Seminarium z Automatyki Chłodniczej i Klimatyzacyjnej/

Transkrypt

1 Seminarium z Automatyki Chłodniczej i Klimatyzacyjnej/ TEMAT: Zalety i wady termostatycznych zaworów rozpręŝnych na przykładzie rodziny regulatorów firm Honeywell i Danfoss w zastosowaniu do zasilania wentylatorowych chłodnic powietrza. Prowadzący: Dr inŝ. Z. Bonca Wykonał: Tomasz Czonstke

2 Termostatyczne zawory rozpręŝne znajdują szerokie zastosowanie w komercyjnym chłodnictwie i klimatyzacji. Ich głównym zadaniem jest optymalne napełnienie parowników czynnikiem chłodniczym. Są elementem automatyki o działaniu proporcjonalnym, co w praktyce oznacza, Ŝe w sposób proporcjonalny do obciąŝenia cieplnego dostosowują napełnienie parownika czynnikiem chłodniczym. W przeciwieństwie do automatycznych zaworów rozpręŝnych, urządzenia te z powodzeniem mogą być stosowane w instalacjach z jednym parownikiem jak i z wieloma parownikami podłączonymi do jednego przewodu ssawnego. Jeśli temperatura skraplania we wszystkich parownikach jest taka sama to w instalacji nie trzeba stosować dodatkowych elementów automatyki. Jeśli natomiast termostatyczne zawory rozpręŝne będą zastosowane przy parownikach o róŝnych temperaturach wrzenia, naleŝy dodatkowo zastosować zawory dławiące wyrównujące ciśnienie w przewodzie ssawnym. Termostatyczny zawór rozpręŝny naleŝy traktować, jako regulator bezpośredniego działania (regulator o działaniu proporcjonalnym typu P), o prawie prostoliniowym przebiegu charakterystyki statycznej. Chwilowe obciąŝenie cieplne parownika jest uzaleŝnione od zadanego przez uŝytkownika przegrzania pary tp w króćcu wypływowym parownika. Sygnał, informujący o wartości stopnia przegrzania pary jest odbierany za pomocą czujnika wypełnionego parą mokrą (czujnik ten jest umocowany na przewodzie wypływowym za parownikiem) i przekazywany rurką kapilarną nad membranę zaworu TZR. Oczekiwaną wartość przegrzania pary tp ustala uŝytkownik za pomocą spręŝyny dociskającej iglicę do dyszy zaworu Schemat termostatycznego zaworu rozpręŝnego z wewnętrznym wyrównaniem ciśnienia został pokazany na rysunku 1. Czynnik chłodniczy wpływa ze skraplacza do komory wysokiego ciśnienia 10. Następnie przepływając pomiędzy dyszą 4, a iglicą 5 wpływa do komory niskiego ciśnienia 9, redukując ciśnienie z ciśnienia skraplania do ciśnienia wrzenia. Następnie czynnik przepływa do parownika. Elementami regulującymi przepływ czynnika chłodniczego przez zawór są tutaj: 7 śruba regulująca naciąg spręŝyny 6, ciśnienie w mieszku ciśnieniowym 2, oraz ciśnienie w komorze niskiego ciśnienia 9, które traktowane jest w tym przypadku jako ciśnienie w całym parowniku.

3 Rys 1. Schemat termostatycznego zaworu rozpręŝnego z wewnętrznym wyrównaniem ciśnienia. JeŜeli spadek ciśnienia przepływającego czynnika chłodniczego przez parownik przekracza róŝnicę ciśnienia odpowiadającemu zmianie temperatury parowania o 1K to stosuje się termostatyczne zawory rozpręŝne z zewnętrzym wyrównaniem ciśnienia. Dla R134a będzie to około 8 kpa, a dla R407A 12 kpa. Schemat takiego zaworu pokazany jest na rysunku 2. Rys 2. Schemat termostatycznego zaworu rozpręŝnego z zewnętrznym wyrównaniem ciśnienia.

