубопровод до закрепления дистанционного термобаллона. Если всасывающий трубопровод стальной, то рекомендуется покрасить его алюминиевой краской для снижения до минимума возможной коррозии и неудовлетворительного контакта дистанционного термобаллона с трубопроводом. На трубопроводах с внешним диаметром менее 22 мм дистанционный термобаллон можно монтировать сверху, а на трубопроводах с внешним диаметром свыше 22 мм — сбоку и внизу под углом 45° к горизонтали ( 124,6).

После монтажа на трубопроводе при необходимости защиты дистанционного термобаллона от воздействия воздушного потока его рекомендуется изолировать пористой резиной, которая не абсорбирует воду при температуре в испарителе выше 0°С. При более низкой температуре для предотвращения льдообразования на термобаллоне следует использовать пробку или другой теплоизоляционный материал. Для изоляции не рекомендуется применять фетр. Когда дистанционный термобаллон расположен ниже уровня воды или рассола в погружном испарителе, необходимо использовать водонепроницаемый теплоизоляционный материал.

Оптимальная работа вентиля зависит от монтажа всасывающего трубопровода и расположения термобаллона. Запрещается монтировать термобаллон в отделителе жидкости на линии всасывания. Жидкий хладагент или смесь масла и жидкого хладагента, выкипающего в отделителе жидкости, отрицательно влияет на термобаллон, в результате чего ухудшается работа вентиля.

всасывающий трубопровод, который включает горизонтальный участок от испарителя. К нему крепится термобаллон ТРВ. Этот горизонтальный участок трубопровода имеет небольшой наклон. Если за ним следует вертикальный участок трубопровода, то непосредственно перед ^ним монтируют небольшой U-образный отделитель жидкости. В отделителе жидкости собираются жидкий хладагент или масло, которые проходят через всасывающий трубопровод, что предотвращает их влияние на температуру термобаллона.

В установках с параллельно соединенными испарителями трубопроводы должны быть смонтированы таким образом, чтобы поток хладагента от любого вентиля не воздействовал на температуру дистанционного термобаллона другого вентиля. Правильное соединение трубопроводов включает соответствующее использование отделителей жидкости, обеспечивает нормальную работу каждого вентиля, исключает влияние потока хладагента и масла из других испарителей ( 125,6).

Когда испаритель расположен над компрессором, рекомендуется монтировать вертикальный участок трубопровода до верха испарителя для предотвращения слива хладагента самотеком в компрессор во время нерабочей части . цикла ( 125,в). При регулировании давления в картере компрессора всасывающий трубопровод отводят от испарителя вниз без отделителя жидкости.

Заполнители дистанционного термобаллона. Заполнители дистанционного термобаллона ТРВ классифицируют следующим образом.

Жидкий заполнитель — это обычно тот же хладагент, который имеется в системе. Регулирование вентилем с таким заполнителем обычно не является оптимальным, так как жидкий хладагент может попасть в компрессор при его пуске.

Газовый заполнитель — это обычно тот же хладагент, который имеется в установке. Регулирование вентилем обычно хорошее. Силовой элемент ТРВ не будет работать при ненормальных условиях окружающей среды, так как заполнитель конденсируется в самой холодной точке. Вентиль прекращает функционировать, если силовой элемент или трубка дистанционного термобаллона охлаждаются больше, чем дистанционный термобаллон.

Парожидкостный заполнитель — летучий жидкий хладагент (необязательно тот же, что в системе) в смеси с неконденсирующимся газом. Силовой элемент с этим заполнителем работает и при ненормальны^ условиях окружающей среды.

Универсальный паровой заполнитель заменяет описанные выше три вида заполнителя и обеспечивает хорошее регулирование при любых условиях: от —40 до 10 °С.

Уравнивание ТРВ. Работа ТРВ зависит от соотношения трех основных давлений, т. е. давление в термобаллоне, действующее на мембрану, всегда должно быть равным сумме давления в испарителе (или давления всасывания) и давления пружины, действующих на мембрану со стороны испарителя.

 Если вентиль имеет внутреннее уравнивание, давление на выходе вентиля (или на входе в испаритель) передается к мембране со стороны испарителя через отверстие в вентиле или через зазор вокруг толкателя ( 126, а). Если вентиль имеет внешнее уравнивание, сальник толкателя изолирует мембрану со стороны испарителя от давления на выходе вентиля. Давление всасывания передается мембране со стороны испарителя по трубке, которая обычно соединяет всасывающий трубопровод у выхода из испарителя (предпочтительно после термобаллона) с внешним уравнивающим штуцером на вентиле ( 126,6).

Вентили с внутренним уравниванием применяют для испарителей, имеющих малый перепад давлений, а вентили с внешним уравниванием используют в том случае, когда имеется значительный перепад между давлением у выхода из вентиля и давлением в месте расположения дистанционного термобаллона.

Условия использования ТРВ. Вентиль с внутренним уравниванием может работать с меньшим перепадом давлений в испарителе при более низкой температуре кипения хладагента (. 7).

Конечно, имеются случаи, когда можно удовлетворительно использовать ТРВ с внутренним уравниванием при более высоком перепаде давлений, но это должно быть проверено лабораторными испытаниями. Общие рекомендации, представленные в табл. 7, пригодны для всех промышленных установок.

