Анализ+и+сравнение+работы+механического+и+электронного+ТРВ


 * // ВСТУПЛЕНИЕ //**

// Терморегулирующие вентили используются в системах охлаждения и кондиционированния воздуха для контроля перегрева. // // Поскольку сегодня к современным системам предъявляются повышенные требования по энергетической еффективности, более точному температурному контролю, увеличению рабочего диапазона и наличию ряда усовершенствованных функций, таких, как дистанционное управление и диагностика, использование современных терморегулирующих вентилей дает неоспоримое преимущество. Поэтому в данной курсовой работе пойдет речь о сравнении механических и относительно новых на рынке холодильной автоматики, электронных ТРВ. //

**//1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР//**

// 1.1.Назначение терморегулирующего вентиля. // // Терморегулирующий вентиль – это наиболее широко используемый регулятор расхода хладагента в больших промышленных и торговых системах. // // При эксплуатации практически любой холодильной установки рекомендуется работа компрессора по циклу с перегревом холодильного агента на 7—9°С. Надо иметь в виду, что работа компрессора по влажному циклу сопряжена с опасностью гидравлического удара, а по циклу с высоким перегревом приводит к увеличению нагрузки электропривода, уменьшению холодильного коэффициента установки и росту температуры нагнетания. Чтобы обеспечить нормальный рабочий цикл компрессора, применяют регуляторы перегрева холодильного агента, известные в практике под названием терморегулирующего вентиля (ТРВ). // // Терморегулирующий вентиль поддерживает постоянный перегрев, то есть разность температур паров агента у выхода из испарителя и кипения холодильного агента. В первом случае температура воспринимается чувствительным элементам регулятора, состоящим из термобаллона, капилляра и упругого элемента. А температура кипения агента определяется по давлению кипения у входа из испарителя. // // Усилия, пропорциональные этим величинам, действуют в противоположные стороны. От их равности зависит положение регулирующего клапана, а следовательно, и заполнение испарителя жидким агентом. // // Терморегулирующие вентили предназначены для дросселирования и автоматического регулирования количества холодильного агента, подаваемого в испаритель, в зависимости от величины перегрева паров холодильного агента во всасывающей линии непосредственно за испарителем либо в каком-нибудь другом ее участке. Автоматический регулятор изменяет величину проходного сечения в зависимости от тепловой нагрузки, поддерживая заданное заполнение испарителя жидким холодильным агентом. // // Если в испарителе наблюдается избыток жидкого агента, то жидкость может попасть во всасывающую линию и в компрессор. Это вызывает падение производительности машины и преждевременный выход из строя ряда деталей компрессора под действием быстрого изменения температуры. В некоторых случаях попадание жидкости в цилиндры компрессора приводит к гидравлическому удару и аварии. Снижается производительность испарителя и при недостаточном поступлении в него жидкости. //

// 1.2. Методика регулирования механического ТРВ. // // При выборе ТРВ необходимо также предусматривать соответствие его пропускной способности производительности прибора охлаждения (испарителя), так как только в этом случае можно обеспечить абсолютно устойчивую работу регулируемой холодильной установки. С этой целью следует предусматривать минимальный перегрев во всем диапазоне возможной производительности прибора охлаждения. Как можно видеть, регулирование может быть устойчивым, только если точка пересечения кривых рабочей характеристики прибора охлаждения и рабочей характеристики ТРВ соответствует рабочей точке холодопроизводительности установки [1,2]. //

