4 Регулювання живлення випарників

Основна задача системи керування будь якої суднової холодильної установки складається в забезпеченні заданого температурного режиму об’єкту, що охолоджується (t_об), що може бути досягнуто забезпеченням та підтриманням потрібної холодопродуктивності (Q_о).

Визначаючим параметром при цьому є кількість холодильного агенту циркулюючого в холодильній установці (G_ха):

Q_o = G_ха · Δh_В

де Δh_В – зміна ентальпії холодильного агенту у випарнику;

G_ха – витрата холодильного агенту скрізь випарник.

Потрібні значення G_ха , які забезпечується з одного боку об’ємом, що описують поршні компресора (U_h) та його коефіцієнтом подачі (λ), а з іншої - кількістю холодильного агенту, що випаровується.

При вирішенні задачі автоматизації живлення випарників різного типу необхідно обрати показник заповнення.

Показник заповнення повинен відображати фактичний ступінь заповнення та бути фізичною величиною, яку порівняно просто можливо вимірювати і використовувати в регуляторі.

У випарниках холодильних установок до таких величин можливо віднести: сухість пари, перегрів пари безпосередньо після випарника, рівень рідкого холодильного агенту у випарнику, температуру та тиск кипіння холодильного агенту.

Сухість пари, безумовно, є найбільш об’єктивним показником. Однак, відсутність реалізації простих методів вимірювання і перетворювачів, формуючих сигнал для регулятору, перешкоджає використанню цього параметра в якості показника заповнення.

Перегрів пари є найбільш поширеним показником в нинішній час. Під час кипіння холодильного агенту у випарнику тільки в активній зоні випарювання знаходиться парорідинна суміш при температурі насичення (t_o). За межами цієї зони здійснюється перегрів пари та остаточне випарювання краплин рідини. Чим більша частина теплопередаючої поверхні працює в зоні перегріву, тим більше його значення на виході і тим менший ступінь заповнення випарника.

Можливо використання простих та зручних способів вимірювання перегріву. Наприклад, вимірюється температура пари, що виходить з випарника та температура кипіння, яке відповідає тиску кипіння. Перегрів визначається як різниця температур ν = t_вих – t_о. Устрій перетворювачів сигналу в цьому випадку достатньо простий.

Рівень рідини у випарнику, як показник заповнення, може бути використаний тільки для кожухотрубних випарників затопленого типу.

Для вимірювання та регулювання рівня холодильного агенту в таких випарниках, зазвичай, використовують принцип сполучених сосудів. Слід враховувати, що рівень у випарнику Н_В вище рівня в «сполученому сосуді» (камері датчика) Н_с, у зв’язку з тим, що ступінь насичення рідини парою залежить від питомого теплового навантаження, яке у випарнику значно вище ніж у вимірювальній камері. Таким чином, загальна щільність холодильного агенту, що випаровується у випарнику менше ніж у вимірювальній камері, що і обумовлює деяку різницю у рівнях.

Принципово можливо використання сигналів від датчиків температури кипіння (t_o) та тиску кипіння (Р_о). При цьому виходять з того, що температура кипіння визначається характеристиками компресора та випарника.

Характеристика випарника визначається рівнянням

Q_В = kF (t_s – t_o),

де Q_В – навантаження на випарник;

k – коефіцієнт теплопередачи випарника;

F – площина теплообмінної поверхні випарника;

t_s, t_о – температура охолоджуючого середовища та кипіння холодильного агенту.

Якщо при сталій температурі охолоджуючого середовища змінити кількість холодильного агенту, що надходить до випарника (наприклад зменшити в порівнянні з номінальним), зміниться активна поверхня випарника F, що викличе зміну характеристики випарника. Оновленій характеристиці будуть відповідати нові значення тиску та температури кипіння. Однак, при обранні значень температури і тиску в якості показників заповнення, необхідно прийняти до уваги те, що на означені параметри впливають: температура конденсації холодильного агенту, теплове навантаження, зміна стану теплообмінної поверхні та інші фактори. У цьому випадку достовірний зв'язок між ступенем заповнення випарника та температурою кипіння зберігається тільки при включенні впливу вище перелічених факторів.

Складність виконання цих умов визначає мале поширення систем регулюючих заповнення по значенням температури або тиску кипіння.

Випарник, як об’єкт управління, може бути представлений у вигляді функціонального елементу наведеного на рисунку 4.1.

