ПОДДУБСКИЙ / Автоматизация ХМУ / АвтХМиУ курс лекций

11

3.РЕГУЛИРОВАНИЕ ПЕРЕГРЕВА ПАРА, ВЫХОДЯЩЕГО ИЗ ИСПАРИТЕЛЯ.

3.1Регуляторы, непосредственно поддерживающие постоянные перегрев

пара после испарителя.

Так как регулирование перегрева пара, выходящего из испарителя, осуществляется путем изменения расхода хладагента, протекающего через регулирующее устройство, то регуляторы перегрева пара нередко называют так же регуляторами подачи жидкого холодильного агента в испаритель, что не точно, как можно заключить из раздела 2.

Автоматические регуляторы для поддержания постоянного перегрева всасываемого пара встречаются нескольких типов, в которых использованы различные физические принципы.

Такие приборы получили не совсем удачное название терморегулирующих вентилей(ТРВ). Являясь непосредственными регуляторами перегрева пара, ТРВ в принципе правильнее других типов регуляторов подачи решают поставленную в широком интервале температур кипения.

Силовым эталоном ТРВ обычно бывает мембрана или сильфон. На рис. 3.1,а показан мембранный ТРВ. Между фланцами корпуса 3 и крышки 1 зажата гибкая мембрана 2, с которой при помощи штока 4 связан клапан 5, перекрывающий проходное отверстие вентиля. К вентилю подается жидкое рабочее тело из конденсатора или линейного ресивера; проходя через отверстие вентиля, жидкость дросселируется и поступает в испаритель8. К всасывающей трубе после

находящегося в чувствительном элементе9. в связи с этим мембрана может находиться в равновесии при равенстве давлений 0IР=Р0+Рпр. Если испаритель будет заполнен избыточным количеством холодильного агента, то из испарителя будет выходить влажный насыщенный пар, в результате чего его температура будет равна температуре кипения t0, а его давление – одинаковым

с давлением кипения Р0 . Клапан 5 будет закрывать при этом проходное отверстие вентиля, так как его прижимает к седлу пружина 6.

Поскольку процесс кипения в испарителе продолжается, то количество жидкости в нем будет уменьшаться и через некоторое время из него начнет выходить перегретый температурой t0I> t0, что вызовет повышение давления Р0I в термочувствительном баллоне и над

необходимому расходу называют открытым перегревом tоткр (номинальная производительность обычно составляет 80% от максимальной производительности). Сумма обоих этих величин составляет полный, или общий перегрев tобщ. Усилие пружины может изменятся поворотом винта уставки 7 (см.рис.3.1,а), благодаря чему изменяется и величина поддерживаемого перегрева. Линии 1,2 и 3 на рисунке отвечают различным уставкам и разному сжатию пружины, причем

сопротивлений. Таким образом, изменение уставки меняет главным образом закрытый перегрев, хотя в некоторой степени из-за возрастания усилия пружины меняется и величина открытого нагрева. Разность между величинами перегрева в начале открытия при полностью сжатой пружине

и при полностью ослабленной пружине называется диапазоном настройка Dн.

действия. Его основные недостатки связаны с тем, что он, реагируя непосредственно на изменение перегрева пара испарителя, саму величину перегрева определяет не как разность температур, а как разность соответствующих значений давления насыщенного пара; связь же между температурой и давлением насыщенного пара не линейная , а логарифмическая. Но этой причине ТРВ удерживает при постоянной уставке неодинаковый перегрев пара при разных температурах кипения. На рис. 3.4 показано, что при уставке p ТРВ поддерживает перегрев пара на выходе из испарителя t1 в области высоких температур кипения; если уставка не изменяется, а холодильная машина работает затем в области более низких температур кипения, то ТРВ поддерживает перегрев пара

t2 более высокий, чем в первом случае. Чтобы удерживать тот же перегрев, приходится уменьшать уставку. Кроме того, в области низких температур уменьшаются и сами величины давлений, что заставляет применять меры к сохранению чувствительности прибора.

Обычно термобаллон и капиллярную трубку выполняют из меди, а мембрану из томпака или бериллиевой бронзы. Для аммиачных установок, чтобы избежать коррозии этих элементов, их изготавливают из стали, хотя стальные мембраны менее чувствительны, а изготавливать капиллярные трубки из стали труднее, чем из меди. Поэтому и для аммиака иногда применяют обычные ТРВ, термочувствительная система которых наполнена хладоном22, поскольку у аммиака и хладона 22 при одинаковых температурах численные значения давления насыщенного пара довольно близки.