// Как только достигается статический перегрев Δt3, ТРВ начинает открываться и при полном открытии обеспечивает свою номинальную производительность. При этом перегрев повышается на величину перегрева открытого ТРВ Δtпо. Сумма статического перегрева Δt3, и перегрева открытого ТРВ Δtпо составляет рабочий перегрев Δtпн. Изготовители ТРВ устанавливают величину статического перегрева, как правило, в диапазоне от 3 до 5 К. Ее можно изменить в ту или иную сторону, вращая регулировочный винт и поджимая или отпуская при этом пружину. Данная операция приводит к эквидистантному сдвигу рабочей характеристики ТРВ влево или вправо, в результате чего появляется возможность обеспечить устойчивое регулирование установки, расположив рабочую характеристику ТРВ таким образом, чтобы она пересекла характеристику прибора охлаждения точно в рабочей точке номинальной холодопроизводительности. Для приборов охлаждения, работающих при очень малых разностях температур, необходимо предусматривать теплообменник, который, переохлаждая жидкий хладагент, позволяет повысить перегрев [3]. // // Выполненная при отправке с завода изготовителя настройка ТРВ соответствует большинству установок. Если возникает необходимость дополнительной регулировки, то нужно использовать регулировочный винт. // // Регулировка ТРВ невозможна, когда перегрев достигает большего значения (это наступает, когда ТРВ практически закрыт, давление испарения небольшое, и полный перепад температур между температурой воздуха на входе в прибор охлаждения tв1 и температурой кипения хладагента t0 большой). Это означает, что в приборе охлаждения образуется меньше паров, чем способен всасывать компрессор, т. е. холодопроизводительность прибора охлаждения недостаточна. // // Следовательно, если не удается найти режим настройки, который устраняет пульсации давления, необходимо произвести замену ТРВ, либо осуществить замену седел с отверстиями (патронов), если конструкция ТРВ предусматривает наличие комплекта сменных патронов. В этом случае, чтобы снизить расход, нужно заменить ТРВ или сменить патрон с отверстием. Если перегрев в испарителе слишком большой, пропускная способность ТРВ мала. Тогда, чтобы повысить расход, нужно также поменять патрон. ТРВ компании Danfoss марки ТЕ поставляются с комплектом сменных патронов. ТРВ марки ТКЕ имеют фиксированное отверстие седла. // // Дроссельное (или сопловое) отверстие многих ТРВ выполняется в виде сменного вкладыша, что позволяет обеспечить новое значение его производительности простой заменой этого элемента. Терморегулирующий (силовой, управляющий) тракт ТРВ, т. е. комплекс, состоящий из верхней части ТРВ (надмембранная полость, образующая терморегулирующий элемент), капиллярной трубки и термобаллона, также иногда бывает сменным, что позволяет подобрать наилучший вариант заправки термобаллона (паровая, жидкостная или адсорбционная заправка), наиболее подходящий для конкретных условий работы данной установки [4]. //

// 1.3 Текущее обслуживание ТРВ // // В ходе эксплуатации следует периодически проверять герметичность вентиля и мест его соединения на трубопроводе. Нарушение герметичности может возникнуть в результате ослабления резьбовых соединений и усадки прокладок. // // Для восстановления герметичности мест присоединения вентиля следует подтянуть гайки крепления фланцев и уравнительной линии. Если течь установлена в месте свинчивания штуцера с корпусом, восстановление герметичности может быть достигнуто подтяжкой штуцера. // // Течь в сальнике узла настройки устраняется подтяжкой гайки с помощью специального ключа, входящего в комплект поставки. // // Течь по месту соединения головки вентиля с корпусом должна устраняться только в мастерской. // // Все работы должны выполняться только с помощью гаечных ключей. Применение ударных предметов не допускается. Проверка герметичности должна производиться с соблюдением «Правил техники безопасности на фреоновых холодильных установках» [4]. //

