AUTOMATYKA CHŁODNICZA I KLIMATYZACYJNA

Transkrypt

1 Gdańsk r AUTOMATYKA CHŁODNICZA I KLIMATYZACYJNA Temat: Budowa i zasada działania pojemnościowych regulatorów poziomu cieczy przeznaczonych do zasilania parowników płytowych w pośrednich systemach chłodzenia. Dariusz Paciorkiewicz SUChiKl sem.ix Wydział Mechaniczny

2 W parownikach płaszczowo-rurowych typu zalanego, chłodnicach międzystopniowych, osuszaczach i innych elementach instalacji chłodniczej, zachodzi konieczność utrzymania stałego, niezależnego od wahań obciążenia cieplnego, poziomu ciekłego czynnika. Do tego celu stosowane są: zawory pływakowe niskiego i wysokiego ciśnienia (bezpośredniego i pośredniego działania), termostatyczne regulatory poziomu cieczy, elektroniczne regulatory poziomu cieczy. Regulatory te najczęściej jako człon pomiarowy mają pływak, głównie ze względu na jego prostą budowę. Jednak w przypadku zbiorników ciśnieniowych powstają trudności spowodowane potrzebą dobrych uszczelnień i jednocześnie małego tarcia w miejscach wprowadzeń dźwigni i trzpienia zaworu. Przykładowa konstrukcja to pływak, który za pośrednictwem dźwigni przestawia trzpień zaworu regulacyjnego. Zawory pływakowe niskiego ciśnienia Rys. Zawór pływakowy niskiego ciśnienia W zaworze pływakowym bezpośredniego działania zmiana położenia pływaka powoduje bezpośrednią zmianę wolnego przekroju, przez który ciekły czynnik dopływa, na przykład do parownika. Zakres proporcjonalności tego

3 typu regulatora jest niewielki, ponieważ z reguły nie przekracza od 20 do 100mm różnicy poziomu cieczy. W zaworach niskiego ciśnienia element czujnikowy, jakim jest pływak oraz iglica znajduje się w przestrzeni niskiego ciśnienia. W miarę obniżania się poziomu ciekłego czynnika w zasilanym parowniku, a zatem i w połączonej z nim komorze zaworu, pływak opada, wysuwając iglicę z otworu dyszy, umożliwiając w ten sposób wtrysk czynnika do komory. Spadek obciążenia cieplnego parownika powoduje wzrost poziomu znajdującej się w nim cieczy, a w konsekwencji przymykanie dopływu czynnika z zaworu. Bezpośredni wtrysk cieczy do komory pływaka może być przyczyną falowania powierzchni wrzącego czynnika, a więc i kołysania samego pływaka. Wada ta w nowoczesnych rozwiązaniach konstrukcyjnych jest skutecznie eliminowana przez zastosowanie dławienia czynnika poza komorą pływaka, której pozostaje wówczas wyłącznie funkcja przekaźnika poziomu cieczy w aparacie. Komora pływakowa zaworu jest połączoną z aparatem dwoma przewodami wyrównawczymi, jednym po stronie cieczy i drugim po stronie pary. Sam zawór pływakowy działa na zasadzie regulacji proporcjonalnej. Nadmiar czynnika w instalacji nie wpływa na działanie tego zaworu, natomiast jego niedomiar daje się odczuć przez spadek wydajności chłodniczej parownika. Do regulacji po stronie niskiego ciśnienia zawór SV (L) jest stosowany do małych, zalanych parowników gdzie są dopuszczalne tylko małe zmiany poziomu cieczy. Kiedy poziom cieczy opada, pływak (2) porusza się w dół. To wyciąga trzpień (15) z dyszy powodując wzrost ilości wtryskiwanej cieczy. Przewód wlotowy cieczy, który jest zamontowany do złączki (C) powinien być dobrany sposób zapewniający dopuszczalne prędkości i spadki ciśnienia. Jest to szczególnie ważne kiedy ciecz jest tylko nieznacznie dochłodzona, ponieważ wydajność zaworu obniża się znacząco, jeżeli wystąpi zjawisko wrzenia cieczy przed dyszą i zużycie dyszy jest mocno zwiększone. Pary czynnika, które powstają przy rozprężeniu są wyprowadzane przez rurę wyrównawczą poz. D. W instalacjach chłodniczych używających fluorowcopochodnych czynników chłodniczych, małe dochłodzenie i duży spadek ciśnienia mogą spowodować powstawanie dużej ilości gazu wynoszącej około 50 % ilości wtryskiwanej cieczy. Dlatego w rurze wyrównawczej musi być utrzymywany minimalny spadek ciśnienia, ponieważ w przeciwnym razie powstaje niebezpieczeństwo, że: poziom cieczy w parowniku będzie się wahał w niedopuszczalnym stopniu jako funkcja obciążenia parownika bezwzględna różnica pomiędzy poziomem cieczy w parowniku i zaworze SV będzie za duża. Jego podstawowe cechy to: CECHY : Zmiana położenia pływaka powoduje bezpośrednią zmianę wolnego przekroju, przez który ciekły czynnik dopływa np. do parownika

