Регулирование заполнения испарителя

Заполнение сухих испарителей (с верхней подачей жидкого холодильного агента) может характеризоваться перегревом пара на выходе из испарителя:

,

где t_вых - температура перегретого пара на выходе из испарителя, °С;

t_0вых - температура кипения, соответствующая давлению пара на выходе из испарителя, °С.

В холодильных машинах без отделителя жидкости и без теплообменника нельзя поддерживать максимальный уровень в испарителе, поскольку из-за неточности регулирования возможен унос жидкого холодильного агента и попадание его в компрессор, что может привести к гидравлическому удару. Величина оптимального перегрева пара холодильного агента в таких схемах колеблется от 6 до 15°С. (Большее значение относится к работе при максимальных тепловых нагрузках). Если перегрев превышает указанные значения, то большая часть поверхности испарителя используется малоэффективно, а при меньших значениях перегрева капли жидкого холодильного агента могут уноситься в компрессор. В холодильных машинах с теплообменником перегрев пара, выходящего из испарителя, может быть равен нулю, так как попадание жидкого холодильного агента в теплообменник не снижает экономичность работы холодильной машины.

О заполнении испарителей затопленного типа можно судить не только по перегреву пара, но и по уровню жидкости. Однако этот параметр менее точно определяет заполнение, так как из-за вспенивания жидкости значительная часть поверхности над уровнем оказывается смоченной. Так, во фреоновых кожухотрубных испарителях полная смачиваемость теплообменной поверхности при интенсивной нагрузке достигается при уровне, примерно равном 30-40% высоты кожуха. При снижении тепловой нагрузки вспенивание уменьшается и поэтому необходимо поддерживать более высокий уровень. В аммиачных испарителях процесс кипения протекает менее интенсивно, и нормальной работе аппарата соответствует уровень, равный примерно 80% высоты кожуха.

В холодильной машине с капиллярной трубкой изменение заполнения испарителя вызывает изменение не только перегрева пара, но и других параметров. Снижение уровня в испарителе, вызванное увеличением тепловой нагрузки, приводит к увеличению уровня в конденсаторе вследствие отсутствия ресивера.

Переполнение конденсатора повышает давление конденсации, что, в свою очередь, вызывает увеличение подачи фреона через капиллярную трубку в испаритель, т.е. происходит самовыравнивание заполнения испарителя. Способность холодильной машины с капилляром к самовыравниванию позволяет обойтись здесь без автоматического регулятора заполнения испарителя. В большинстве холодильных машин после конденсатора устанавливают ресивер, чтобы иметь запас фреона на случай утечки. В этом случае изменение уровня в испарителе почти не отражается на давлении в конденсаторе. Степень самовыравнивания очень мала, и приходится регулировать заполнение испарителя.

Терморегулирующие вентили трв

ТРВ с внутренним выравниванием. Для регулирования заполнения испарителей в малых холодильных машинах чаще всего применяют терморегулирующие вентили (ТРВ). ТРВ поддерживает заданный перегрев паров холодильного агента, выходящего из испарителя. При увеличении перегрева, что говорит о недостаточном заполнении испарителя, клапан ТРВ автоматически открывается, увеличивая подачу холодильного агента. Рассмотрим подробнее, как изменение перегрева связано с перемещением клапана ТРВ (рис.65, а). Жидкий холодильный агент (например, фреон-12) из ресивера поступает в ТРВ. При проходе через кольцевое сечение между седлом и клапаном 5 давление фреона р_к резко падает до давления р₀, которое поддерживается в испарителе. При дросселировании часть жидкого фреона превращается в пар. При движении парожидкостной смеси по трубкам испарителя увеличивается количество пара, и в какой-то точке Б вся жидкость превратится в пар. На участке БВ пар перегревается. Пренебрегая сопротивлением в испарителе, можно считать, что давление пара на выходе из испарителя такое же, как и на входе (например, 1,86·15⁵ Па). Тогда температура кипения (на участке АБ) также постоянная (-15°С). На выходе из испарителя (точка В) на трубе укреплен термопатрон Г, заполненный жидким фреоном-12. При повышении температуры давление насыщенного пара в нем растет и по капиллярной трубке 8 передается на мембрану 7. При температуре пара на выходе из испарителя -10°С давление в патроне равно 2,23·10⁵ Па. Таким образом, перегреву пара в 5°С (от -15 до -10°С) соответствует разность давления 0,37·10⁵ Па. Под давлением этой разности давлений мембрана 7 прогибается вниз и через толкатели 6 нажимает на иглодержатель 4, открывая клапан 5 до тех пор, пока усилие сжатой пружины 3 не уравновесит силу давления на мембрану.

Заданное начальное значение перегрева, обеспечивающее требуемое открытие клапана, устанавливается соответствующим натяжением пружины 3, При повороте винта 1 гайка 2 перемещается вверх по прорезям в корпусе, сжимает пружину 3 и перегрев паров холодильного агента увеличивается.

ТРВ с внешним выравниванием. При большом гидравлическом сопротивлении испарителя давление паров холодильного агента на выходе ниже, чем на входе. Температура кипения и температура перегретого пара на выходе также ниже, чем на входе. Давление в термопатроне снижается. Следовательно, тот же перегрев вызывает теперь меньшую разность давлений и клапан прикрывается. Обеспечить требуемое открытие клапана в этом случае можно только при увеличенном перегреве, т.е. при неполностью заполненном испарителе. Поэтому, когда гидравлическое сопротивление испарителя превышает 0,02 МПа, применяют ТРВ с внешней уравнительной трубкой (рис.65, б). Благодаря диафрагме 10 на мембрану снизу давит холодильный агент не со стороны входа (р_А), а со стороны выхода холодильного агента из испарителя по уравнительной трубке 9. Поскольку давление пара холодильного агента на выходе из испарителя более низкое, чем на входе, разность давлений на мембрану при том же значении перегрева будет больше, чем в ТРВ на рис.65, а. Диафрагма позволяет также на выходе из ТРВ установить дополнительное постоянное дроссельное устройство 11. Это некоторое усложнение конструкции дает следующие преимущества:

Рис.65. Схема регулирования заполнения испарителя с помощью ТРВ:

а - с внутренним выравниванием: 1 - регулировочный винт, 2 - регулировочная гайка, 3 - регулировочная пружина, 4 - иглодержатель, 5 - регулирующая игла, 6 - толкатели, 7 - мембрана, 8 - капиллярная трубка. Г - термобаллон.

б - с внешним выравниванием: 1 - регулировочный винт, 2 - регулировочная гайка, 3 - регулировочная пружина, 4 - иглодержатель, 5 - регулирующая игла, 6 - толкатели, 7 -мембрана, 8 - капиллярная трубка, 9 - уравнительная трубка, 10 - перегородка, 11 - сужающее устройство, Г - термобаллон.

после клапана можно поддерживать повышенное давление (р_пр), что позволяет разгрузить его и увеличить площадь проходного сечения;

поскольку перепад давлений на клапане уменьшается, то после клапана поддерживается повышенная температура холодильного агента, что уменьшает охлаждение всего прибора и предотвращает возможную конденсацию пара над мембраной.