Расширительные устройства - Принцип работы.

Как устроен ТРВ

 

Расширительное устройство управляет потоком жидкого хладагента, поступающего из конденсатора, обеспечивая падение величины давления с высокого значения (давление в конденсаторе) до низкого значения (давление в испарителе), влияя также на величину падения температуры.

Расширительное устройство управляет потоком жидкого хладагента, поступающего в испаритель.

 

принцип работы ТРВ

 

Расширительные устройства - Типы.

 

Расширительные устройства, применяемые в холодильной технике, могут быть двух видов: регулируемые и нерегулируемые.

В нерегулируемых расширительных устройствах проходное сечение остается неизменным, в отличие от регулируемых расширительных устройств - в них проходное сечение может изменяться, меняя таким образом массовый расход хладагента через устройство.

Вот некоторые примеры расширительных устройств различного типа:

 

 

 

 

 

Расширительные устройства - Капиллярная трубка.

 

Капиллярная трубка - это длинная трубка постоянного сепчения, которая может использоваться в системах 1 : 1 (один компрессор и один испаритель).

Применение термина "капиллярная" в данном случае достаточно условно, поскольку поверхностное натяжение не играет существенной роли в данном применении.

Стандартный внутренний диаметр капиллярной трубки - от 0.5 мм  до 3 мм, а длина - от 1.0м до 6м .

 

Падение давления.

Причина возникновения падения давления в капиллярной трубке заключается в следующем:

Жидкий хладагент начинает испаряться, поскольку возникает падение давления из-за наличия силы трения о стенки трубки, таким образом образуется парожидкостная смесь. Увеличение объема парожидкостной смеси приводит к возникновению эффекта дросселирования и ограничения потока хладагента, проходящего через капиллярную трубку. Для заданных параметров длины и диаметра трубки сила трения постоянна, поэтому величина падения давления напрямую зависит от длины трубки.

 

 

 

 

 

Преимущества.

 

Дешевизна и отсутствие движущихся частей, а, следовательно, нет необходимости в обслуживании.

Наличие капиллярной трубки приводит к выравниванию величин давления в конденсаторе и испарителе, соответственно возможен мягкий пуск компрессора.

Идеальна для применения в системах с  герметичными компрессорами, предварительно собранных и полностью заправленных.

 

Недостатки.

 

Невозможно регулировать поток хладагента в зависимости от сезонных или дневных изменений в температуре окружающей среды или нагрузки. Система работает эффективно только при расчетных условиях.

Возможно закупоривание канала из-за узкого проходного сечения трубки; поэтому необходимо быть предельно аккуратным при сборке системы. Необходимо использовать фильтр-осушитель перед трубкой для предотвращени я попадания загрязнений и твердых частиц в трубку.

Во время цикла остановки в испарителе может остаться жидкость, которая затем, при запуске системы, может привести к повреждению компрессора. Именно поэтому такие системы используются только полностью заполненными и в них применяются герметичные компрессоры, которые не допускают утечек хладагента. Достаточно часто также применяется отделитель жидкости для предотвращения попадания жидкого хладагента в компрессор.

Подходит  только для использования в системах с одним компрессором и одним испарителем.

 

Расширительные устройства - Автоматический расширительный Вентиль.

 

Автоматический расширительный вентиль (АРВ) обеспечивает постоянное давление, а значит и постоянную температуру, в испарителе.

Уменьшение величины давления в сужающем устройстве

Pa - Атмосферное давление

Ps - Усилие пружины

Pfs - Давление за пружиной (зависит от конструкции)

Pe - Давление в испарителе

Pa+Ps = Pfs+Pe, диафрагма не перемещается.

Когда давление в испарителе уменьшится настолько, что Pa+Ps > Pfs+Pe, диафрагма смещается вниз, открывая клапан, и направляя, таким образом, большее количество хладагента в испаритель.

Когда давление в испарителе увеличится настолько, что Pa+Ps < Pfs+Pe, диафрагма смещается вверх, закрывая клапан, и ограничивает количество поступающего хладагента в испаритель.

 

 

 

 

Расширительные устройства - Терморегулирующий вентиль.

 

Терморегулирующий вентиль - самое универсальное расширительное устройство, наиболее часто применяемое в холодильный системах.

 

Терморегулирующий вентиль управляет величиной перегрева в испарителе; также он препятствует попаданию жидкости в компрессор, поскольку закрывается при прохождении жидкости через клапанный узел.

 

Pb - Давление в термобаллоне

Ps - Усилие пружины

Pe - Давление в испарителе

При условии, что Pb = Ps+Pe диафрагма неподвижна.

 

Если давление в термобаллоне возрастает таким образом, что Pb > Ps+Pe, диафрагма смещается вниз, открывая клапан, и направляя, таким образом, большее количество хладагента в испаритель.