Когда через ТРВ питается холодильным агентом испаритель, имеющий относительно

диафрагмой. Поэтому для открытия вентиля потребуется создать более высокое давление

случаях следует применять терморегулирующий вентиль с внешним уравновешиванием давления. Его схема показана на рис. 3.1,б. Полость под диафрагмой отделена от испарителя перегородкой 11 с сальником для прохода штока 4 и соединена с трубкой 12 с объемом испарителя в том месте, где прижат термочувствительный баллон (за ним по ходу пара). Поэтому снизу на мембрану

При обычном для манометрических термометров заполнении термобаллона жидк рабочим веществом примерно на65% объема возникают некоторые трудности конструктивного выполнения ТРВ. Так, при нахождении ТРВ при высоких температурах в нерабочем состоянии (например, при перевозке, монтаже, при оттаивании испарителя паром с нагнетательной стороны и т.п.) в термочувствительной системе может возникнуть повышенное давление, поскольку с ростом температуры давление насыщенного пара быстро возрастает. Для повышенных давлений требуется, чтобы избежать неплотности в приборе и даже его разрушения, предусматривать более прочные мембраны, более сильные пружины, что снижает чувствительность ТРВ. Достоинством же такого заполнения является то, что корпус ТРВ и капиллярная трубка могут находиться и при температуре более низкой, чем температура места, где укреплен термобаллон. В этих условиях возможна конденсация пара в полости над мембраной и в капиллярной трубке, но, поскольку

применяют ограниченное заполнение термобаллона. В этом случае термобаллон заполняют примерно на35% объема жидким холодильным агентом, который при повышении температуры до 16…20оС весь превращается в ; пдарльнейшее повышение температуры термобаллона сопровождается ростом давления перегретого пара практически по законам идеального. газа Таким образом, до этой температуры tH1 давление в термочувствительной системе повышается до логарифмической зависимости, а после – по линейной с малым наклоном(1/273). Примерный характер этого изменения показан на рис.3.6,а. При таком заполнении нельзя размещать корпус прибора и капиллярную трубку при температурах более низких, чем температура места, где находится термобаллон, так как давление в полости над мембраной будет определя температурой, при которой конденсируется пар в этой полости из-за малого количества жидкости,

могут быть только с внешним уравновешиванием давления, так как у вентилей с внутренним уравновешиванием под мембранной находится жидкость с температурой кипения, т.е. с более низкой, чем температура термобаллона и это вызовет конденсацию пара на мембран неправильную работу ТРВ (вентиль не будет открываться и при большом перегреве).

При другом решении используют так называемые“твердые” заполнители, например, термобаллон заполняется активированным древесным углем, а термочувствительная система– двуокисью углерода (СО2). Адсорбция газа увеличивается с понижением температуры, что и вызывает понижение давления в термочувствительной системе. При температуре около20о заряженная двуокись углерода почти вся дессорбирует из угля. Поэтому характер линии р= f(t) для системы уголь– СО2 анологичен случаю ограниченного заполнения термобаллон.

Достоинством этого способа заполнения является почти линейная зависимость давления термочувствительной системе от температуры на рабочем участке, полное отсутствие влияния температуры, при которой находится корпус прибора, поскольку давление в термочевствительной системе зависит от температуры термобаллона(двуокись углерода не конденсируется при

использовать для питания холодильным агентом испарителей любых типов: с ярко выраженным уровнем жидкого рабочего тела (например, кожухотрубных затопленных) и с неявно выраженным уровнем (камерных батарей и воздухоохладителей), независимо от вида подачи– верхней или нижней.

Нередко применяют один терморегулирующий вентиль для подачи хладогента в несколько параллельно включенных испарителей, например, батарей одного охлаждаемого помещения или секций многосекционного воздухоохладителя. В этом случае важно обеспечить равномерное распределение жидкости по батареям или секциям. При подаче одним ТРВ на группу батарей с нижней подачей равномерность заполнения каждой из них может быть обеспечена установкой батарей на одном уровне, а также прокладкой уравнительных жидкостных и паровых линий, благодаря чему все эти охлаждающие приборы окажутся сообщающимися сосудами.

