Регулятор перегрева хладагента

Регулятор перегрева хладагента (терморегулирующий вентиль (ТРВ)) – это основной автоматический прибор для регулирования заполнения хладагентом испарителей малых холодильных машин.

Рассмотрим принцип действия ТРВ. В сечении I-I испарителя (рис. 5а и 5б) весь жидкий хладагент превращается в пар, после чего начинается его перегрев, то есть температура пара начинает повышаться. Баллон термочувствительной системы ТРВ прикреплен на выходе из испарителя (в сечении II-II), где достигается максимально возможный перегрев пара в испарителе. Поэтому давление, оказываемое термочувствительной системой на мембрану ТРВ сверху, становится больше давления жидкого хладагента, действующего на мембрану снизу, поэтому клапан 5 будет отходить от седла до тех пор, пока давление пара не уравняется с сопротивлением пружины 7 (рис.5в). Если количество жидкого хладагента, поступающего в испаритель, увеличилось, то перегрев образующегося в испарителе пара уменьшится, и давление в термочувствительной системе уменьшится, и клапан 5 прикроется пружиной 7. При минимальном перегреве, зависящем от натяжения пружины, клапан – закроется. Чем больше натяжение пружины 7, тем меньше испаритель заполнен жидкостью. При остановке компрессора отсос пара прекращается, перегрев становится равным нулю и ТРВ закрывается.

При увеличении теплопритоков к испарителю перегрев пара хладагента увеличивается, давление в термочувствительной системе также увеличивается, поэтому пружина 7 сжимается, а игла клапана 5 отходит от седла и подача холодильного агента в испаритель увеличивается. В зависимости от гидравлического сопротивления испарителя применяются ТРВ: с внутренним (рис.5а) и внешним (рис.5б) уравниванием давления.

Рис. 5. Терморегулирующий вентиль

схема подключения ТРВ с внутренним уравниванием давления (а) и с внешним уравниванием (б); конструкция ТРВ мембранного типа (в).

ТРВ с внутренним уравниванием давления применяют в наиболее распространенных машинах с одним змеевиковым испарителем (при малом гидравлическом сопротивлении испарителя).

Рис. 6. Принципиальная схема ТРВ с внутренним уравниванием (а) и

схема его подключения к испарителю (б):

1 – гофрированная мембрана; 2 – толкатель (стержень); 3 – игла, прикрывающая седло клапана; 4 – пружина, закрывающая иглой отверстие клапана; 5 – регулировочный винт сжатия пружины, для регулирования силы, прижимающей иглу к седлу клапана; 6 – термочувствительный баллон с капиллярной трубкой; 7 – седло клапана; 8 – вход холодильного агента в ТРВ.

ТРВ с внешним уравниванием давления применяют для испарителей с большим гидравлическим сопротивлением, когда от одного ТРВ хладагент подается через общее распределительное устройство в несколько параллельных змеевиков.

В ТРВ с внутренним уравниванием давления на нижнюю сторону мембраны 1 (рис.6а) действует давление хладагента непосредственно после его дросселирования в корпусе ТРВ (перед подачей его в испаритель). Терморегулирующие вентили такого типа применяются в испарителях с малым внутренним гидравлическим сопротивлением.

При наличии больших гидравлических сопротивлений на участке от ТРВ до испарителя (и в самом испарителе) давление после дросселирования может значительно отличаться от давления кипения в испарителе, особенно при необходимости распределения хладагента по секциям с помощью распределительного устройства (система паук). В этих случаях целесообразно применять ТРВ с внешним уравниванием давления. Принципиальная схема такого ТРВ и схема его подключения к испарителю представлены на рис.7. В ТРВ с внешним уравниванием давления (см. рис.7) нижняя полость мембраны 1 отделена от полости дросселирования плотной перегородкой 9(часто в качестве перегородки применяется сам сильфон), а давление под мембрану организуется с помощью капиллярной трубки, присоединяемой к выходному патрубку испарителя вблизи места крепления термобаллона (см. рис.7а).

Рис.7.Принципиальная схема ТРВ с внешним уравниванием давления (а) и схема его подключения к испарителю (б):

1– гофрированная мембрана; 2–толкатель (стержень);3– игла, закрывающая седло клапана; 4– пружина, прижимающая иглу к седлу клапана; 5– винт, регулирующий сжатие пружины, для регулирования степени прижатия иглы к седлу клапана; 6–термочувствительный баллон с капиллярной трубкой; 7–седло клапана; 8–направляющая толкателя (уплотняющий сальник); 9–плотная перегородка; 10–капилляр к уравнительной линии (подсоединяется к выходу из испарителя) вход холодильного агента в ТРВ.