 

Если давление в термобаллоне уменьшается таким образом, что Pb < Ps+Pe, диафрагма смещается вверх, закрывая клапан, и ограничивает количество поступающего хладагента в испаритель.

 

 

 

Уровень жидкого хладагента контролируется расширительным устройством - термобаллоном:

 

 

Нагрузка уменьшается и уровень жидкости повышается:

 

При уменьшениии температуры / нагрузки испарителя: давление в термобалоне падает:

 

диафрагма под действием пружины движется вверх, и клапан закрывается:

 

меньшее количество хладагента поступает в испаритель:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расширительные устройства - Электронно-управляемый ТРВ.

 

Датчик температуры меряет температуру перегретого пара на выходе испарителя.

 

Датчик давления меряет давление пара на выходе испарителя. В контроллере сигнал давления преобразовывается в значение температуры насыщенных паров хладагента.

 

Величина перегрева получается путем вычитания температуры насыщенных паров из температуры перегретого пара.

 

Контроллер управляет значением PWM (Pulse Width Modulation - Широтно-Импульсная модуляция) - открывая и закрывая клапан для точной дозировки хладагента и поддержания уставки перегрева.

 

 

 

 

 Терморасширительные вентили ТРВ - Конструкция

 

 

Терморегулирующий вентиль включает в себя терморегулирующий элемент (1), отделенный от корпуса клапана (2) диафрагмой

 

Корпус клапана содержит следующие компоненты - фильтр (3), пружина (4) и клапанный узел (5).

 

Капиллярная трубка соединяет терморегулирующий элемент с термобаллоном (6).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Принцип работы ТРВ.

 

    Функционирование терморегулирующего вентиля обусловлено соотношением следующих величин давлений:

 

P1: Давление в термо баллоне, которое воздействует на диафрагму сверху, по направлению открытия клапана.

 

P2: Давление в испарителе (давление кипения), которое воздействует на диафрагму снизу, по направлению закрытия клапана.

 

P3: Усилие пружины, которое также воздействует на диафрагму снизу, по направлению закрытия клапана.

 

Во время процесса регулирования (работы устройства), баланс сил образуется между давлением в термо баллоне с одной стороны диафрагмы (P1) и давлением кипения (P2) плюс усилием пружины (P3) с другой стороны. Усилие пружины необходимо для задания минимального значения давления в термо баллоне, приводящего к началу смещения диафрагмы для открытия клапана.

 

Усилие пружины необходимо для задания минимального усилия/давления которое необходимо превысить давлению в термо баллоне для открытия

 

 

 

 

 

 

 

 

Если закручивать до упора регулировочный винт ТРВ то клапанный узел будет закрыт и хладагент в испаритель не поступает. в объеме будет тепло...

Если слишком много выкрутить регулировочный винт ТРВ, то в испаритель будет поступать большое количество хладагента в жидком виде. Выкипания хладагента в испарителе происходить не будет. А будет сильное обмерзание газовой / всасывающей магистрали и даже компрессора. В объеме также будет тепло.

 

 

Расширительные устройства -Уравнивающее давление

 

    Как мы видели на предыдущих слайдах, расширительное устройство работает под действием 3-х основных сил (давлений): давление в термобаллоне (Pb), уравнительное давление (Pe) и эквивалентное давление пружины (Ps).

 Уравнительное давление - это давление в испарителе (давление кипения), которое передается на клапан.

 

Это применимо к расширительным устройствам, работающим по давлению и давлению/температуре.

 

Существует два способа передачи давления кипения на диафрагму расширительного устройства:

 

    1. Внутреннее уравнивание.

 

    2. Внешнее уравнивание.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Более подробно о том, как работают оба этих способа мы покажем на следующих слайдах.

 

 

Внутреннее уравнивание давления - Давление кипения передается передается на диафрагму изнутри:

*Примечание: При изменении температуры на 10K (температура среды - температура кипения).

 

 

Внешнее уравнивание давления - Давление кипения передается на диафрагму непосредственно с выхода испарителя на внешнее присоединение клапана по отдельному трубопроводу:

 

 *Примечание: При изменении температуры на 10K (температура среды - температура кипения). Расширительное устройство с внешним уравниванием давления желательно использовать в системах, где потеря давления на испарителе достаточно высока, т.е. их совершенно необходимо использовать в системах с разделителями потока.

 

 Перегрев. Как измерить определить перегрев?

 

Перегревом пара называют разницу между температурой, измеренной при помощи термобаллона (темература образования пара при постоянном давлении) и температурой пара хладагента.