Рис. 4.1 – Функціональна схема випарника

В якості вхідного параметру визначимо масову витрату холодильного агенту, що надходить до випарника G_a, а в якості вихідного (регулююмого) - показник заповнення R. На випарник впливають зовнішні впливи f₃, які є складною функцією з множиною параметрів, поточне значення якої залежить від конструктивних особливостей елементів холодильної установки та умов її роботи.

Таким чином, в якості статичних характеристик випарника слід розглядати сімейство залежностей показника заповнення R від масової витрати G_a, в сталому стані при різних фіксованих значеннях зовнішніх впливів, f₃

R = f [(G_a), f₃] = idem

Холодопродуктивність випарника можливо визначити за загальною залежністю

Q_В = kFΘ_ср,

де k – коефіцієнт теплопередачі випарника;

F – площина теплообмінної поверхні випарника;

Θ_ср – середньологаріфмічний температурний натиск.

Якщо конструктивні особливості випарника не передбачають можливості зміни площини теплообмінної поверхні, то ступінь заповнення холодильним агентом впливає на значення коефіцієнта теплопередачі та температурний тиск. Параметр, що пов’язує ці величини – це перегрів пари холодильного агенту на виході випарника.

ν = t_вих - t_вх,

де t_вих – температура пароподібного холодильного агенту на виході з випарника;

t_вх – температура холодильного агенту на вході до випарника.

З урахуванням того, що Q_B = G_a Δh_B, отримуємо залежність

G_a = k(R) F Θ_ср/Δh_B,

де k(R) – змінний коефіцієнт теплопередачі в залежності від показника заповнення.

Експериментальні дослідження випарників з примусовим рухом повітря (повітроохолоджувачів) продемонстрували, що при збільшенні перегріву від 2 до 10⁰С коефіцієнт теплопередачі зменшується приблизно на 40%. З іншого боку надмірна подача холодильного агенту у випарник, тобто відсутність перегріву, може привести до роботи компресору в режимі вологого ходу і навіть до гідравлічного удару.

В суднових холодильних установках для автоматизації живлення випарників зазвичай використовують регулятори плавної дії.

Згаданий клас регуляторів широко представлений терморегулюючими вентилями різних типів (ТРВ).

Терморегулюючий вентиль підтримує постійний перегрів, який визначається різницею температур пари холодоагенту на виході з випарника та кипіння рідкого холодильного агенту. Температура пари сприймається чутливим елементом регулятору, до складу якого входять термобалон, капіляр та пружний елемент. Температура кипіння агенту визначається тиском кипіння на вході до випарника. Зусилля, які пропорційні цим величинам, діють в протилежних напрямах. Від різниці між ними залежить положення регулюючого клапану і в наслідок цього заповнення випарника рідким агентом. Регулятор змінює величину прохідного перерізу, в залежності від теплового навантаження, яке підтримує задане заповнення випарника рідким холодильним агентом. Водночас, в терморегулюючому вентилі здійснюється дроселювання агенту.

В сучасних суднових холодильних установках поряд з традиційними механічними ТРВ, достатньо часто використовуються електронні, які мають ряд суттєвих переваг.

Рис. 4.2 – Принципова схема механічного ТРВ

Парорідинна суміш, що надходить до випарника в перетині А повністю перетворюється в пару до перетину Е. Перегрів обумовлюється підвищенням температури пари вище температури насичення на ділянці Е – F. На мембрану ТРВ з одного боку діє тиск від датчика Р₁, що знаходиться в крапці F, а з іншого сума тиску випарювання (Р₀) та зусилля пружини налагодження Р₃. При вирівнюванні зусиль клапан займає стале положення, забезпечуючи прохід потрібної кількості холодильного агенту. При зміні температури в крапці F, тиск Р₁ змінюється, що викликає переміщення клапану до нового сталого положення. Налаштування регулятору здійснюється зміною натягу пружини, що змінює зусилля Р₃.

Характеристики ТРВ залежать від таких факторів: властивостей його механічних елементів (мембрани, пружини то що), властивостей наповнювача термосистеми. Можливе використання холодильного агенту, що використовується в холодильній установці, газу з твердим адсорбентом або сумішей газу і рідини маючих необхідну температурну характеристику тиску Р = f(t).

Статичними характеристиками ТРВ називають залежність витрати G_a від перегріву в сталому стані для декількох значень тиску кипіння Р₀ або температур кипіння t₀, тиску конденсації Р_к та заданого перегріву ν₃.

