روش تنظیم اکسپنشن ولو ترموستاتیک
اکسپنشن ولوهای ترموستاتیک دانفوس
خلاصه مطالب
در این قسمت دوره آموزشی اکسپنشن ولوها شما با مطالب زیر آشنا خواهید شد:
- درک روش کارکرد شیرهای انبساط (اکسپنشن ولو)
- دانستن انواع اکسپنشن ولوها
- نقش سوپرهیت و سابکول در اکسپنشن ولوها را درک خواهید کرد.
- وظیفه اکسپنشن ولو ترموستاتیک را خواهید دانست.
- با انواع متفاوت شارژ حباب این شیرها آشنا خواهید شد.
روش کار اکسپنشن ولو ترموستاتیک
- یک اکسپنشن ولو در برابر جریان مایع خروجی از کندانسور مقاومت ایجاد می کند. و باعث افت فشار از قسمت فشار بالای کندانس به قسمت فشار پایین اواپراتور می شود و در نتیجه دما کاهش می یابد.
- یک اکسپنشن ولو تزریق مایع مبرد به اواپراتور را کنترل می کند.
انواع اکسپنشن ولوها
- اکسپنشن ولوها در سیستم های تبرید به انواع میزان باز بودن ثابت و متغیر تقسیم می شوند.
- در مدل های ثابت، سطح مقطع سطح جریان عبوری ثابت باقی می ماند. در حالی که در نوع بازشوی متغیر، سطح مقطع جریان عبوری تغییر می کند.
- بعضی از انواع میزان بازشوی ثابت و متغیر این شیرها عبارتند از:
اکسپنشن ولو-لوله مویی
- لوله مویی لوله ای است باریک و طولانی با قطر داخلی ثابت که برای سیستم های تبرید کوچک که از یک کمپرسور و اواپراتور تشکیل شده، قابل استفاده است.
- کلمه capillaryیا مویی یک نام غلط است زیرا که کشش سطحی در این لوله ها مهم نیست.
- قطر داخلی این لوله ها بین 0.5تا3 میلی متراست و طول آنها از 1مترتا 6متراست.
تقلیل فشار
کاهش فشار به دلیل زیر در لوله مویی اتفاق می افتد:
- مایع مبرد به دلیل افت فشار تولید شده در اثر اصطکاک تبخیر می شود، بنابراین مخلوط مایع و بخار شکل می گیرد. افزایش حجم مخلوط مایع و بخار باعث افزایش محدودیت در عبور جریان می شود. و در نتیجه مقدار جریان مبرد عبوری از لوله مویی کنترل می شود. برای طول و قطر مشخص، اصطکاک ثابت است. بنابراین جریان در لوله تابع اختلاف فشار در طول لوله است.
امتیازات
- دارای قطعات متحرک و گران نیستند و احتیاج به نگهداری ندارند.
- یک لوله مویی اجازه تعادل فشار بین کندانسور و اواپراتور را می دهد. و اجازه راه اندازی نرم کمپرسور را می دهد.
- برای سیستم هایی که دارای کمپرسورهای هرمتیک هستند، ایده ال است.
معایب
- برای تغییر شرایط جریان براساس بار برودتی، فصلی و دمای محیط قابل تنظیم نیستند. بنابراین کاهش راندمان سیستم در شرایط بار برودتی کم رخ می دهد.
- به دلیل قطر کوچک لوله مویی، مستعد گرفتگی هستند. از این رو حداکثر توجه در هنگام مونتاژ سیکل بایستی صورت گیرد.
- در طول بارهای کم ممکن است پدیده برگشت مایع به کمپرسور(flooded) اتفاق بیفتد و باعث آسیب در هنگام راه اندازی شود و به همین دلیل بایستی به شارژ گاز سیستم های دارای لوله مویی دقت شود. با نصب اکومولاتور می توان از آسیب به کمپرسور جلوگیری کرد.
- لوله مویی تنها برای سیستم های فشرده با یک کمپرسور و یک اواپراتور مناسب است.
اکسپنشن ولو اتوماتیک
- یک شیر اتوماتیک اکسپنشن(AEV) همچنین با نام اکسپنشن ولو فشار ثابت نیز شناخته می شوند. و به صورتی عمل می کنند که فشار ثابت باقی می ماند.
- کاهش فشار بوسیله یک نازل اتفاق می افتد.