4 Na iglice w termostatycznym zawórze rozpręŝnym działają trzy siły: Fp, Fe i Fs. To od wartości tych sił zaleŝy czy zawór będzie otwarty czy zamknięty. Siła Fs wywołana przez napięcie spręŝyny nastawczej i siła Fe pochodząca od ciśnienia panującego w parowniku oddziałują w taki sposób by zamknąć dysze i zmniejszyć przepływ, natomiast siła Fp- siła z jaką czynnik oddziałowuje na górną część zaworu obniŝa iglice i otwiera dyszę. JeŜeli siły Fe i Fs będą większe od Fp to zawór się zamknie, w przeciwnym przypadku zawór będzie otwarty. Na rysunku 3 widać zasadę działania termostatycznego zaworu rozpręŝnego. Rys 3. Zasada działania termostatycznego zaworu rozpręŝnego. Rolą zaworu rozpręŝnego jest utrzymywanie stałego napełnienia czynnikiem chłodniczym parownika. Regulacja napełnienia wygląda następująco. Czujnik zaworu jest umieszczony bezpośrednio za parownikiem na przewodzie ssawnym. Jego zadaniem jest przekazywanie sygnału ciśnieniowego do zaworu na podstawie temperatury gazu znajdującego się za parownikiem. Schemat podłączenia pokazany jest poniŝej na rysunku 4.

5 Rys 4. Schemat podłączenia termostatycznego zaworu rozpręŝnego. Czynnik w parowniku wrze w stałej temperaturze. W miarę przepływania czynnika wzdłuŝ parownika, ilość czynnika w fazie gazowej wzrasta, a czynnika w fazie ciekłej maleje. W pewnym momencie cały czynnik ulega odparowaniu. Od tego miejsca jego temperatura wzrasta. RóŜnica temperatury wrzenia i temperatury gazu na końcu parownika jest nazywana przegrzewem lub temperaturą przegrzewu. Termostatyczny zawór rozpręŝny reaguje na temperaturę przegrzewu. Prawidłowo skonstruowany termostatyczny zawór rozpręŝny jest zamknięty jeśli w instalacji nie występuje minimalna temperatura przegrzewu tak zwany przegrzew statyczny T SS. Dopiero po osiągnięciu przegrzewu statycznego, zawór zaczyna się otwierać i umoŝliwia przepływ czynnika chłodniczego do parownika. To, na jaką wysokość otworzy się zawór zaleŝy od przegrzewu otwarcia T SO. W ten sposób termostatyczny zawór rozpręŝny chroni spręŝarkę przed zalaniem w momencie, gdy obciąŝenie cieplne parownika jest minimalne. Gdy temperatura czynnika chłodniczego na końcu parownika wzrasta, wzrasta takŝe ciśnienie w czujniku termostatycznego zaworu rozpręŝnego. Sygnał ciśnieniowy jest przekazywany rurką kapilarną bezpośrednio do mieszka termostatycznego zaworu rozpręŝnego, a trzpień zaworu przesuwa się w dół umoŝliwiając przepływ czynnika o większym strumieniu. Do parownika zaczyna dopływać więcej czynnika chłodniczego. Powoduje to, Ŝe całkowite odparowanie czynnika chłodniczego zachodzi w dalszej części parownika, a to z kolei sprawia, Ŝe temperatura przegrzewu zmniejsza się obniŝając tym samym ciśnienie w czujniku. Wśród termostatycznych zaworów rozpręŝnych dość duŝym powodzeniem cieszą się te z wymienialną dyszą. UmoŜliwiają one zmianę mocy zaworu bez potrzeby wymiany całego zaworu na nowy, w przypadku gdy zawór został błędnie dobrany do instalacji. Np. gdy napełnienie parownika nie podąŝa za zmianami obciąŝenia, moŝe to oznaczać, Ŝe dobrany zawór jest zbyt duŝej mocy. Moc nominalna zaworu będzie w dolnej części charakterystyki statycznej.