Трудности возникают при подаче терморегулирующим вентилем в группу параллельно включенных охлаждающих приборов с верхней подачей или с нижней подачей, но в приборы, расположенные на разных уровнях, поскольку гидравлические сопротивления на пути к каждому из них в этих случаях могут заметно отличаться друг от друга. Тогда для равномерной раздачи жидкости по секциям(по охлаждающим приборам), применяют распределители жидкости, которые создают на пути в каждую секцию одинаковое гидравлическое сопротивление, причем

значительно большее (примерно на порядок), чем сопротивление на остальном участке от

сопротивлений применяют тонкие трубы или капиллярные трубки одинаковой длины и одного диаметра; сопротивление такой трубы обычно 100…150кПа.

На рис.3.7 ,б показано присоединение распределителя жидкости к нескольким батареям (секциям) при верхней подаче. Естественно, что при использовании распределителей жидкости могут быть применены только ТРВ с внешним уравновешиванием давления, поскольку давления на выходе из испарителя будет существенно ниже давления после дроссельного клапана в связи с тем, что в распределительных трубках продолжается дросселирование жидкого хладагента перед входом в испаритель. Кроме того, поскольку в каждую секцию подается одинаковое количество хладагента независимо от распределения тепловой нагрузки по секциям, то, чтобы добиться одинаковой эффективности теплообмена в каждой секции, следует обеспечить одинаковые тепловые потоки в каждой секции. Если например на рис.3.7,б змеевики представляют собой секции воздухоохладителя, то небезразлично, как направить на них поток воздуха: при подаче

воздуха по штриховым стрелкам справа налево в плоскости чертежа первые секции по хо воздуха будут нагружены больше последних и из них будет выходить слишком перегретый пар, в то время как из последних по ходу воздуха пар будет выходить слишком влажный; равномерная

диапазоне производительности, для разных хладагентов и для различных областей температур кипения. Терморегулирующие вентили для аммиака обозначаются ТРНА, для хладонов впереди обозначения стоит число, соответствующее индексу данного хладона: для хладона 12 – 12ТРВ (или без численного индекса просто ТРВ), для хладона 22 – 22ТРВ и т.п. После этого стоит число, указывающее номинальную холодопроизводительность, в киловаттах, при определенном режиме.

холодопроизводительности 4 кВт (от ТРВ-0,5 до ТРВ-4), для хладона 22 до 1,6 кВт при –40оС (22ТРВ-0,6В до 22ТРВ-1,6В). Аммиачные вентили выпускаются от ТРВ-10 до ТРВ-120. Диапазон настройки перегрева для отечественных ТРВ аммиачных1…5К, хладоновых 2…10К, общий перегрев 6…15К.

При монтаже ТРВ на малых холодильных установках термочувствительный баллон при помощи хомутиков прижимают к верхней образующей горизонтального участка всасывающей трубы (рис.3.8,а) или на вертикальном участке за испарителем, чтобы обеспечить хороший тепловой контакт между термобаллоном и трубой. Надежнее помещать термобаллон в гильзу, вваренную в трубу (рис.3.8,б), или в специально вваренный кусок трубы большого диаметра (бочонок). Если участок трубы, где размещен термобаллон, находится вне охлаждаемого помещения, то место крепления термобаллона следут изолировать, даже в том случае, если всасывающая труба не изолирована.

Терморегулирующие вентили большой производительности не всегда достаточно надежно работают (особенно аммиачные). Более надежным является электрический ТРВ непрямого действия (3.9). Термометр сопротивления 1б реагирует на изменение температуры кипения tо, а 1а

– температуры пара t’о на выходе из испарителя ; разность этих величин измеряется мостом сопротивлений или дифференциальным логометром1в, откуда по достижении необходимого перегрева Dt поступает сигнал на открытие соленоидного вентиля СВ. При снижении перегрева до минимального значения уставки СВ закрывается. Таким образом, ТРВ такого типа является регулятором двухпозиционного действия. Поскольку в регуляторе осуществляется сравнение

количества подаваемого в испаритель хладагента достигается изменением площади проходного сечения регулирующего органа(клапана), у двухпозиционного регулятора изменению расхода хладагента соответствует различная продолжительность периода, в течение которого исполнительный орган (СВ) открыт. Так как соленоидный вентиль открывается сразу на полный проход, то в нем дросселирования не происходит, и в испаритель периодически и за короткое время поступают порции жидкого агента высокого давления с большими промежутками времени между ними. Понижение давления жидкости до давления кипения происходитв самом испарителе и это не препятствует осуществлению холодильного цикла. Однако образующееся при дросселировании в испарителе дополнительное количество пара не может столь же быст отводиться компрессором, и это вызывает кратковременное повышение в испарителе давления и

температуры кипения наблюдается на 3…5К, что заметно снижает эффективность теплообмена изза уменьшения разности температур между теплообменивающимися средами. Во избежание этого,

после СВ ставится ручной регулирующий вентиль, в РВкотором должно происходить дросселирование, и степень открытия его проходного сечения подбирается при первоначальной

существенных колебаний давления кипения. Обычно подбирают степень его открытия так, чтобы при максимальной производительности испарителяtоткр было в один-два раза большеtзакр, т.е. tоткр/tзакр=1…2. В этом случае колебания температуры кипения, вызванные поступлением дроссельного пара, не превышают 0,5К. Вместо РВ можно также использовать дросселирующую диафрагму.