4 Zakres proporcjonalności wynosi od 20 do 100mm różnicy poziomu cieczy Element czujnikowy jakim jest pływak oraz iglica znajdują się w przestrzeni niskiego ciśnienia W miarę obniżenia się poziomu ciekłego czynnika w zasilanym parowniku, pływak opada, wysuwając iglicę z otworu dyszy, umożliwiając wtrysk czynnika do komory Bezpośredni wtrysk cieczy do komory pływaka może być przyczyną falowania powierzchni wrzącego czynnika, a więc i kołysanie samego pływaka Zawór pływakowy działa na zasadzie regulacji proporcjonalnej Wykorzystanie tego zaworu w dużych instalacjach chłodniczych wiązałoby się ze znacznym wzrostem jego masy i gabarytów, stąd też jest on obecnie stosowany jako regulator pilotujący w regulacji pośredniej. Przykładem zastosowania tego zaworu jest układ pośredniego działania z regulatorem pilotującym niskiego ciśnienia typu SVL i mechanizmu wykonawczego w postaci zaworu serwotłokowego PMFL Wraz z obniżeniem się poziomu cieczy w zaworze pilotującym, zaczyna się on otwierać powodując spadek ciśnienia doprowadzonego za pośrednictwem rurki do korpusu zaworu głównego PMFL. Wówczas ciśnienie wlotowe p 1 działające od dołu na tłok, pokonując masę tłoka i nacisk sprężyny, wymusza je otwarcie, zwiększając ilość cieczy dopływającej do aparatu. Gdy poziom cieczy wzrasta, pływak sterujący w zaworze pilotującym przymyka przepływ, powodując wzrost ciśnienia p s nad tłokiem i gdy różnica ciśnień po obu jego stronach odpowiednio się obniży, zawór pod wpływem własnego ciężaru i działania sprężyny, zaczyna przymykać przepływ.

5 Zawory pływakowe wysokiego ciśnienia: W zaworach pływakowych wysokiego ciśnienia w komorze pływakowej panuje ciśnienie skraplania. Wewnątrz tej komory, znajduje się pływak otwierający przepływ podczas jej wypełniania ciekłym czynnikiem. Zawory tego typu są stosowane wyłącznie w urządzeniach z jednym parownikiem lub z kilkoma parownikami podobnej wielkości, połączonymi równolegle i pracującymi ze stałym obciążeniem cieplnym. Utrzymują one poziom cieczy w skraplaczu lub zbiorniku cieczy na stałej wysokości, zależnej od miejsca lokalizacji elementu regulacyjnego. Przy stałej wysokości poziomu czynnika w skraplaczu napełnienie parownika, bez względu na jego obciążenie cieplne, jest stałe. Zawór tego typu jest wrażliwy na ilość czynnika w obiegu, ponieważ gdy jego ilość jest zbyt mała, konsekwencję stanowi niedostateczne zasilanie parownika, natomiast gdy jest ona zbyt duża - zalewa się przewód ssawny i w sprężarce występują uderzenia hydrauliczne. Wynika to z faktu, że przy dużej ilości czynnika w komorze pływakowej, pozostaje on całkowicie otwarty. Do regulacji po stronie wysokiego ciśnienia zawór SV (H) jest stosowany jako regulator poziomu cieczy dla małych skraplaczy lub zbiorników. Kiedy poziom cieczy podnosi się, pływak - poz. (2) porusza się do góry. To wyciąga trzpień - poz. (15) z dyszy i zwiększa to strumień przepływającej cieczy. W instalacjach chłodniczych, z fluorowcopochodnymi czynnikami chłodniczymi, nieznaczne

