Теоретические сведения. Терморегулирующие вентили - предназначены для заполнения испарителя хладагентом в зависимости от перегрева паров

Терморегулирующие вентили - предназначены для заполнения испарителя хладагентом в зависимости от перегрева паров, выходящих из испарителя. ТРВ обычно применяют в холодильных машинах со змеевиковыми испарителями, где нет определенного уровня хладагента.

Принцип действия ТРВ основан на сравнении температуры кипения хладагента в испарителе с температурой выходящих из него паров. Это сравнение производится преобразованием воспринимаемой температуры паров t_в в соответствующее давление р_с в силовой части прибора.

Силовой термочувствительной частью прибора (рис. 6.1, a) является герметичная замкнутая система, состоящая из термобаллона 8, капиллярной трубки 7 и полости 6 над мембраной 5. Эта система обычно заполнена тем же хладагентом, для которого предназначен ТРВ. В силовой системе создается давление р_с, соответствующее температуре t_в, которую воспринимает термобаллон. Давление действует на мембрану сверху и стремится через шток 4 открыть клапан 3 на большее проходное сечение. Такому перемещению клапана препятствует давление кипения хладагента в испарителе р_0, действующее на мембрану снизу, а также усилие Р_П пружины 2 и давление р_к на клапан.

Рис. 6.1. Схемы ТРВ с внутренним (а) и внешним (б) уравниванием.

При правильном заполнении испарителя температура перегрева паров на выходе из него должна составлять 4-7⁰С. Для этого весь хладагент, поданный через ТРВ в испаритель, должен выкипеть на участке от клапана 3 до точки А. Здесь температура хладагента не изменяется и составляет t₀. В последних витках испарителя от точки А до термобаллона хладагент, продолжая воспринимать тепло от охлаждаемого помещения, перегревается до температуры t_в (известно, что t_в> t₀ на 4-7 ⁰С). Температуру t_вс воспринимает закрепленный на всасывающем трубопроводе термобаллон, и в силовой системе устанавливается давление р_с. При условии р_сF_м=р₀F_м+р_кF_к+р_п (где F_м-площадь мембраны, F_к- площадь клапана) происходит допустимо полное заполнение испарителя и холодильная машина работает в оптимальном режиме.

С понижением температуры в охлаждаемом помещении вследствие работы холодильной машины теплопритоки к испарителю уменьшаются. Кипение хладагента в точке А не заканчивается, а продолжается до точки Б. Путь движения парообразного хладагента до термобаллона сокращается и перегрев паров уменьшается.

Теперь термобаллон воспринимает более низкую температуру и в силовой системе устанавливается меньшее давление р_с^/. Тогда под действием пружины клапан перемещается вверх, проходное сечение клапана ТРВ уменьшается и подача хладагента в испаритель сокращается. В результате этого снижается давление кипения до р₀^/. При меньшем количестве хладагента кипение заканчивается раньше и перегрев принимает значение, близкое к первоначальному. Перемещение клапана вверх происходит до установления нового равновесия между снизившимися давлениями и уменьшившимся сжатием пружины, т.е. р_с^/F_м=р₀^/F_м+р_кF_к+р_п^/. Перегрев паров в испарителе регулируют ослаблением и подтягиванием пружины 2 с помощью регулировочного винта 1.

Все происходящие в рассмотренной системе испаритель – ТРВ процессы обладают значительной инерцией, поэтому при резких скачках температурного режима положение клапана и соответственно подача хладагента в испаритель некоторое время изменяются в большую или меньшую сторону. Эти изменения постепенно затухают, и машина начинает работать в новом установившемся режиме.

По способу подвода давления кипения в полость под мембраной различают ТРВ с внутренним (см. рис. 6.1, а) и внешним (рис. 6.1, б) уравниванием. ТРВ с внутренним уравниванием (без уравнительной трубки) применяют в холодильных машинах с небольшим гидравлическим сопротивлением испарителя, т.е. при небольшой длине труб змеевика. При большом гидравлическом сопротивлении испарителя (например, в испарителе кондиционера пассажирского вагона) из-за значительной длины труб змеевиков давление по ходу движения хладагента снижается. Это вызывает постепенное снижение температуры кипения: значение t_0вх в начале испарителя выше, чем t_0вых на выходе из него.

ТРВ с внутренним уравниванием сравнивает температуры перегрева паров хладагента на в ыходе из испарителя t_в с температурой кипения на входе t_0вх. ТРВ этого типа используются в холодильных установках вагонов-ресторанов и водоохладителей типа ВОК и TWK с короткой длиной змеевиков испарителей. Применение таких ТРВ в холодильных машинах с испарителями, имеющими большое гидравлическое сопротивление, будет сопровождаться недозаполнением испарителя хладагентом и неполным использованием его теплопередающей поверхности.

Для правильного заполнения испарителя с большим гидравлическим сопротивлением применяют ТРВ с внешним уравниванием (с уравнительной трубкой). В корпусе таких ТРВ предусматривается под мембраной дополнительная полость 9, к которой с помощью уравнительной линии 10 подводится более низкое давление выхода из испарителя р_0вых. Теперь в ТРВ производится сравнение температуры перегретого пара t_в и температуры кипения t_0вых при одинаковых давлениях р_0вых. Заполнение испарителя становится более полным, и холодопроизводительность машины возрастает.