G_a = f (ν), t₀ = idem, P_к = idem, ν₃ = idem.

Статичні характеристики ТРВ можливо одержати розрахунковим або експериментальним шляхом. В останньому разі характеристики враховують особливості функціювання механічних елементів. Загальний вигляд статичних на рисунку 4.3.

Рис. 4.3 – Статичні характеристики механічного ТРВ: а) статичні характеристики; б) статичні характеристики для різних температур кипіння; в) статичні характеристики для межових налаштовувань

Характеристика має вигляд кривої, наведеної на рисунку 4.3, а. Крива має вигляд петлі гістерезису, права частина якої відповідає процесу зростання теплового навантаження, а ліва - зменшення.

Перегрів, що визначає початок руху клапану з повністю зачиненого положення, називають перегрівом початку відмикання ν_н. Цей показник вважають показником налагодження регулятору, тобто ν_н = ν_а.

Верхня горизонтальна ділянка характеристики відповідає повному відкриттю клапану, при якому забезпечується максимальна витрата холодильного агенту G_{a max}. Номінальною пропускною спроможністю, зазвичай вважають витрату G_{a ном}, яка дорівнює 75 … 85% від максимальної.

При цих значеннях витрати повинен бути забезпечений номінальний перегрів ν_ном. Величина σ = ν_ном - ν_н визначається нерівномірністю регулятора та характеризує його чутливість при зміні значень регулюючого параметру. Механічні ТРВ, що використовуються в складі суднових холодильних установок можуть мати неравномірність від 3 до 10⁰С.

Ширина петлі гістерезису γ, залежить від властивостей пружних елементів ТРВ (мембран) та наявності сил тертя в їх механічних елементах та визначає нечутливість пристрою до зміни напрямку перегріву. В поширених механічних ТРВ значення цієї величини лежить в межах 1 … 3⁰С.

У зв’язку зі зміною фізичних властивостей речовин, що заповнюють термосистему, ТРВ може реагувати на зміну температури кипіння. На рисунку 4.3,б наведені статичні характеристики для трьох різних температур кипіння. При зміні температури характеристики зміщуються, напрям зміщення та його значення залежить від наповнювача термосистеми.

На рисунку 4.3,в наведені характеристики цього ТРВ при постійній температурі кипіння та при мінімальному та максимальному перегрівах. Різниця між перегрівами початку відкриття клапану при повному напруженні пружини ν_н.max та повністю розслабленій – ν_н.min носить назву діапазону налаштування та зазвичай визначається Д_н. Для механічних ТРВ діапазон налаштування дорівнює 5 … 10⁰С.

Наявність нечутливості, залежність від температури кипіння та умов функціювання механічних ТРВ є недоліками, які знижують якість регулювання, що може привести до збоїв в функціюванні холодильної установки.

Недоліки, наявні для традиційних механічних ТРВ, практично повністю усуваються при використанні електронних ТРВ (ЕТРВ), які мають наступні переваги:

• керування відкриттям прохідного дросельного отвору здійснюється електричним сигналом, пропорційним різниці температур холодильного агенту на вході і виході з випарника. В цьому випадку зниження тиску у випарнику не впливає на значення сигналу;

• ЕТРВ мають високу швидкодію та точність підтримання перегріву, що сприяє високій точності підтримання температури охолоджуючого об’єкту;

• ЕТРВ не мають статичного перегріву, що дозволяє системі охолодження працювати при перегрівах не перевищуючих 3÷4⁰С з більш ефективним теплообмінної поверхні випарника;

• ЕТРВ не потребують вторинного налаштування в процесі експлуатації.

В суднових холодильних установках можливо використання двох типів ЕТРВ: імпульсно-модулюючий та з кроковим електродвигуном.

Електронний терморегулюючий вентиль складається з трьох основних блоків: регулюючий клапан з електромеханічним сервоприводом; вимірювач температури; електронний блок перетворюючий сигнали вимірювачів температури в сигнали керування регулюючим клапаном. Імпульсно-модулюючий ЕТРВ використовує подвійну систему відкриття та закриття. Протягом 3-х або 6-ти секундного циклу вентиль один раз повністю відкривається та один раз повністю зачиняється. Співвідношення часу знаходження клапана в цих положеннях визначає «середню» за цей час витрату холодильного агенту. Час знаходження клапану у відчиненому стані визначає електронний контролер-термостат відповідно до значення вимірюваного перегріву у випарнику. До переваг імпульсно-модулюючих ЕТРВ можливо віднести повне перекриття трубопроводу живлення випарника холодоагентом, що виключає потребу використання соленоїдного вентиля, хоча з іншого боку, два стани клапану «відчинено-зачинено» зменшують точність регулювання. В якості регуляторів живлення випарників. ЕТРВ цього типу дозволяють регулювати холодопродуктивність випарника в діапазоні від 10 до 100%.