1.5.2. Настройка регуляторов перегрева (ТРВ)

В условиях эксплуатации судна настройка ТРВ производится только при дозарядке системы холодильным агентом. Во всех других случаях настройка ТРВ не требуется и может оказаться даже вредной. Вращая винт настройки ТРВ, механик воздействует на пружину регулятора, а не на увеличение или уменьшение дроссельного отверстия. Соответствующая настройка ТРВ приводит к изменению цикла, а давление кипения агента остается почти на прежнем уровне. Это значит, что температура кипения агента в испарителе мало меняется.

При настройке ТРВ следует помнить, что задача регулятора перегрева — предохранить компрессор от попадания жидкого агента в цилиндр. При этом ТРВ должен обеспечивать оптимальное заполнение жидким агентом испаритель. Лучше всего представить себе ТРВ, как регулятор уровня жидкости.

Настройка регулятора перегрева пара производится последовательно в соответствии со следующими двумя этапами (пунктами). Первый этап (пункт а): перед дозарядкой системы хладагентом ТРВ на всех испарителях (при многокамерной системе охлаждения) ставят на максимальный перегрев. Это делается для того, чтобы не произошёл гидравлический удар при пуске компрессора, в случае переполнения системы хладагентом.

Нельзя забывать, что разные конструкции ТРВ имеют разную маркировку при настройке. На судах используется в основном четыре типа маркировок: холод – тепло; уменьшение перегрева – увеличение перегрева; уменьшение – холод – увеличение; открыт – закрыт.

Такая нечеткая маркировка ТРВ часто приводит к неправильным действиям обслуживающего персонала. Поэтому следует руководствоваться тем, что увеличение перегрева означает повышение температуры хладагента на выходе из испарителя в районе крепления термобаллона ТРВ, равносильное как бы уменьшению уровня жидкого хладагента в испарителе. Для этого при маркировке «холод – тепло» вращают винт настройки в сторону, «тепло» до отказа, при маркировке «уменьшение перегрева <•--•> – увеличение перегрева» винт настройки вращается в сторону увеличения перегрева; при маркировке «уменьшение •<• – холод – увеличение» винт настройки вращают в сторону уменьшение и при «открыт–> закрыт» в сторону «закрыт»;

Второй этап (пункт б) – производят дозарядку системы хладагентом и пробный пуск компрессора. Через 10…15 минут компрессор останавливают и осматривают испарители. Если при максимальном перегреве, установленном на ТРВ, иней во всех испарителях распространился по всасывающей трубе дальше крепления термобаллона, это означает, что система переполнена хладагентом и часть его необходимо удалить. Если в некоторых камерах иней достиг термобаллона, а в других — нет, то в последних необходимо уменьшить перегрев на ТРВ, вращая для этого винт настройки в противоположную сторону, указанную в пункте а. Нормальной настройку ТРВ считают, когда иней удерживается в районе крепления термобаллона. Если во всех камерах иней не достигает термобаллона при установленном минимальном перегреве, это означает, что в систему необходимо добавить холодильный агент. Однако перед этим все ТРВ устанавливают на максимальный перегрев и, руководствуясь пунктами а и б, производят настройку ТРВ с самого начала.

Таблица 3

Возможные неполадки в работе ТРВ и способы их устранения

Продолжение табл.3

Однако в период эксплуатации системы возможны различные неполадки в работеТРВ. Примеры таких неполадок и способы их устранения приведены в таблице 3.

При замене старого ТРВ на новый перед монтажом его следует продуть. Струя воздуха должна свободно проходить через седло прибора при комнатной температуре. Если термочувствительная система повреждена, воздух через ТРВ не будет проходить.

1.5.3. Регулировка давления конденсации

Давление конденсации зависит от температуры забортной воды и ее расхода. Температура воды при эксплуатации судна меняется в широких пределах – от 0 до 34°С. В связи с тем, что расход забортной воды на конденсаторы судовой холодильной установки почти неизменный, создаются исключительно неблагоприятные условия для эксплуатации СХУ. В конденсаторах давление меняется от 9 до 3 кг/см², что приводит к серьезным нарушениям всего цикла работы установки. Следует, к сожалению, отметить, что на морских судах нет работоспособного регулятора давления пара в конденсаторе, и создание такого регулятора является острейшей проблемой. Водорегулирующие вентили (ВРВ) на СХУ, как правило, отсутствуют, а там, где их и устанавливают, они не работают, так как их клапанные седла быстро разрушаются под действием забортной воды. Пока нет надежных ВРВ для морских холодильных установок, механикам можно рекомендовать делать на конденсаторах обводы из труб, сечением меньше основных, с клапанами, которые дают возможность переводить охлаждение с одного сечения труб на другое, то есть изменять расход воды на конденсатор.