В последние годы получает распространение так называемый термоэлектричес регулирующий вентиль, по существу являющийся регулятором нулевого перегрева, так как он надежно обеспечивает выход из испарителя сухого насыщенного пара; необходимый же перегрев

Особенностью термисторов является значительно более высокая чувствительность (более высокий температурный коэффициент омического сопротивления), чем у проволочных термометров сопротивления, значительно возрастающая при отрицательных температурах. В верхней части корпуса 2 исполнительного органа находится электрическое сопротивлениеR2, соединенное последовательно с термисторомR1 в цепи, питаемой переменным или постоянным током с напряжением не более24В. Сопротивление R2 нагревает подвеску или мембрану3. Когда из испарителя 4 выходит перегретый пар, то при относительно высокой температуре пара и при подогреве током от источника напряжения,а также из-за плохой теплоотдачи от термистора к перегретому пару температура термистора повышается, что вызывает существенное понижение его сопротивления. В результате этого повышается сила тока в цепи последовательно включенных сопротивлений, что увеличивает нагревание элемента 3 и его провисание. Тогда клапан 1

прекращается.

Из этого следует, что действие регулятора не зависит ни от температурного уровня жидкого хладагента, ни от вида хладагента, т.е. один и тот же прибор может быть использован при любых температурах кипения и для любых хладагентов, что и является существенным достоинством такого типа регуляторов.

3.2. Регуляторы уровня жидкого хладагента в охлаждающих приборах (испарителях)

Приборы этого типа тоже регулируют перегрев пара после испарителя, но посредством поддержания в испарителе(батарее) постоянного уровня жидкого хладагента. Так как регулирование перегрева в этом случае осуществляется не непосредственно, то действительная величина перегрева пара зависит, кроме того, от нагрузки на испаритель, от температуры кипения и других факторов. Регуляторы уровня могут быть применены только для затопленных испарителей и вообще сосудов разного назначения, в которых имеется явно выраженный уровень жидкого хладагента.

Находят применение различные типы регуляторов уровня. Большую группу составляют поплавковые регуляторы, в которых чувствительным элементом является полый металлический поплавок шаровой или цилиндрической формы. В зависимости от того, уровень какой жидкости ощущает поплавок: низкого давления (дросселированной жидкости) или высокого давления (недросселированной жидкости), поплавковые регуляторы могут быть низкого давления, или ПР “после себя” и высокого давления, или ПР “до себя”, т.е. могут регулировать уровень жидкости после регулирующего устройства (клапана) или до него по ходу жидкости.

по способу протекания в них жидкости могут быть проходного(рис.3.11, а) типа и непроходного (рис.3.11,б). В обоих случаях прибор имеет корпус5, соединенный жидкостной 4 и паровой 7 уравнительными трубами с сосудом10, в котором должен поддерживаться постоянный уровень жидкости. Таким образом, жидкость в сосуде и в камере регулятора находится на одинаковом уровне. При понижении уровня жидкости поплавок6 опускается и при помощи коленчатого рычага, поворачивающегося в шарнире 3, отводит от седла игольчатый клапан 2, через проходное отверстие которого тогда начинает протекать жидкость, поступающая со стороны высокого давления по патрубку1. В регуляторе проходного типа жидкость после дросселирования в проходном сечении клапана поступает внутрь корпуса 5 и по жидкостной трубе 4 перетекает в сосуд, но по паровой трубе7. В регуляторе непроходного типа дросселирования жидкость не попадает внутрь корпуса, а по внутреннему каналу9 через выходной патрубок 8 и по отдельной трубе поступает непосредственно в сосуд 10.

Поплавковые регуляторы являются статическими регуляторами прямого действия. Для них характерно наличие некоторой статической погрешности, поскольку чем больше расход через вентиль, тем больше должно открываться его проходное сечение, а для этого поплавок должен опускаться в более низкое положение; поэтому при большом расходе жидкости(большом теплопритоке к испарителю) заполнение испарителя будет меньше, чем при малой нагрузке.