Надійність ЕТРВ імпульсно-модулюючого типу достатньо висока, тому що їх ресурс досягає 8 · 10⁷ циклів, що фактично відповідає безперервному використанню холодильної установки протягом 15 років.

Однак, використання ЕТРВ такої конструкції обмежується холодопродуктивністю установки до 17 кВт (холодильні установки провізійних камер, рефрижераторних контейнерів), у зв’язку з тим, що достатньо велике надходження рідкого холодильного агенту, відповідне великій холодопродуктивності може привести до виникнення гідроудару при різкому (дуже швидкому) закриттю клапану та руйнуванню клапану та з’єднань.

Для ЕТРВ з кроковим електродвигуном притаманне постійне поступове регулювання прохідного перетину, відсутність різкого переміщення клапану, що обумовлює неможливість виникнення гідроудару. Схема ЕТРВ наведена на рисунку 4.4.

Рис.4.4 – Схема електронного ТРВ

Рідкий холодильний агент надходить до ТРВ скрізь патрубок 6 та минає дросельний отвір 4, після дроселювання скрізь вихід 3 спрямовується до випарника. Прохідний перетин дросельного отвору змінюється переміщенням голчастого клапана 5. Переміщення голчастого клапану здійснюється передаточним пристроєм, яке діє через блок шестерень (редуктор) кроковим електродвигуном 1, який знаходиться у вологозахищеному корпусі 2. Для руху клапана в необхідному діапазоні регулювання використовують крокові електродвигуни з ротором, що здійснює від 500 до 2500 обертів у діапазоні регулювання, тобто при одному оберті ротору клапан переміщується на декілька мікрон, таким чином при заданому перегріві 5⁰С переміщення клапану відбудеться при зміні перегріву на 0,01⁰, у зв’язку з цим регулювання можливо розглядати практично плавним, а його точність залежить тільки від точності датчиків.

Ротор обертається при надходження на обмотки статору імпульсної напруги.

При зупинці компресора електронний блок повністю зачиняє ЕТРВ, що дозволяє відмовитись від застосування соленоїдного вентилю на рідинному хладоновому трубопроводі.

В поточний час фірми виробника пропонують ЕТРВ для випарників з номінальною холодопродуктивністю до 2000 кВт, що дозволяє рекомендувати їх використання в складі практично всіх суднових холодильних установок.

Для функціювання ЕТРВ до складу системи повинні бути залучені датчики і пристрої керування роботою безпосередньо вентиля (драйвери керування). Сучасний драйвер забезпечує контроль перегріву з додатковим захистом по недостатньому перегріву, низькому та високому тискам.

Перед включенням обладнання в роботу потрібно задати чотири параметра:

• тип холодильного агенту, що застосовується в системі;

• модель вентиля;

• тип датчиків тиску і температури;

• діапазон функціювання.

Конструктивно драйвер є мікропроцесором з рідинно-кристалічним дисплеєм.

В якості датчиків тиску використовуються перетворювачі тиску, дія яких заснована на урівноваженні вимірюваного тиску силою деформації п’єзо-резисторного первинного перетворювача. Під дією вимірюваного тиску вимірювальна мембрана деформується, що змінює електричний супротив в одному з пліч вимірювального моста. Зміна супротиву за допомогою електронної схеми перетворюється на інформативний параметр вихідного сигналу у вигляді електричного току або напруги пропорційних виміряному тиску.

В якості чутливого елементу датчика температури застосовуються термоперетворювачі термопари. У випадку потреби між датчиком та драйвером додатково встановлюється нормуючий перетворювач, який можливо перепрограмувати.

При використанні в складі суднової холодильної установки кожухотрубних випарників можливо використання двопозиційного регулятору перегріву, що має конструкцію електричної системи до складу якості включені два термоперетворювача супротиву, реле різниці температур та електромагнітний вентиль. Принципова схема такої системи наведена на рисунку 4.5.