Квалифицированное обслуживание судовой автоматизированной холодильной установки позволяет существенно улучшить технологический процесс хранения скоропортящихся продуктов и ощутимо повысить производительность труда машинной команды.

Теплота паров хладагента, сжатых в компрессоре, отводится забортной воде, прокачиваемой через конденсатор. Процесс конденсации определяется температурой и расходом проходящей через него охлаждающей воды, а также тепловой нагрузкой конденсатора. Зависимость давления конденсации p_k от расхода забортной воды m_зв при постоянных температуре забортной воды t_зв и тепловой нагрузке конденсатора Q_к называется статической характеристикой конденсатора: p_k = f(m_зв) (рис.10б). Очевидно, различным температурам охлаждающей воды соответствуют и различные статические характеристики конденсатора.

На рис.10а и 10б представлены схема и статические характеристики конденсатора для двух значений температуры забортной воды.

Пусть температура забортной воды равна t_зв1 и ей соответствует статическая характеристика p_k1(m_зв1). Тогда при расходе воды m_зв1 режим работы конденсатора определится точкой 1 с давлением конденсации p_к1. Характерной особенностью эксплуатации судовых холодильных установок является их работа при быстро и резко меняющихся климатических условиях. Понижение температуры забортной воды до t_зв2 изменит положение статической характеристики до p_к2(m_зв2).

Рис.10. Регулирование давления конденсации хладагента

а) принципиальная схема установки; б) статические характеристики конденсатора; в) структурная схема регулирования; г) статическая характеристика водорегулирующего вентиля.

В этом случае режим работы конденсатора при прежнем расходе воды m_зв1 определится точкой 2, которой соответствует пониженное давление конденсации p_к2< p_к1. Как показывает практика, изменение температуры воды от 0 до 32°С, при прочих равных условиях, вызывает изменение давления конденсации от 0,32 до 0,88 МПа, то есть в 2,5 раза. Подобные колебания, особенно понижение давления конденсации, отрицательно сказываются на работе ТРВ и, следовательно, на качестве регулирования степени заполнения испарителя. Кроме того, изменение давления конденсации приводят к изменению массы свободной воды в хладоне, а связанное с ним изменение температуры конденсации сказывается на поглотительной способности силикагеля. Следовательно, давление конденсации необходимо поддерживать постоянным, то есть регулировать. Как видно из графика на рис.10б, давление конденсации p_к1 при изменении температуры забортной воды до t_зв2 будет постоянным в том случае, если расход воды уменьшится до m_зв2 (точка 3). В общем случае регулирование давления конденсации при меняющейся температуре забортной воды или тепловой нагрузке конденсатора осуществляется соответствующим изменением расхода воды через конденсатор. Структурная схема подобных САР представлена на рис. 10в.

Изменение давления в объекте регулирования ОР конденсатора оценивается автоматическим регулятором АР давления, который сравнивает текущее значение регулируемого параметра p_к с заданным p_зад. В зависимости от знака и величины рассогласования Dx = p_зад - p_к регулятор выдает сигнал регулирующему органу РО на уменьшение возникшего рассогласования. В соответствии с

Рис.11. Водорегулирующий вентили типа Р (а) и

типа WVFM фирмы «Данфосс» (б)

этим сигналом РО изменяет расход воды через конденсатор, удерживая давление конденсации на заданном уровне. Зачастую регулятор и РО изготавливают в одном корпусе и называют водорегулирующим вентилем (рис.11.).

Водорегулирующий вентиль типа Р (рис. 11а). В этом регуляторе внутреннее пространство между сильфоном 7 и его корпусом 8 соединено с паровым пространством конденсатора или с нагнетательной стороной компрессора. Усилие, возникающее на сильфоне, передаётся на шток 6 и уравновешивается пружиной 2. Мембраны 3 и 5 уплотняют водяную часть регулятора.

При повышении давления конденсации усилие на сильфоне возрастает и шток 6, преодолевая сопротивление пружины 2, поднимает клапан 4 и увеличивает расход воды на конденсатор. Давление конденсации остаётся на прежнем уровне.

На нужное давление конденсации прибор настраивают вращением гайки 1, которая, действуя на тарелку, изменяет натяг пружины 2.

