POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ MECHANICZNY

Transkrypt

1 POLITECHNIKA GDAŃSKA WYDZIAŁ MECHANICZNY AUTOMATYKA CHŁODNICZA TEMAT: Racje techniczne wykorzystania rurki kapilarnej lub dyszy w małych urządzeniach chłodniczych i sprężarkowych pompach ciepła Mateusz Dudziak Sem.IX SUCh i Kl 1

2 Spis treści: 1. Elementy automatyki regulujące dopływ czynnika chłodniczego do parownika Rurka kapilarna definicja Zasada działania rurki kapilarnej (dyszy) Wady / zalety stosowania rurek kapilarnych.6 5. Podsumowanie Spis literatury.7 2

3 1. Elementy automatyki regulujące dopływ czynnika chłodniczego do parownika Elementy takie maja za zadanie tak wyregulować strumień czynnika chłodniczego w ilości zgodnej z chwilowym obciążeniem cieplnym parownika, aby uzyskać stan równowagi z ilością pary odsysanej z tego wymiennika przez sprężarkę. Elementy pełniące taką funkcję: a) rurka kapilarna (dysza), b) automatyczny zawór rozprężny, c) termostatyczny zawór rozprężny, d) elektroniczny zawór rozprężny, e) zawór pływakowy wysokiego ciśnienia, f) zawór pływakowy niskiego ciśnienia. 2. Rurka kapilarna - definicja Rurka kapilarna stanowi najprostszy element dławiący wykorzystywany do regulacji przepływu czynnika chłodniczego. Jest to odcinek rurki wykonanej z miękkiej stali (najczęściej miedzi) o długości od 0,6 do 6 m oraz średnicy w granicach od 0,7 do 2,5 mm. Strumień przepływającego czynnika zależy od długości rurki, jej średnicy wewnętrznej, gładkości powierzchni, różnicy ciśnień na wejściu i wyjściu, gęstości użytego oleju oraz własności samego czynnika. Rurki tego typu używane są powszechnie w małych, domowych chłodziarkach. 3. Zasada działania rurki kapilarnej (dyszy) Wydatek rurki kapilarnej w pewnych granicach samoczynnie dopasowuje się do nieznacznych zmian obciążenia cieplnego parownika. Jeżeli do parownika dopływa zbyt mała ilość czynnika, to gromadzi się on w skraplaczu, zmniejszając przestrzeń parową tego wymiennika, co z kolei powoduje wzrost strumienia masowego, dopływającego do części niskociśnieniowej urządzenia. 3

4 W czasie pracy układu, wraz z obniżeniem ciśnienia parownika, zmniejszeniu ulega strumień czynnika przetłaczanego przez sprężarkę. Stan równowagi jest zachwiany, ponieważ ciecz spiętrza się w parowniku kosztem jej ubytku w skraplaczu. W skrajnym przypadku skraplacz może być całkowicie opróżniony z ciekłego czynnika, a zatem rurka kapilarna zasilana jest parą mokrą o relatywnie niskim stopniu suchości. Prowadzi to z kolei do zwiększenia oporów przepływu przez rurkę i zmniejszenia strumienia masy czynnika zasilającego parownik. Skutkiem powyższego jest zmniejszenie wydajności chłodniczej urządzenia. W przypadku wzrostu ciśnienia i temp. parowania, rośnie obciążenie cieplne skraplacza, gdyż zwiększa się strumień masy czynnika zasysanego przez sprężarkę. Jednocześnie maleje ilość ciekłego czynnika wypełniającego skraplacz. W efekcie rośnie ciśnienia skraplania co pociąga za sobą ustalenie się nowego stanu równowagi (rys.1). Niekiedy, aby uzyskać dochłodzenie ciekłego czynnika, rurka kapilarna przylutowana jest na pewnej długości do ścianki przewodu ssawnego sprężarki (rys.1). Tworzy się w ten sposób regeneracyjny wymiennik ciepła. Ze skraplacza ciekły czynnik chłodniczy przepływa pod ciśnieniem skraplania do rurki kapilarnej. Następuje tworzenie się pęcherzyków pary na skutek spadku ciśnienia zwiększa objętość strumienia czynnika, a zatem zwiększa się również jego prędkość. Rys.2. schemat ideowy zastosowania rurki kapilarnej bez dochłodzenia. Spadek ciśnienia czynnika w rurce z chłodzeniem i bez chłodzenia w zależności od jej długości pokazany jest na rys. 3. Na skutek pokonywania oporów przepływu ciśnienie czynnika w rurce stopniowo obniża się, w chwili osiągnięcia wartości odpowiadającej temperaturze nasycenia czynnik zaczyna odparowywać. W wyniku gwałtownego wzrostu objętości czynnika w układzie dwu fazowym wzrasta prędkość przepływu, a zatem i opory przepływu. Dla wariantu bez dochłodzenia temperatura ciekłego czynnika przepływającego przez nią jest praktycznie stała, wrzenie rozpoczyna się w punkcie 2. Całkowity spadek ciśnienia w rurce wynosi: ΔpA=p1-p3 W przypadku gdy mamy do czynienia z dochłodzeniem, początek parowania występuje w większej odległości od wlotu rurki, mianowicie w punkcie 2. Ciśnienie końcowe na wylocie z rurki jest w tym przypadku wyższe z uwagi na to, że na krótszym odcinku występują zwiększone opory przepływu i wynosi ono p3. Wówczas całkowity spadek ciśnienia jest równy ΔpB=p1-p3 4