Рис. 4.5 – Схема двопозиційного регулювання перегріву в кожухотрубному випарникові

Робота регулятора заснована на вимірюванні та контролі двох температур: кипіння (випарювання) t₀ та пари на виході t_В.

При досягненні перегрівом ν = t_В – t₀ заданого значення, що забезпечується зміною кількості холодильного агенту у випарнику, реле різниці температур (РРТ) спрацьовує і надає сигнал на електромагнітний соленоїдний клапан (СВ) відчиняючи його. Випарник починає поповнюватися холодильним агентом.

По мірі заповнення випарника перегрів зменшується, що обумовлено зменшенням парової порожнини, тобто кількістю пари. При досягненні мінімально можливого значення перегріву здійснюється протилежне спрацювання реле та зачинення СВ. Відчинення та зачинення СВ повторюється, спрацювання регулятора має циклічний характер.

Двопозиційний регулятор не має статичних характеристик, його налаштування визначається двома параметрами: різницею температур, при якої відбувається спрацьовування РРТ та ступенем відкриття дроселюючого вентиля РВ. Релейна характеристика регулятора наведена на рисунку 4.6,б (ΔР – перепад тисків на дроселюючому вентилі).

Зі зростанням перегріву спрацьовування відбувається при значенні ν = ν_відч, в залежності від ΔР = Р_к – Р₀, кількість холодильного агенту, що надходить до випарника дорівнює G_а1, G_а2, G_а3. При зменшенні (падінні) перегріву, зачинення електромагнітного вентиля здійснюється при ν = ν_зач. Таким чином, регулятор має диференціал по перегріву χ = ν_відч - ν_зач, який може змінюватись при налаштуванні регулятора.

При налаштуванні регулятора, при наявності статичних характеристик випарника та регулятора, можливо дати оцінку їх сумісного функціонування у складі системи під час сталих режимах. Функціональна схема такої системи наведена рисунку 4.6.

Рис. 4.6 – Функціональна схема системи живлення випарника

Регулюючим параметром є показник заповнення випарника R, регулюючою дією – зміна витрати G_а холодильного агенту, що надходить до випарника. До регулятору АР закладається задане значення R_а. На систему впливають зовнішні збурення F_3Вр та F_3Вв. Для загальної оцінки системи необхідна інформація щодо зміни показника заповнення під час можливих змін зовнішніх впливів.

Розглянемо спосіб приблизної оцінки функціювання системи при використанні ТРВ у якості регулятора.

Визначимо максимальну та мінімальну функції G_{а max} та G_{a min} випарника, що можна зробити при відповідності значень середньологаріфмічного температурного напору θ_ср можливим режимам функціювання випарника

де k(R) – коефіцієнт теплопередачі в залежності від показника заповнення;

Δh – різниця температур між парою на виході з випарника та живлючою рідиною;

F – площа теплообмінної поверхні.

Проаналізувавши наведену залежність, можливо зробити висновок про те, що функція G_{а max} відповідає мінімальній температурі кипіння у випарнику t_{0 min}, та t_{a max} і статичні характеристики механічного ТРВ. При обраних значеннях налаштування перегріву ν₃ ТРВ має різні характеристики, які відповідають різним значенням температури кипіння (t_{0 min}, t_{0 max}).

Рис. 4.7 – Статична характеристика системи «випарник – ТРВ»

Для розглянутих умов система має два робочих стану, які відповідають сталому режиму «а» - при t_{0 max} та «б» - t_{0 min}. Цим станом відповідають значення перегріву пари ν_min та ν_max.

Між кордонними крапками перегрів теж буде мінятися від ν_min до ν_max. За потребою можливо визначити робочі крапки і побудувати статичну характеристику системи. Для приблизної оцінки, в якості статичної характеристики системи, можливо використати пряму лінію, що з’єднує крапки «а» та «б». Якщо оцінка засвідчує, що можливе неприпустиме значення перегріву, необхідно змінити налаштування ТРВ і провести нову оцінку.

У випадку, якщо характеристика ТРВ не залежить від температури, статичною характеристикою системи буде частина характеристика ТРВ проміж крапок перетину з мінімальною та максимальною характеристиками випарника.

Звичайна структура системи автоматичного живлення визначається типом і конструктивними особливостями випарника, що застосований у складі холодильної установки.