Когда вентиль имеет штуцер для присоединения линии внешнего уравнивания, последняя должна быть присоединена. Если штуцер заглушить, то вентиль не будет обеспечивать достаточную подачу или неравномерно регулировать поток хладагента.

Вентиль с внешним уравниванием можно применять даже в том случае, если в испарителе имеется низкий перепад давлений. Кроме того, его следует использовать для испарителей, которые имеют распределитель.

ТРВ с ограничением давления. Обычные ТРВ могут илй не могут ограничивать давление в испарителе. Силовые элементы вентилей без ограничения давления заполняют жидкостью. Для заполнения силового элемента вентиля используют различные жидкости в зависимости от применяемого хладагента в системе, рабочей температуры и других факторов. Вентили с ограничением давления ( 130) обеспечивают защиту электродвигателя от перегрузки при высокой тепловой нагрузке. Ограничение давления необходимо для того, чтобы не было превышено максимальное рабочее давление.

Современные компрессорно-конденсаторные агрегаты конструируют для работы в определенном диапазоне давлений всасывания. Эксплуатация оборудования при давлении всасывания выше рекомендуемого максимального значения создает перегрузку на компрессорно-конденсаторный агрегат, в результате чего может иметь место повреждение электродвигателя. Для предотвращения повышения давления всасывания во время работы агрегата необходимо применять ТРВ с ограничением давления.

ТРВ с ограничением давления функционирует как обычный ТРВ, когда он работает при давлениях всасывания в диапазоне, на который рассчитан данный ком- прессорно-кондесаторный агрегат. При достижении максимального рабочего давления функция регулирования от силового элемента передается к ограничителю давления, в результате чего предотвращается дальнейшее увеличение потока хладагента к испарителю. Система будет работать при данном максимальном давлении всасывания до окончания периода перегрузки. Когда давление всасывания станет ниже максимальной величины, вентиль снова будет функционировать как обычный ТРВ.

ТРВ с ограниченным заполнителем жидкостью (газом). Вентили с ограничением давления имеют силовой элемент, содержащий ограниченное количество жидкого хладагента. Когда предельное давление достигнуто, весь жидкостный заполнитель выпаривается. При дальнейшем повышении температуры в испарителе пар, в силовом элементе перегревается без заметного повышения давления в нем. В результате давление, создаваемое над мембраной, ограничивается определенным максимальным значением, и через вентиль подача хладагента не может увеличиться. Таким образом в испарителе устанавливается максимальное рабочее давление.

Вентили с ограничением давления и газовым заполнением применяют в системах - кондиционирования воздуха и других высокотемпературных установках. Они нормально работают, если термобаллон всегда холоднее капиллярной трубки или головки вентиля. Если это условие не соблюдается, заполнитель будет конденсироваться в самой холодной точке и дистанционный термобаллон перестанет выполнять свои функции. , ТРВ с механическим ограничителем давления. ТРВ с механическим ог-

раничителем давления ( 131) имеет силовой элемент с жидкостным заполнением. Давление ограничивается специальной двойной мембраной. При любом давлении ниже уставки вентиль функционирует как обычный ТРВ. Нижняя мембрана действует на штифты, которые в свою очередь регулируют движение иглы.

Когда достигнута уставка ограничения давления, повышенное давление между мембранами преодолевает давление пружины, расположенной над верхней мембраной. Верхняя мембрана поднимается, обе мембраны (теперь они сблокированы) действуют в качестве одной, и вентиль функционирует как регулятор давления, дозируя жидкий хладагент для поддержания заданного давления в испарителе. Когда состояние перегрузки прёодолено, верхняя мембрана опускается вниз до упора и нижняя мембрана опять принимает на себя функции регулирования. Нормальная работа ТРВ возобновляется.

Распределители хладагента. Когда тепловая нагрузка велика, используют несколько крупных испарителей. При этом для предотвращения избыточного перепада давлений в испарителе возникает необходимость применить несколько схем параллельной циркуляции хладагента. Чтобы обеспечить равномерную подачу хладагента от регулирующего вентиля к каждой отдельной схеме циркуляции, обычно используют распределитель хладагента ( 132). Распределитель монтируют на испарителе. Во время подачи жидкого хладагента через регулирующий вентиль часть жидкости мгновенно испаряется, что приводит к снижению ее температуры до температуры в испарителе, образуется дроссельный пар. Далее смесь жидкости и дроссельного пара поступает в распределитель, а затем равномерно подается в змеевики испарителя через небольшие питательные трубки. Их количество зависит от конструкции распределителя и количества схем, требуемых для обеспечения соответствующей интенсивности потока хладагента в испарителе.

При отсутствии распределителя хладагент разделился бы на слои пара и жидкости, в результате чего некоторые схемы не имели бы достаточного питания. Для предотвращения колебаний в питании различных схем хладагентом сопротивление питательных трубок должно быть одинаковым. Для этого питательные трубки делают равной длины.

Существует два типа распределителей хладагента: распределители с высоким перепадом давлений и распределители с низким перепадом давлений. Для хорошего распределения хладагента, проходящего через отверстия распределителя, его поток должен турбулизироваться.