5 Skąd wynika że: ΔpA> ΔpB Wynika z tego, że dochłodzenie powoduje zwiększenie przepływu czynnika chłodniczego przez rurkę Rys.3. Spadek ciśnienia w rurce kapilarnej w zależności od odległości Po wyłączeniu sprężarki z ruchu, w instalacji z rurką kapilarna stopniowo wyrównuje się ciśnienie i cały ciekły czynnik zbiera się w parowniku. Aby w tej sytuacji, w momencie rozruchu, zabezpieczyć sprężarkę przed uderzeniem hydraulicznym, napełnia się obieg czynnikiem chłodniczym w ilości 90% pojemności wewnętrznej parownika. Rys.4. Zdolność rurki kapilarnej do samoregulacji W urządzeniach ze zbiornikiem ciekłego czynnika za skraplaczem stopień samoregulacji gwałtownie maleje, tak że przy obniżaniu się poziomu ciekłego czynnika w parowniku poziom cieczy w skraplaczu i ciśnienie rosną bardzo wolno. W związku z tym ilość przepływającej cieczy przez rurkę kapilarną nie wzrasta i praca urządzenia może być nieefektywna. Z tego powodu w układach z rurką kapilarną nie stosuje się zbiorników ciekłego czynnika. 5

6 4. Wady / zalety stosowania rurek kapilarnych Zalety: - prosta konstrukcja - niezawodność działania - niskie koszty wykonania - wyrównanie ciśnienia podczas postoju (zmniejszenie momenty rozruchowego sprężarki) Wady: - nieekonomiczna praca urządzenia przy zmiennych obciążeniach cieplnych - duża czułość na zmiany ilości czynnika chłodniczego 5. Podsumowanie Zastosowanie rurek kapilarnych (dysz) jest uzasadnione w małych urządzeniach chłodniczych oraz sprężarkowych pompach ciepła, w których to zadane parametry pracy nie ulegają gwałtownym zmianom. W urządzeniach tych użycie takiego urządzeń sterujących jest wystarczające. Nie jest konieczne w takim przypadku montowanie innych elementów automatyki do zasilania parowników, które są dużo droższe. Jeżeli natomiast warunki pracy urządzenia zmieniają się w szerokich granicach, jego praca z rurką kapilarna staje się nieefektywna. Wtedy wydajność chłodnicza spada, a czasy postoju urządzenia ulegają skróceniu, co przenosi się bezpośrednio na trwałość sprężarki. Nie ekonomiczne natomiast jest użycie rurki kapilarnej w urządzeniach chłodniczych średniej i dużej mocy, gdyż koszt doskonalszych elementów automatyki nie jest aż tak duży w porównaniu do całego urządzenia. Innym powodem jest również to, że dla takich urządzeń wymagania co do szybkości reagowania na zmiany obciążenia parownika są często większe, których rurka kapilarna bądź dysza nie są w stanie spełnić. 6

7 6. Spis literatury: - Technika chłodnicza - poradnik" Hans - Jurgen Ullrich tom.1 - Automatyk chłodnicza i klimatyzacyjna Zenon Bonca - Technika chłodnicza i klimatyzacyjna" nr 1 i 6,