Випарники для охолодження рідких проміжних холодоносіїв можуть мати два конструктивних виконання: кожухотрубні з кипінням холодильного агенту у просторі проміж теплообмінних труб та кожухотрубні з кипінням холодильного агенту в трубах.

В складі суднових холодильних установок зазвичай використовуються випарники першого типу.

На рисунку 4.8 наведені схеми автоматичного керування живленням в залежності від значень перегріву для хладонових кожухотрубних випарників з кипінням в міжтрубному просторі.

Рис. 4.8 – Схеми живлення кожухотрубних випарників з кипінням холодоагенту в міжтрубному просторі

В схемах, що наведені на рисунку 4.8 «а» і «б» роль регулятора виконує ТРВ, на рисунку 4.8 «в» - двопозиційний регулятор перегріву.

Відміна риси схеми наведеної на рисунку 4.8 «б» в тому, що об’єктом автоматичного регулювання живлення фактично стає теплообмінник ТО, в якому перегрів забезпечується за рахунок теплообміну між «теплим» холодильним агентом, що надходить з конденсатору та «холодною» парою з випарника.

Це конструктивне виконання дозволяє забезпечити функціювання випарника з нульовим перегрівом, що помітно підвищує його ефективність. Водночас перегрів на всмоктуванні компресора буде достатнім для забезпечення його надійної роботи за відсутності вологого ходу.

У зв’язку з особливостями функціювання суднових систем охолодження можливо рекомендувати: варіант «а» з умови використання електронних ТРВ, варіант «б» у випадку використання традиційних механічних ТРВ та відносно стабільних режимах роботи холодильної установки.

Двопозиційна система автоматичного живлення, яка наведена на рисунку 4.8 «б», має таку перевагу, як універсальність термоопорних датчиків 1ТС і 2ТС та також реле різниці температур РРТ для різних холодильних агентів у широкому діапазоні змін температур кипіння.

Використання в якості РРТ сучасних електронних блоків керування дозволяє забезпечити чутливість з перегріву на рівні 0,1⁰С. Але недоліком у випадку такого рішення є безперервна робота всієї системи, що потребує високої циклічної довговічності елементів, особливо електромагнітного вентиля СВ, для якого середнє напрацювання може сягати 20÷40 циклів на годину. Згаданий недолік може бути практично нівельований при використанні замість РРТ імпульсно-модулюючих електронних ТРВ, що дозволяє відмовитися від установки електромагнітного вентиля. Однак це можливо лише для холодильних установок невеликої холодопродуктивності.

При налаштуванні двопозиційної системи бажано забезпечити значення коефіцієнту робочого часу регулятора в межах 0,7÷0,8, що поліпшує умови роботи холодильної машини в цілому.

Схеми живлення кожухотрубного випарника з кипінням в трубах наведена на рисунку 4.9.

Рис. 4.9 – Схема живлення кожухотрубного випарника з кипінням холодильного агенту в трубах

В порівнянні з випарниками з кипінням в міжтрубному просторі, випарники такого типу мають малу ємність по холодильному агенту. Для забезпечення необхідного розподілу холодильного агенту, що випарюється по трубах випарника його кришка має спеціальну конфігурацію, що викликає зростання гідравлічного супротиву. У зв’язку з цим, при використанні механічних ТРВ потрібно передбачити зрівняльної лінії (конструкції з зовнішнім зрівнянням тиску), що буде компенсувати різницю в значеннях тиску на вході і виході холодоагенту, крім того під час вибору пропускної здатності ТРВ слід прийняти номінальну холодопродуктивність на 20÷30% вищою ніж розрахункова продуктивність випарника. Використання електронних ТРВ дозволяє виключити ці складності.

Випарники безпосереднього охолодження конструктивно можуть бути виконані, як батареї з конвективним рухом повітря, так і як повітроохолоджувачі з примусовим обдувом. В сучасних суднових холодильних установках переважно використовують повітроохолоджувачі.

На рисунку 4.10 наведені схеми живлення для різних типів таких випарників.

Рис. 4.10 – Схеми живлення випарників для охолодження повітря

При використанні батарей, для яких характерні невеликі гідравлічні опіри, в якості регуляторів застосовуються механічні ТРВ з внутрішнім зрівнянням тиску або електронні ТРВ (рис. 4.10, а).