Регуляторы проходного типа несколько проще, но так как жидкость поступает в сосуд 10 из корпуса регулятора под действием разности в высотах столбов жидкости, как в сообщающихся сосудах, то ее подача может осуществляться только под уровень рабочего тела в сосуде. Между тем, через регулятор непроходного типа можно подавать жидкость в любую зону аппарата, в том числе и выше уровня в нем рабочего тела(до штриховой линии на рис.З.11,в), поскольку подача жидкости этим регулятором, производится под действием разности давлений конденсации и кипения. Необходимо подавать жидкость выше ее уровня в сосуде, например, в вертикальнотрубные испарители, в промежуточные сосуды агрегатов двухступенчатого сжатия и др.

Схема присоединения поплавкового регулятора непроходного типа к аппарату показана на рис.З.11,в. Параллельно с ПР поставлен измеритель уровня1а, позволяющий контролировать работу регулятора. Перед регулятором установлен фильтр, защищающий от засорения проходное отверстие регулятора. Запорные вентиля на жидкостных паровых трубах позволяют легко отсоединить от системы регулятор или отдельно фильтр для прочистки или ремонта. На случай

чувствительным элементом), то в регуляторах крупной производительности для создания усилия, необходимого для запирания проходного отверстая, приходится выполнять поплавок большого размера, а рычаг большой длины, поскольку момент запиравшего усилия создается моментом подъемной силы поплавка. В связи с этим такие регуляторы получаются громоздкими тяжелыми.

По этой причине для установок крупной производительности оказываются целесообразными регуляторы непрямого действия, имеющие гораздо меньше габаритные размеры к массу. Кроме того, регуляторы непрямого действия отличаются большей надежностью, так как у них перемещение регулирующего органа осуществляется за счет внешней энергии, а не энергии чувствительного элемента регулятора. В зависимости от вида анергии, используемой для перемещения регулирующего органа, она могут быть электрическими, пневматическими и гидравлическими.

Схема электрического двухпозиционного регулятора уровня непрямого действия приведена на рис.3.12,а. В качестве первичного или управляющего прибора может быть использован любой

двухпозиционный датчик, преобразующий изменение уровня в электрический . сиг Исполнительным органом (вторичным прибором) является соленоидный вентиль СВ. Так же как в регуляторе по рис.3.9, для осуществления процесса дросселирования и выполнения отношения tоткр/tзакр=1…2, предусмотрен ручкой регулирующий вентиль РВ.

Устройство, изображенное на рис.3.12,а, применяется, если допустимые колебания уровня в сосуде не превышают величину дифференциала прибора. В сосудах большого объема удержание

включения и выключения регулятора. Поэтому, когда можно удерживать уровень жидкости с интервалом колебаний больше40...50 мм, применяют два датчика уровня, устанавливаемые с необходимой разницей в отметках, как это показано на рис.3.12,б. Один из датчиков1а дает сигнал только на открытие вентиля СВ, а другой 2а - на его закрытие.

На предприятиях химической и нефтехимической промышленности нашли широк применение пневматические регуляторы уровня, в которых для действия регулирующих органов используется энергия сжатого воздуха. Их достоинством является взрывобезопасность. На рис.3.I3

контролирующему уровень, уравнительными трубами присоединена цилиндрическая камера2, в которой находится тонущий поплавок (буек) 3. Он рычагом 4 соединен с гибкой стальной трубкой (торсионной пружиной) 5, один конец которой закреплен в корпусе. Вес поплавка уравновешен силой упругости трубки, которая уменьшает перемещение поплавка в. несколько раз по сравнению с колебаниями уровня жидкости в сосуде. С трубкой 5 связан стержень 6 с заслонкой, которая прикрывает или открывает отверстие сопла7. Когда уровень жидкости не достигает заданного значения, то поплавок 3 находится на дне камеры и заслонка6 не закрывает отверстие сопла. Сжатый воздух подается через распределительную камеру б и по трубке9 идет к соплу и вытекает из него. Давление в камере 8 оказывается недостаточным для действия исполнительного клапана 10 и он остается открытым. Когда уровень жидкости в сосуде поднимается настолько, что поплавок всплывает, то при подъеме поплавка заслонка начнет прикрывать отверстие сопла и давление в камере 8 будет повышаться, в результате клапан 10 будет прикрываться, уменьшая подачу жидкости.