6 dochłodzenie i duży spadek ciśnienia mogą, jak już wspomniano, powodować tworzenie się dużych ilości gazu. Ta mieszanka cieczy i pary musi przejść przez złączkę - poz. (C) do rurociągu cieczowego. Jeżeli wymiary rurociągu są za małe, wystąpi sadek ciśnienia, który może znacząco obniżyć wydajność zaworu SV(H). Będzie to oznaczało ryzyko gromadzenia się cieczy w skraplaczu lub zbiorniku. CECHY : W komorze pływakowej panuje ciśnienie skraplania Wewnątrz komory znajduje się pływak otwierający przepływ podczas jej wypełniania ciekłym czynnikiem Zawory te są stosowane w urządzeniach z jednym parownikiem lub z kilkoma parownikami podobnej wielkości, połączonymi równolegle i pracującymi ze stałym obciążeniem cieplnym trzymują poziom cieczy w skraplaczu lub zbiorniku cieczy na stałej wysokości, zależnej od miejsca lokalizacji elementu regulacyjnego Zawór taki jest wrażliwy na ilość czynnika w obiegu, jak jest mała to występuje niedostateczne zasilanie parownika, natomiast jak jest zbyt duże zalewa się przewód ssawny i w sprężarce występuje uderzenie hydrauliczne. Zawory pływakowe nadają się do kontrolowanego doprowadzania cieczy o wysokim ciśnieniu ze skraplacza do zbiornika o niższym ciśnieniu, osuszacza obiegu pompowego, chłodnicy międzystopniowej lub innego zbiornika. Jednakże nie nadają się one do spustu cieczy do zbiornika o ciśnieniu skraplania.

7 Termostatyczne regulatory cieczy: Jeżeli poziom czynnika spadnie poniżej miejsca zainstalowania czujnika, to znajdzie się on pod wpływem temperatury otaczającego powietrza, a to spowoduje wzrost jego temperatury i ciśnienia w jego wnętrzu. Powoduje to otwarcie zaworu, dopływ cieczy do aparatu i podniesienie się jej poziomu. Czujnik ponownie będzie omywany przez ciekły czynnik i za tym obniży się temperatura poczym zawór zacznie się przymykać, ograniczając dopływ cieczy. Regulacja tego typu ma charakter regulacji proporcjonalnej. Jeżeli różnica między temperaturą w miejscu montażu a otoczeniem jest zbyt mała należy sztucznie podgrzać np. za pomocą grzałki elektrycznej. CECHY Wyposażony jest w czujnik z wmontowanym elementem grzewczym, zasilanym napięciem 24 V. Zadaniem jego jest utrzymanie określonej temperatury czujnika. Regulacja ma charakter proporcjonalny Elektroniczny regulator poziomu cieczy firmy Danfoss typu 38E. Stosuję się go do regulacji poziomu cieczy w np.: skraplaczach zalanych parownikach

8 Niskociśnieniowych i wysokociśnieniowych zbiornikach cieczy zbiornikach pompowych w układach pomp ciepła -chłodnicach międzystopniowych jako zabezpieczenie poziomu wysokiego / niskiego w układach pompowych i sprężarkowych Kiedy pływak (10) jest podnoszony lub opuszczany przez ciecz, zmienia się niskonapięciowy prąd płynący przez cewkę sterującą (elektromagnesu) (8). Zmiana prądu niskonapięciowego jest wzmacniana przez wzmacniacz (3) i powoduje przełączanie styków 6-7 na 7-8 i odwrotnie. Zwarcie styków powoduje odcięcie lub umożliwienie dopływu czynnika do zbiornika przez regulator. Regulator ten jest urządzeniem uniwersalnym, może być stosowany do czynników chłodniczych takich jak np: R717 (amoniak), HFCR (np. R134a, R404A), HCFC (np. R22). Zakres pracy takiego regulatora to 10 do 40 mm. Czujnik ten jest również używany jako urządzenie zabezpieczające instalacje chłodniczą przed stanami awaryjnymi (np. chłodnica międzystopniowa, gdzie poziom cieczy musi by regulowany w określonych zakresach). Elektroniczny przetwornik poziomu typu AKS 41/41U: Konstrukcja przetwornika w mierniku poziomu czynnika chłodniczego typu AKS 41 opiera się na zasadzie pręta pojemnościowego. Pręt tego typu składa się z dwóch koncentrycznych rur odizolowanych od siebie elektrycznie, po

9 podłączeniu do obwodu elektrycznego działa on jak kondensator. Czynnik chłodniczy który wznosi sie i opada w przestrzeni pomiędzy tymi rurami, zmienia pojemność kondensatora, co można wykorzystać dla określenia poziomu płynu. Zastosowanie: Do regulacji i kontroli poziomu czynnika w: Osuszaczach. Zalanych wymiennikach płytowych. Zbiornikach cieczy wysoko i niskociśnieniowych. Chłodnicach międzystopniowych. Zbiornikach drenażowych Jako zabezpieczenie poziomu wysokiego / niskiego w układach pompowych i sprężarkowych