 

Перегрев определяется считыванием величины давления кипения как можно ближе к месту крепления термобаллона, преобразованием этой величины в температуру и вычитанием ее из реальной температуры, измеренной в месте крепления термобаллона.

 

 Перегрев измеряется в K или °C

 

Перегрев играет ключевую роль в функционировании расширительного устройства. Основным назначением ТРВ является контроль значения перегрева, но в то же время, перегрев влияет на степень открытия клапана, осуществляя таким образом замкнутую цепь управления.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Переохлаждение.

 

   Переохлаждение определяется как разность между температурой начала кипения жидкости и температурой жидкости, измеренной в той же точке жидкостной линии.

 

Переохлаждение измеряется в K или °C.

 

 Величина переохлаждения на входе в расширительное устройство должна составлять как минимум 1 - 2 K для обеспечения бесперебойной работы терморегулирующего вентиля.

 

Переохлаждение хладагента необходимо для того, чтобы избежать появления пузырьков пара в хладагенте на входе в расширительное устройство.

 

Пузырьки пара в потоке хладагента приводят к уменьшению производительности расширительного устройства и, соответственно, к уменьшению количества хладагента, поступающего в испаритель.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Зарядка термобаллона

 

 

 Цель зарядки - поддержание постоянного соотношения температура/давление во всем температурном диапазоне использования ТРВ. Достичь этого можно двумя способами - использовать Параллельный или Последовательный тип зарядки.

 

При параллельном типе, для зарядки термобаллона используют тот же хладагент, что и в холодильной установке. Кривые давления в данном случае параллельны. В случае использования такого типа зарядки, для высоких температур кипения хладагента, отклонение давления может  составлять   0.12 бар/K, при низких температурах кипения - до   0.27 бар/K.

 

Поскольку настроить такую систему можно только на одну величину температуры испарения, рекомендуется применять такие ТРВ в ограниченном температурном диапазоне.

 

Перекрестный тип зарядки подразумевает заполнение термобаллона специальной смесью, которая позволяет сохранять соотношение температура/давление в широком температурном диапазоне. Кривые давления термобаллона и хладагента пересекутся вне рабочего диапазона.

 

  

_____

 

  В некоторых случаях может потребоваться ограничение степени открытия ТРВ , чтобы избежать высокой величины давления кипения. Это может быть достигнуто при использовании клапанов с функцией MOP.

 

MOP = Maximum Operating Pressure (Максимальное давление регулирования).

 

Масса вещества для заправки термобаллона ограниченна так, чтобы при определенном соотношении давление/температура вся зарядка в термобаллоне испарялась.

 

Как только вся жидкость в термобаллоне испарится, давление в термобаллоне будет расти медленнее, чем давление кипения, соответственно, при увеличении давления кипения, клапан будет закрываться.

 

  

 

___

 

Адсорбционная зарядка

 

Для данного типа зарядки термобаллона используют СО2 или метан. В зависимости от температуры, давление будет меняться по газовому закону с учетом характеристик адсорбционного материала. Наиболее часто используют активированный уголь в качестве адсорбирующего материала, также может использоваться силикогель и молекулярное сито.

 

В версии клапана с MOP используется отличное давления зарядки термобаллона. Это приводит к наличию дополнительной точки пересечения кривых давления зарядки и хладагента. Соответственно, давление зарядки термобаллона не может открыть клапан при наличии давления хладагента.

 

   

 

Терморегулирующие вентили могут выпускаться с четырьмя различными типами зарядки термобаллона:

 

Примечание: Поскольку давление внутри термобаллона зависит от типа используемого хладагента, различные терморегулирующие вентили применяются для разных хладагентов. В случае применения электронно- управляемых ТРВ, различные характеристики хладагентов записаны в управляющей программе контроллера.

 

Зарядка термобаллона – Быстродействие

 

На данном слайде мы увидим время срабатывания клапана для каждого из типов зарядки.

 

На графике, по оси X откладывается время, а по оси Y - открытие/закрытие клапана.

 

В холодильном цикле, время срабатывания клапана должно равняться времени срабатывания испарителя. Клапан и испаритель должны функционировать как единая система.

 

Короткое время закрытия клапана необходимо для предотвращения скапливания жидкости в испарителе, т.е. для защиты компрессора от гидроудара.

 

Разное время срабатывания для открытия/закрытия клапана определяет эффект затухания для системы испаритель/клапан.

 

 Различные типы загрузки определяются областью применения и применяемым испарителем.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Другие типы расширительных устройств.

 

 

Капиллярная трубка

(Нерегулируемое устройство)

Автоматический расширительный клапан

(Регулируется по сигналу давления)

Терморегулирующий вентиль

(Регулируется по давлению и температуре)

Электронно- управляемый ТРВ

(Адаптивное регулирвание)