// 1.4 Электронные ТРВ // // Новое поколение терморегулирующих вентилей представляет собой электронные ТРВ. Главное его преимущество – отсутствие мембраны и связанных с ней проблем. Регулирование проходного сечения осуществляется перемещением иглы конической формы под управлением шагового электропривода. При этом слово “шаговый” не должно вызывать испуг, будто плавное регулирование превратилось в двух-трех-позиционное. На самом деле речь идет, как правило, о 250-1500 шагах привода, а это практически гладкая кривая.Управление приводом берет на себя контроллер кондиционера, снабженный этой функцией. В результате на основе измерений температуры и давления, поступающих в контроллер от соответствующих датчиков, генерируется сигнал, подаваемый на электропривод ТРВ. // // Благодаря разработанным алгоритмам точного контроля параметров работы кондиционера, вычисляется, как заявляется, идеальная позиция подвижного элемента. Этим достигается снижение величины перегрева хладагента в испарителе. Если в системе с механическим ТРВ перегрев составлял порядка 10°С, достигая 15°С, то в системе с электронным ТРВ перегрев выдерживается на уровне 5°С. Указывается, что столь точный контроль за работой ТРВ должен привести к годовому снижению электропотребления кондиционера на 15-20%. В реальной жизни эти цифры трудно проверить, но факт энергосбережения бесспорен: снижение величины перегрева → снижение температуры на входе в компрессор → снижение температуры на выходе из компрессора → в меньшей степени, но снижение температуры конденсации → снижение потребляемой мощности и повышение холодопроизводительности одновременно, т.е. энергоэффективность (отношение холодильной мощности к затраченной) увеличится одновременно за счет роста числителя и уменьшения знаменателя [5]. //

// Очевидным плюсом является и программируемость контроллера, а также контроль работы ТРВ по любому сетевому протоколу, а также с дисплея кондиционера.Однако следует помнить, что проведенная “электронизация” терморегулирующих вентилей поставила их в стандартные для любого электронного оборудования рамки: электроника не любит низких температур и не застрахована от сбоев програмного обеспечения [5]. //

// 1.5 Сравнение работы механического и электронного ТРВ // // Недостатки механических ТРВ – достоинства электронных ТРВ. // // Итак, традиционные механические ТРВ имеют ряд недостатков, к которым мы вроде и привыкли, но появившиеся электронные ТРВ лишены многих из них, а потому выбор в пользу последних очевиден. // // Перечислим основные недостатки механических ТРВ: // // Первое и главное: механические ТРВ имеют достаточно узкий диапазон регулирования холодопроизводительности. Как правило, он составляет 50-100%. Однако практически каждый ЦОД мало того, что проектируется по максимальному потреблению ИТ-оборудования, так ещё и далеко не сиюминутно заполняется, а для этого необходим более широкий диапазон. Важным для ЦОД является и круглогодичная работа, а механический ТРВ, как известно, без подстройки с летнего на зимний режим и обратно не перейдет ввиду изменения перепада давления. Механический ТРВ поддерживает достаточно высокий перегрев хладагента – до 15С, причем он не поддается автоматической корректировке. Механический ТРВ работает на поддержание перегрева (разности температур), но получает её косвенным путем – через разность давлений (между термобаллоном и испарителе), следовательно, необходим ТРВ с «родной» заправкой, соответствующей данному хладагенту. Неучтенные или появившиеся при эксплуатации системы гидравлические сопротивления (например, засор фильтров) не могут быть учтены и ТРВ. Как результат, максимальная холодопроизводительность становится недостижимой. // // Привязка к конкретному хладагенту. В отличие от механических, электронные ТРВ имеют собственную автоматику («мозги») и способны изменять проходное сечение на основе измерений перегрева хладагента. // // На сегодняшний день существует 2 типа электронных ТРВ в зависимости от вида регулирующего механизма: импульсно-модулирующие ТРВ и ТРВ с шаговым электродвигателем. //

// 1.6 Виды электронных ТРВ. // // 1.6.1 Импульсно-модулирующие электронные ТРВ. // // Импульсно-модулирующие электронные ТРВ использует двоичную систему: открыт/закрыт. В течение 6-секундного цикла вентиль один раз полностью открывается и один раз полностью закрывается. Длительность открытого положения вычисляет электронный контроллер-термостат на основе измеренной величины перегрева в испарителе. //