6 NaleŜy w tym wypadku wymienić zawór na inny o mniejszej mocy, lub w przypadku zaworów z wymienialną dyszą, wymienić dyszę, na taką, która wymusi mniejszy przepływ czynnika chłodniczego do parownika. Podobnie będzie w przypadku, gdy temperatura przegrzewu będzie się utrzymywać cały czas na za wysokim poziomie. Oznacza to, Ŝe dobrany zawór jest zbyt małej mocy i zawór cały czas pracuje przy pełnym otwarciu. NaleŜy go wymienić na większy, czyli na dyszę o większej mocy. Aby dokonać prawidłowego doboru termostatycznego zaworu rozpręŝnego do instalacji naleŝy: określić dla jakiego czynnika chłodniczego dobierany jest zawór; określić moc cieplną parownika; określić temperaturę i ciśnienie wrzenia w parowniku; określić spadek ciśnienia jaki będzie zachodził w parowniku (jest to niezbędne aby określić czy zawór rozpręŝny będzie z wewnętrznym czy zewnętrznym wyrównaniem ciśnienia); określić ciśnienie i temperaturę w skraplaczu; określić jaki będzie spadek ciśnienia i temperatury pomiędzy skraplaczem a zaworem rozpręŝnym; znać sposób połączenia zaworu z instalacją, oraz średnice przewodów; uzyskać informację czy instalacja wymaga bypassów; uzyskać informację czy spręŝarka wymaga ograniczania ciśnienia po stronie ssawnej. Zalety Bardzo dokładna kontrola wydajności przepływającego czynnika chłodniczego w zaleŝności od zapotrzebowania chłodu. Zabezpiecza parownik przed wysuszeniem przy wysokich obciąŝeniach chłodniczych. Zabezpiecza spręŝarkę przed zalaniem: poprzez utrzymywanie stałego przegrzania niezaleŝnie od obciąŝenia. Wady nie zabezpieczają optymalnych warunków zasilania parownika, mała przydatność w zastosowaniu do systemów automatycznego sterowania i monitoringu instalacji, konieczne dokładne wykonanie czujnika, dobra izolacja i przyleganie do przewodu, jeŝeli wymagana jest bardzo mała róŝnica pomiędzy czynnikiem chłodzonym a parownikiem zawór nie moŝe być zastosowany, brak oszczędności energii w przypadku zmian obiąŝenia cieplnego, niewykorzystana część parownika w której pary są przegrzane. Niedoskonałości zakres zastosowań termostatycznych zaworów rozpręŝnych w znacznym stopniu zaleŝy od wybranego wypełnienia, konwencjonalne termostatyczne zawory rozpręŝne wymagają sezonowej regulacji przegrzania statycznego,

7 termostatyczny zawór rozpręŝny posiada dostatecznie wąski zakres regulacji wydajności chłodniczej, co niejednokrotnie komplikuje konstrukcję systemu i zwiększa ilość zaworów w instalacji, a tym samym podnosi koszt inwestycyjny, termostatyczny zawór rozpręŝny ma za zadanie utrzymywać stałą wartość prze grzania i nie ma moŝliwości automatycznej adaptacji przegrzania, dlatego ograniczona jest jego zdolność do regulacji wydajności parownika, zanieczyszczenie filtrów w linii cieczy i straty ciśnienia w rurociągach mogą wpłynąć na przedostawanie się gazu do termostatycznego zaworu rozpręŝnego i w rezultacie znaczne obniŝenie wydajności zaworu, całkowita migracja wypełnienia czujnika zaworu do przestrzeni nadmembranowej spowoduje utratę kontroli nad zaworem.

8 Bibliografia: H. Ullrich, Technika Chłodnicza. Poradnik Tom I, Wydawnictwo I.P.P.U. MASTA Sp. z o.o K. Kalinowski, Amoniakalne urządzenia chłodnicze. Tom 2, IPPU MASTA sp. z o.o