Статическая характеристика ТРВ (рис. 6.2) показывает зависимость его производительности от перегрева. Минимальный перегрев, вызывающий начало перемещения клапана, называется перегревом начала открытия, или закрытым перегревом Dt_зmin. Он регулируется в пределах примерно 2-10⁰С сжатием пружины. Чтобы обеспечить необходимую производительность ТРВ, надо создать дополнительное усилие, которое сожмет пружину, переместит клапан и откроет отверстие. Перегрев, вызывающий это дополнительное усилие, называется рабочим Dt_раб и составляет 3-5⁰С.

Рис. 6.2. Статическая характеристика ТРВ.

Общий перегрев Dt_общ слагается из перегрева начала открытия клапана и рабочего перегрева, необходимого для перемещения его в положение, соответствующее номинальной производительности вентиля. Общий перегрев и представляет собой разность между температурой термобаллона и температурой кипения, соответствующей подведенному под мембрану ТРВ давлению.

Из статической характеристики видно, что обеспечение различной холодопроизводительности ТРВ достигается изменением перегрева. Получение большей холодопроизводительности достигается увеличением перегрева. Поэтому ТРВ иногда называют пропорциональным регулятором перегрева.

В холодильных машинах кондиционеров МАБ-2 применяют ТРВ различных конструкций, но все с уравнительной внешней линией. В холодильных машинах кондиционеров МАБ-1 установлены мембранные ТРВ разных модификаций фирмы «Данфосс», различающиеся только размером отверстия в седле. В последствии кондиционеры МАБ-2 выпускались с сильфонными ТРВ. В таком ТРВ (рис. 6.3) жидкий хладагент подводится по трубопроводу 1 с давлением р_к к штуцеру, в котором установлен сетчатый фильтр 2 для очистки от механических загрязнений. В узком кольцевом канале между седлом 10 и клапаном 11происходит дросселирование жидкости, при котором снижаются давление до р₀ и температура до t₀.

Далее образовавшаяся парожидкостная смесь уходит через отводящий штуцер по трубопроводу 13 к распределителю хладагента и в испаритель (направление движения хладагента указано на корпусе 14 стрелкой). Отводящий штуцер имеет больший размер, так как через него проходит хладагент с большим объемом, что связано с парообразованием при дросселировании.

Рис. 6.3. Сильфонный ТРВ фирмы «Данфосс» типа «ТЕF 12-5».

Плоский клапан 11 свободно размещен в держателе 12, который одновременно является верхней опорой пружин 15. Нижняя опора 16 пружины перемещается вертикально по пазам в корпусе при вращении регулировочного винта 18, благодаря чему изменяется сжатие пружины и соответственно перегрев пара и количество проходящего через ТРВ хладагента. Регулировочный винт уплотнен резиновым сальником 17 и закрыт колпачком 19.

Температуру перегретого пара воспринимает термобаллон 3, соединенный капиллярной трубкой 4 с крышкой 5. В полости 8 над сильфоном 9 возникает соответствующее давление р_с, сжимающее его. Через два толкателя 7 усилие сжатия сильфона передается на держатель 12 клапана и уравновешивает усилие пружины 15. В полость под сильфоном по уравнительной линии подводится давление от выхода из испарителя, которое вместе с пружиной препятствует открытию клапана.

Толкатели 7 проходят через полости с различными давлениями, поэтому для исключения выравнивания давлений их уплотняют сальниками 6.

В некоторых моделях кондиционера МАБ-2 применяются ТРВ типа TEF-5 фирмы «Данфосс». Эти вентили отличаются от рассмотренных ранее тем, что в качестве упругого элемента в термочувствительной системе их применена мембрана; передача усилия от мембраны на клапан осуществляется через один центральный шток 9 (рис. 6.4), выполненный совместно с клапаном. Давление конденсации действует в сторону закрытия клапана.

Рис. 6.4. Терморегулирующий вентиль TEF-5 фирмы «Данфосс».

Вентиль состоит из термочувствительной системы и двух корпусов – верхнего 4 и нижнего 2, в которых размешены механизм клапана и узел настройки перегрева. В верхнем корпусе укреплены мембранная головка 7 и штуцер 10 уравнительной линии. Нижний корпус имеет штуцера входа 1 и выхода 11 хладагента. Трубопроводы присоединяются к штуцерам сваркой, перед выполнением которой вентиль необходимо разобрать, чтобы не повредить механизм.

Термочувствительная система состоит из термобаллона 8 с капиллярной трубкой 6, мембраны 5 и полости над ней.

Собранный механизм клапана смонтирован внутри корпусов и уплотнен двумя паронитовыми прокладками. Между собой корпуса соединены болтами. При перегреве прогиб мембраны передается на шток 9 конусного клапана, который преодолевает сопротивление пружины и открывает проходное отверстие в седле. Шток уплотнен сальником для исключения выравнивания давлений в полости под мембраной и над клапаном. В некоторых моделях ТРВ вместо сальника применено сильфонное уплотнение.

Настройка ТРВ осуществляется вращением винта 3 с малой шестерней на конце, уплотненного сальником.

В механизме клапана смонтированы другие детали узла настройки перегрева: большая шестерня и цилиндр с наружной резьбой, на который навинчивается втулка с направляющими выступами. Выступы входят в пазы верхнего корпуса и не позволяют втулке вращаться, но не препятствуют ее свободному поступательному перемещению вдоль штока клапана. Втулка является нижней опорой пружины и, перемещаясь, изменяет усилие ее сжатия. При вращении регулировочного винта с малой шестерней вращается и большая шестерня вместе с резьбовым цилиндром. Втулка перемещается по цилиндру вверх или вниз, изменяя сжатие пружины и, следовательно, перегрев пара.

После настройки прибора винт закрывают заглушкой во избежание хладагента.