Схема автоматичного живлення хладонового повітряохолоджувача ПО наведена на рисунку 4.10 «б». Характерною особливістю таких схем є наявність декількох паралельних теплообмінних секцій. Рівномірне розподілення холодильного агенту проміж них забезпечується гідравлічним розподілювачем «Р», для якого притаманні помітні гідравлічні збитки. В якості регулятора живлення для повітроохолоджувачів використовуються ТРВ. З урахуванням наявних гідравлічних збитків слід застосовувати механічні ТРВ з зовнішнім зрівнянням тиску або електронні ТРВ. У випадку використання механічних ТРВ слід приймати номінальну холодопродуктивність ТРВ на 20÷30% вище ніж максимальна холодопродуктивність повітроохолоджувача, також враховувати те, що при перегріві менш ніж 3⁰С має місце нестабільність сигналу, що приймається термосистемою ТРВ. Як наслідок виникає потреба в налаштуванні на достатньо високі значення перегріву (до 10⁰С). Таким чином, налаштування механічного ТРВ викликає зниження ефективності використання теплообмінної поверхні повітроохолоджувача – випарника. Як вже повідомлялося вище, використання електронних ТРВ дозволяє мінімізувати значення перегріву, що підвищує ефективність використання випарників.

Схема автоматичного живлення повітроохолоджувача з нижньою пордачею холодильного агенту в теплообмінні трубки ВО та наявністю колектору К наведена на рисунку 4.10 «в».

Конструкції ТРВ різних типів наведені на рисунку 4.11.

На рисунку 4.11 «а» наведено конструкцію механічного ТРВ з зовнішнім зрівнянням.

Рис. 4.11 – Конструкції механічних ТРВ

В корпусі 2 наявні два патрубки: вхідний з різбленням та накидною гайкою 1 та вихідний з гайкою 16. До вхідного патрубку вбудований фільтр 18. До верхньої частини корпусу приєднана термосистема 12, що складається з мембранної коробки 13 з мембраною 11, термобалону 9 і капіляру 10. Зусилля від мембрани передається на налаштовану пружину 14 та шток 15. Початкове напруження пружини задається встановлювальним гвинтом 8 задатчика, діючим на ковзаючу втулку 7. При провертанні гвинта втулка передає зусилля штоку 5, на якому закріплений клапан 17. За рахунок переміщення клапану змінюється робочий перетин сідла 3. Клапан розташований в корпусі 4, в якому знаходиться пружина 6, що забезпечує контакт двох штоків. Підмембранна порожнинна скрізь штуцер з накидною гайкою 19 з’єднується з лінією зовнішнього відбору тиску. При зростанні тиску в термосистемі, що відповідає зростанню перегріву пари на виході з випарника, мембрана передає зусилля донизу, що викликає більше відкриття клапану і збільшення надходження холодильного агенту до випарника.

Таким чином, ТРВ розглянутої конструкції є регулятором прямої дії.

На рисунку 4.12 наведено устрій електронного ТРВ.

Рис. 4.12 – Устрій електронного ТРВ типу ЕТS Данфосс

Здійснюючи обрання схеми регулювання живлення випарника слід враховувати наступні положення:

• найбільш об’єктивним показником, що визначає заповнення випарника є перегрів пари на виході з нього;

• регулятори перегріву плавної дії (ТРВ) можливо використовувати для випарників з кипінням холодильного агенту в трубах, для яких забезпечується достатньо надійне повертання мастила при встановленому перегріві пари.

В випарниках з кипінням в міжтрубній порожнині повертання мастила до компресору забезпечується при високому рівні холодильного агенту у випарнику та перегріві, що наближається до нульового значення, що викликає недоцільність використання ТРВ у випарниках цього типу.

Випарники з кипінням в міжтрубній порожнині обладнуються двопозиційними регуляторами перегріву, які спроможні періодично знижувати перегрів до мінімальних значень, що забезпечує повертання мастила до компресору.

Питання для самоконтролю

1. Що таке показник заповнення і яке його значення під час рішення задачі живлення випарників?

2. В чому полягає головний принцип при обранні типу системи автоматизації випарника (на прикладі аналізу обраної функціональної схеми)?

3. Проаналізуйте роботу ТРВ під час підтримання заданого перегріву.

4. Назвіть переваги та недоліки електронних ТРВ.

5. Наведіть опис принципу функціювання системи двопозиційного регулювання перегріву в кожухотрубному випарнику.

6. Проаналізуйте схеми живлення випарників охолодження повітря (повітроохолоджувачів).