Находят применение и гидравлические поплавковые регуляторыуровня, в которых для

перемещения регулирующего органа используется энергия потока жидкости, подаваемой в сосуд, где удерживается уровень жидкого хладагента. На рис.3,14 показано устройство регулятора, выпускаемого фирмой Danfoss. Первичным, или управляющим прибором является поплавковый регулятор 2 проходного типа, присоединяемый уравнительными трубами к сосуду1. Внутри корпуса 3 вторичного прибора (регулирующего органа) может в цилиндрических направляющих 4 передвигаться поршень 5, несущий основной клапан6. Когда в сосуде1 уровень жидкости понижается и игольчатый клапан первичного прибора2 открывает проходное отверстие, полость над поршнем 5 вторичного клапана соединяется с областью низкого давления р0; в то же время на поршень снизу создается усилие от еще недросселированной жидкости, имеющей давление конденсации рк, и под действием разности усилий поршень поднимается вверх, а клапан 6 открывает на некоторую долю проходное сечение, вследствие чего жидкость пополняет сосуд1. Когда в сосуде будет достигнут необходимый уровень, клапан прибора 2 закроется и отсоединит

давлений над поршнем и под ним; тогда клапан 6 закрывается усилием, создаваемым пружиной 7. Регулятор надежен, работает без применения электрической энергии, что существенно для взрывоопасных помещений, и относится к статическим регуляторам.

Поплавковые регуляторы уровня жидкости высокого давления, или регуляторы уровня “до себя”, поддерживая непосредственно уровень еще недросселированной жидкости, лишь косвенно регулируют уровень жидкого рабочего тела в испарителе(охлаждающем приборе) и тем самым нагрев пара, выходящего из испарителя. Такой регулятор устанавливается на жидкостном трубопроводе между конденсатором и испарителем, а иногда встраивается в сборник жидкости в нижней зоне конденсатора. Схематично устройство поплавкового регулятора высокого давления показано на рис. 3.15, а. В корпусе 1 регулятора, закрытом крышкой 7, находится поплавок 10, являющийся чувствительным органом. Шарнир рычага 9, соединенного с поплавком, находится на крышке; при помощи рычага поплавок может перемещать игольчатый клапан3, перекрывающий выходное отверстие, через которое хладагент подается в испарительную систему по патрубку6. Жидкость из конденсатора поступает в корпус поплавка по патрубку 2.

Когда жидкий хладагент заполняет корпус настолько, что поплавок всплывает, то он при

пространством объема корпуса, в связи с чем давление в камере4 только немного ниже давления внутри корпуса регулятора. Благодаря практически отсутствующей разности давлени, действующей на клапан, требуется лишь малое усилие для его запирания, что позволяет даже у регуляторов большой производительности не делать поплавки большого размера к рычага большой длины и тем самым ограничить габаритные размеры регуляторов, но в то же время обеспечить надежное действие прибора. В удлиненном патрубке6 находится тонкая (капиллярная) трубка 5, в которой и происходит основное падение давления, благодаря чему зона низких температур отводится на некоторое удаление от корпуса регулятора и от запирающего устройства.

Достоинством поплавкового регулятора высокого давления является то, что он может быть установлен в любом месте независимо от положения уровня 2 в сосуде; для его присоединения не нужны уравнительные трубы, это упрощает монтаж прибора. Схема возможного включения ПР “до себя” показана на рис. 3.15, б.

Однако применение поплавкового регулятора высокого давления для регулирова перегрева пара, выходящего из испарителя(поскольку чувствительный элемент регулятора не ощущает ни перегрев пара, ни уровень жидкости в испарителе), возможно только при выполнении следующих 3-х ограничивающих условий. По существу такой регулятор удерживает уровень жидкости только в самом себе, а всю жидкость, образовавшуюся в конденсаторе, перепускает в испаритель. В связи с этим, во 1-х, система холодильной установки должны быть заполнена совершенно определенным количеством хладагента, и именно таким, чтобы весь этот объем жидкости, будучи перепущен в испаритель, не переполнял его и не вызывал бы влажного хода компрессора, а обеспечивал необходимый перегрев пара после испарителя. Во 2-х, применение таких регуляторов заставляет, как следствие из первого условия, предъявлять высокие требования к герметичности системы, так как в результате утечки хладагента уменьшиться заполнение испарителя и повысится перегрев всасываемого в компрессор пара. В 3-х, регулятор уровня “до себя” нельзя применять в многоиспарительных системах, т.е. для питания нескольких испарителей (охлаждающих приборов), включенных параллельно, т.к. этот регулятор не имеет обратной связи от уровня жидкости в испарителе, а подача жидкости должна производиться в каждый испаритель в соответствии с изменением уровня именно в нем. По этой причине поплавковые регуляторы высокого давления находят применение или в одноиспарительных системах, или при наличии нескольких испарителей, если они могут быть установлены на одной высоте и соединены между

собой уравнительными трубами таким образом, чтобы аппараты являлись сообщающимися сосудами. Весьма удачно ПР высокого давления используют в холодильных агрегатах как поршневыми компрессорами, так и с турбокомпрессорами.