Водорегулирующий вентиль типа WVFM фирмы «Данфосс» (рис.11б). Способ регулирования, реализованный в этих водорегулирующих вентилях, называется пропорциональным. Он характеризуется тем, что для различных значений температуры забортной воды поддерживаются различные значения регулируемого параметра – давления конденсации (рис.10г). Так, минимальной температуре воды соответствует наименьшее регулируемое давление p_k^min , а максимальной температуре – наибольшее p_k^max. Разность d=p_к^max–p_к^min называется неравномерностью регулирования.

Неравномерность регулирования заложена в самом принципе регулирования. Действительно, чтобы обеспечить подачу большего количества воды в конденсатор, например при возрастании температуры забортной воды, необходимо увеличить открытие клапана, для чего необходимо повышенное давления конденсации. Наоборот, снижение температуры забортной воды требует уменьшение ее расхода, что обеспечивается прикрытием клапана под действием настроечной пружины, а это возможно только при понижении давления в конденсаторе.

Следовательно, каждой температуре охлаждающей воды соответствует единственное значение давления конденсации. Обычно это свойство выражается статической характеристикой САР p_к(t_зв), показывающей, как изменяется регулируемая величина с изменением температуры воды.

1.6. Изменение температуры в охлаждаемых помещениях при помощи пропорциональных регуляторов давления

Пропорциональные регуляторы давления применяются только при многокамерных системах охлаждения, при наличии камер с плюсовой температурой и при разности температур в отдельных помещениях не менее 10°С.

Известны четыре типа пропорциональных регуляторов давления:

— «до себя»;

— «после себя»;

— регуляторы давления кипения холодильного агента;

— регуляторы давления конденсации холодильного агента. В судовых установках наиболее распространены регуляторы давления «до себя» (автоматический дроссель, бародроссель или регулятор давления испарителя). Они устанавливаются на всасывающей линии, изменяют производительность компрессора за счет дросселирования паров агента при всасывании. Реагируя на повышение давления на линии всасывания до себя, данный регулятор давления увеличивает проходное сечение клапана, что приводит к увеличению производительности компрессоров. При уменьшении тепловой нагрузки кипение агента происходит менее интенсивно. В результате этого давление до регулятора падает, поэтому регулятор уменьшает сечение клапана на линии всасывания, что снижает производительность компрессора.

На судах морского флота применяются три типа регуляторов «до себя»: — фирмы «Данфосс» типа IV;

— фирмы «Данфосс» типа IVA;

— регулятор отечественной постройки АДД-20.

На рис.12 показаны регуляторы «до себя» фирмы «Данфосс» типа IV и регулятор АДД-20: на сильфон 4 снизу давит пар, выходящий из испарителя. При повышении давления сильфон и пружина 6 сжимаются, .клапан 3 поднимается, увеличивая проходное сечение на линии всасывания. Пружина 5 служит для устранения колебаний клапана. Настраивается регулятор с помощью винта 2, изменяя натяжение пружины 6. При настройке регулятора к штуцеру

Рис.12. Пропорциональные регуляторы давления:

а – регулятор «до себя» W фирмы «Данфосс»; б – регулятор АДД-20

присоединяется манометр. Колпачок 1 установлен для предохранения от выпадения инея на регулировочном винте 2. Регуляторы могут быть настроены в диапазоне давлений от 400 мм рт. ст. до 3,3 кг/см².

У регулятора АДД-20 в корпусе 11 закреплена диафрагма 3. Снизу диафрагмы установлен ограничитель 2, а сверху – чашка 12. Внутри корпуса находится пружина 1, упор пружины 10 и регулировочный болт 9. Сильфон 7 обеспечивает герметичность. При повышении давления в испарителе пары агента проходят через отверстия, в клапане 8 и уплотнении 5, заставляют диафрагму преодолевать силу натяжения пружины. При этом клапан открывается, что увеличивает производительность компрессора. Клапан находится под действием пружины 15, поэтому, как только диафрагма преодолеет натяжение пружины 1, он открывается. При уменьшении давления в испарителе пружина закрывает клапан. Установка необходимого давления на линии всасывания регулируется регулировочным болтом 9.

При настройке пропорциональных регуляторов давления «до себя» следует учитывать, что температурой в охлаждаемых помещениях управляют термостаты, а остановкой и пуском компрессора — термостат и прессостат.

В судовых холодильных установках регулятор «до себя» рекомендуется настраивать на давление всасывания 0,12…0,13МПа, что обеспечивает кипение хладагента R22 при температуре около минус 25°С. При такой регулировке холодильные камеры работают наиболее устойчиво.