// Бояться такой частоты открытия/закрытия не стоит: ресурс импульсно-модулирующих ТРВ составляет порядка 80 млн. циклов, что даже при непрерывном использовании холодильной машины превышает 15 лет. Ещё одним преимуществом импульсно-модулирующих ТРВ является способность полностью перекрыть трубопровод. Это освобождает от необходимости включать в контур соленоидный вентиль. Кроме того, при пропадания питания (например, в случае аварии), данный ТРВ автоматически закроется. // // Импульсно-модулирующие ТРВ позволяют: // // -Регулировать холодопроизводительность в диапазоне от 10% до 100%, // // - Поддерживать перегрев вплоть до 3С. // // -Автоматически самонастраиваться на текущие потребности холодильного контура. // // Но есть и одно ограничение: импульсно-модулирующие ТРВ не устанавливаются на оборудование холодильной мощностью более 17кВт во избежание гидроудара при закрытии/открытии вентиля. Его сила способна разрушить паяные соединения [5]. //

// 1.6.2 Электронные ТРВ с шаговым электродвигателем // // И тут на арену выходят электронные ТРВ с шаговым электродвигателем. Для них характерно постоянное плавное регулирование проходного сечения, резких движений не возникает, а потому и гидроудар невозможен. Под «плавным» регулированием на самом подразумевается шаговое, но ввиду огромного числа шагов, счет которым переходит на тысячи, регулирование можно признать плавным. // // 2-фазный биполярный шаговый двигатель совершает поворот ротора на угол 1.8° при получении одного сигнала. Вращательное движение ротора посредством винта превращается в поступательное, и проходное сечение изменяется на десятки микрон. При этом геометрический профиль проходного сечения задвижки специально спроектирован для обеспечения линейных характеристик потока [5]. //

// Для электронных ТРВ с шаговым двигателем характерно: // // -Высокая надежность // // -Высокая точность // // -Отсутствие необходимости в соленоидном вентиле // // -Широкий диапазон холодопроизводительности // // -Отсутствие гидроудара, а потому широкий ассортимент продукции в зависимости от номинальной холодильной мощности установки (вплоть до 1МВт). // // Подключение электродвигателя стандартное для данной ситуации: два контакта для питания и два – для управления. // // Дополнительные преимущества электронных ведущих производителей холодильной автоматики ( Danfoss, AlcoControls): // // - Для каждого типа электронных ТРВ разработана плата управления, в числе прочего позволяющая управлять оттайкой, включением/отключением компрессоров и вентиляторов воздухоохладителя. // // - Универсальный приводной модуль для ТРВ с шаговым двигателем, позволяющий использовать для его управления любое стороннее устройство, генерирующее управляющий сигнал 4-20мА или 0-10В на выходе. Это позволяет расширить границы использования электронных ТРВ с шаговым двигателем и применять их для решения следующих задач: // // - Поддержание уровня жидкости (регулировка расхода подпитки) // // - Регулирование холодопроизводительности перепуском газа после компрессора (регулирование расхода байпаса) // // -Регулирование давления кипения // // -Регулирование давления конденсации // // -Впрыск жидкости в винтовой/спиральный компрессор (регулирование расхода впрыскиваемой жидкости. // // Таким образом, электронные ТРВ с шаговым электродвигателем, будучи достаточно точным механизмом, позволяющим регулировать расход газа на высоких перепадах давления, должны найти широкой применение на вспомогательных линиях холодильного контура, а, возможно, и в приложениях из совершенно другой области [5]. //

**// ВЫВОДЫ //**

//Были проанализированны конструкции терморегулирующих вентелей, принцип работы механических и электронных терморегулирующих вентелей. Оценено выгодное преимущество электронных ТРВ перед механичекими. Таким образом, электронные ТРВ с шаговым электродвигателем, будучи достаточно точным механизмом, позволяющим регулировать расход газа на высоких перепадах давления, должны найти широкой применение на вспомогательных линиях холодильного контура, а, возможно, и в приложениях из совершенно другой области. //

// СПИСОК ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ //

// 1. Котзаогланиан, Практическое руководство по ремонту холодильних установок с конденсаторами воздушного охлаждения.(Пособие для ремонтника), Москва 1996 г., 330 с.; //

// 2. Рой Дж. Доссат, Томас Дж. Хорон, Основыхолодильнойтехники //

// 3. [|www.holodilshchik.ru] //

// 4. [] //

// 5. http://engigeek.com //

= =