Своеобразием поплавкового регулятора высокого давления является то, что и при закрытом клапане через трубку8 происходит перетекание пара высокого давления в испарител, приводящее к постепенному выравниванию давления в обеих частях системы при остановк компрессора. Это способствует облегчению пуска компрессора, что особенно важно для небольших автоматических установок, хотя при этом несколько уменьшается производительность машины и увеличивается расход энергии из-за необходимости отсасывать этот пар сразу после пуска компрессора.

Находит применение и разработанный ВНИХИ поплавковый регулятор уровня высокого давления непрямого действия(ПРУДВ). Его вторичный прибор(исполнительный орган) имеет такое же устройство, как и в регуляторе низкого давления (ПРУД). На рис.3.16 более подробно показано своеобразное устройство первичного прибора2. При повышении уровня жидкости в сосуде высокого давления 1 поплавок прибора 2 всплывает и при помощи клапан, находящегося в форкамере 3, соединяет полость над мембраной исполнительного органа4 со стороной низкого

закрывается. ПРУДВ может применяться также для автоматического выпуска легкокипящей жидкости из сосуда, в котором должен поддерживаться постоянный уровень.

19

Обобщенная характеристика регулирующего вентиля. Несмотря на различие в конструкциях и в путях регулирования перегрева пара, все рассмотренные регуляторы подачи жидкого рабочего тела в испаритель в принципе одинаково решают поставленную перед ними .задачуМожно представить себе, что для каждого типа регуляторов подачи имеется обобщенная характеристика, представляющая собой геометрическое место , точекпринадлежащих характеристикам регулирующего вентиля (рис.3.17), но при разных его открытиях, которые обеспечивают производительность компрессора при установившейся температуре кипения. Иными словами, обобщенная характеристика дает представление о зависимости от температуры кипения величины проходного сечения регулятора, обеспечивающего необходимую производительность. Важным достоинством этих регуляторов является именно то, что их обобщенная характеристика А1…А3

укладывается на характеристику компрессора. Тем самым подтверждается их способность поддерживать условия саморегулирования. Реакция автоматического регулирующего вентиля на изменение нагрузки на испаритель осуществляется или изменением проходного сечения клапана, или изменением продолжительности периода, во время которого клапан остается открытым.

температуры кипения. Например, на рис.3.18 показана схема включения двух параллельных регуляторов подачи ТРВ1 и ТРВ2. При пуске компрессора открываются оба соленоидных вентиля СВ1 и СВ2; в период работы при относительно высокой температуре объекта или температуре кипения, т.е. при повышенной холодопроизводительности, жидкий хладагент подается через оба регулятора. При снижении температуры объекта или кипения до определенного значения датчик температуры или давления дает импульс для выключения одного из соленоидных вентилей(СВ2). Тогда подача будет осуществляться только одним регулятором (ТРВ1).При остановке компрессора должен быть закрыт одновременно и СВ1, чтобы предупредить возможное перетекание жидкости через регулирующий вентиль.

Стабилизаторы уровня. Поддержание уровня жидкости в испарителях(о лаждающих приборах) может выполняться при определенных условиях более простыми устройствами, чем регуляторы уровня. Эти устройства не имеют всех составных элементов регуляторов и потому их возможности поддержания уровня ограничены. В связи с этим их можно назвать стабилизаторами уровня. Стабилизаторы уровня, так же как и регуляторы уровня, могут быть для жидкости низкого и высокого давления.

Стабилизаторами уровня жидкости низкого давления являются переливные трубы, при помощи которых может удерживаться уровень жидкого хладагента в охлаждающих приборах. Однако они могут удерживать уровень только при подачи в аппарат заведомо бол количества жидкости, по сравнению с испаряющимся количеством с тем, чтобы избыток сливался по переливной трубе. Увеличить же подачу жидкости, если она будет поступать в недостаточном количестве, стабилизатор уровня не в состоянии. Достоинством стабилизаторов уровня является их простота и надежность действия.

Широкое применение в малых установках нашли стабилизаторы уровня жидкости высокого давления. К ним можно отнести диафрагмы, сопла и капиллярные трубки, которые так же, как и поплавковые регуляторы высокого давления, устанавливаются на жидкостной линии между конденсатором и испарителем. Стабилизаторы уровня могут работать только при тех же ограничительных условиях, какие необходимы для работы поплавковых регуляторов высокого давления, однако, стабилизаторы имеют ограниченный диапазон кипения, в котором они могут удовлетворять условиям саморегулирования при оптимальном режиме, поскольку они имеют постоянное проходное сечение, остающееся открытым, а потому их обобщенной характеристикой является точка на диаграммеQ0-t. Поэтому стабилизаторы уровня жидкости высокого давления могут удовлетворительно работать только в установках со сравнительно постоянными тепловыми нагрузками и в узком интервале температур.

3.3. Вентили постоянного давления (автоматические дроссели по давлению АДД)

полают жидкое рабочее тело в испаритель в зависимости от изменения температуры кипения. Таким образом, параметром, какой удерживается этим регулятором путем изменения подачи рабочего тела в испаритель, является не перегрев пара при входе в компрессор, а температура (или давление) кипения. Для этой цели используются вентиля постоянного давления. Такие вентиля встречаются в двух модификациях: регуляторы давления “до себя” и “после себя”. Это означает, что в первом случае вентиль поддерживает постоянное давление в аппарате или в части системы, которые находятся до него (до клапана) по ходу движения рабочего тела, а во втором случае – после него (после клапана).

Для регулирования подачи рабочего тела в испаритель применяются вентили постоянного давления ”после себя”. Схема регулятора подачи этого типа показана на .рис3.19.а. Силовым элементом вентилятора является мембрана2 (или сильфон), на которую сверху оказывает давление рПР1 пружина 6 и атмосферное давление рат , а снизу – давление кипения р0, поскольку через эту полость корпуса3 дросселированная жидкость направляется в испаритель, и давление рПР2 от усилия нижней пружины4. При остановке компрессора давление0 вр испарителе (охлаждающем приборе) повышается и тогда клапан5 закрывает проходное отверстие вентиля, так как р0+рПР2>рПР1+рат. После включения компрессора давление в испарителе 0рпонижается и при р0+рПР2<рПР1+рат вентиль начинает открываться и подавать хладагент в испаритель. При прогибе мембраны 2 усилие растягивающейся пружины 6 уменьшается, а сжимающейся пружины 4 увеличивается. Это приводит к тому, что при некотором давлении кипения устанавливается

равновесие, характеризуемое равенством 0+рПР2=рПР1+рат. Обычно требуется тщательная первоначальная настройка винтом установки 7 нажатия пружины 6 во время работы холодильной установки для поддержания необходимого давления р0.

Зависимость количества подаваемого хладагента при различных открытиях автоматического

соответствующая суммарному давлению рпр, создаваемому пружинами, то есть рпр=рпр1+рат-рпр2. При р0=рпр расход Gа=0. Если наложить теперь характеристику вентиля постоянного давления на характеристики компрессора 1 и испарителя 2 (рис. 3.19.в), то можно видеть, что работа такого

вентиля лишь в узком интервале температур кипения может обеспечить самовыравнивания, так как только в одной точке обобщенная характеристика АДД пересекается с

постоянного давления ее увеличивает, что приводит к работе компрессора влажным ходом. При повышении температуры кипения получается обратная . картиМожнао утверждать, следовательно, что вентиль постоянного давления мешает саморегулированию в холодильной машине, так как препятствует восстановлению нарушенного равновесия. Это подтверждает неправомерность регулирования температуры кипения путем изменения подачи хладагента в испарительную систему.

Вентиль постоянного давления “после себя” может применяться в качестве регулирующего в установках с мало изменяющейся нагрузкой и в тех случаях, когда надо ограничить понижение температуры кипения, например, ее значением несколько выше0°С, чтобы на поверхности батареи или воздухоохладителя не образовывался иней(не требовалось бы его оттаивание), с чем приходится встречаться в автоматических установках кондиционирования воздуха.

4.РЕГУЛИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ОХЛАЖДАЕМОГО ОБЪЕКТА

4.1.Регулирование температуры объектов в одноиспарительных системах.

Температура охлаждаемого объекта является вторым из двух важнейших параметр, регулирование которых должно предусматриваться при автоматизации холодильных установок.