Pa . فشار اتمسفر یک
Ps . فشار فنر
Pfs . فشار دنباله فنر(مربوط به طراحی است)
Pe . فشار اواپراتور
Pa+Ps=Pfs+Pe . در این حالت دیافراگم حرکت نمی کند.
- زمانی که فشار اواپراتور کاهش یابد بنابراین Pa+Ps>Pfs+Pe و دیا فراگم رو به پایین حرکت می کند. و شیر باز می شود و مبرد بیشتری به اواپراتور جریان می یابد.
- زمانی که فشار اواپراتور افزایش یابد بنابراین Pa+Ps<Pfs+Pe و دیافراگم رو به بالا حرکت می کند. و شیر بسته می شود بنابراین مبرد کمتری به اواپراتور جریان می یابد.
اکسپنشن ولو ترموستاتیک
- این شیرها تطبیق پذیرترین شیرهای هستند. که به صورت گسترده در چیلرهای تراکمی و سردخانه ها مورد استفاده قرار می گیرند.
- یک شیر انبساط ترموستاتیک میزان دمای سوپر هیت را در خروجی اواپراتور ثابت نگه می دارد. بنابراین از برگشت مایع به کمپرسور جلوگیری می کند.
Pb فشار حباب
Ps فشار فنر
Pe فشار اواپراتور
- زمانی که Pb=Ps+Pe باشد، دیافراگم حرکتی ندارد.
- زمانی که فشار حباب افزایش یابد بنابراین Pd>Ps+Pe و دیافراگم رو به پایین حرکت می کند. و شیر باز می شود .و مبرد بیشتری به اواپراتور جریان می یابد.
- زمانی که فشار حباب کاهش یابد بنابراین Pd<Ps+Pe و دیافراگم رو به بالا حرکت می کند. و مبرد کمتری به اواپراتور جریان می یابد.
اکسپنشن ولوهای الکترونیک
- یک سنسور دمایی دمای بخار مبرد سوپر هیت (مافوق داغ) شده که اواپراتور را ترک می کند را اندازه گیری می کند.
- یک ترانسمیتر فشاری نیز فشار اواپراتور را در خروجی اواپراتور اندازه گیری می کند. کنترلر سیگنال را به دمای اشباع تبدیل می کند.
- سپس دمای سوپرهیت با تفاضل دمای اشباع از دمای بخار سوپرهیت بدست می آید.
- کنترل کننده سپس میزان باز و بسته شدن شیر را برای کنترل دقیق جریان مبرد و رسیدن به دمای تنظیمی(سوپر هیت) کنترل می کند.
جزئیات ساختار شیر انبساط ترموستاتیک
یک اکسپنشن ولو ترموستاتیک از
- یک صفحه دیافراگم انعطاف پذیر و بدنه شیر
- فیلتر
- فنر
- اریفیس
- و همچنین لوله مویی متصل به حباب تشکیل شده است.
اصول کارکرد شیر انبساط ترموستاتیک
روش کار شیر انبساط بوسیله 3فشار اساسی قابل توصیف است:
. P1 . فشار حباب که بر بالای صفحه دیافراگم و در جهت باز شدن شیر، نیرو وارد می کند.
. P2 . فشار اواپراتور که به زیر صفحه دیافراگم در شیر و درجهت بسته شدن شیر نیرو وارد می کند.
. P3 . فشار فنر که به زیر صفحه دیافراگم در شیر و در جهت بسته شدن شیر نیرو وارد می کند.
- زمانی که اکسپنشن میزان شود، بالانس بین فشار حباب(P1)در سمت بالای دیافراگم و فشار اواپراتور(P2) به علاوه نیروی فنر(P3)درسمت دیگر برقرار می شود.
- دلیل اصلی استفاده از فنر، تنظیم حداقل نیرو/ فشاری است که فشار حباب نیازمند غلبه است تا شیر باز شود.
(فشار بالانس شده است)P1=P2+P3
اکسپنشن ولوها- فشار متعادل کردن
- در قبل دیدیم که اکسپنشن ولوها تحت تاثیر3فشار اصلی کار می کنند: فشار حباب(pb)، فشار اکولایزر(pe) و فشار متعادل کننده(ps).
- فشار اکولایزر(برابرکننده) فشار اواپراتور است که شیر حس می کند.
- دو روش برای فرستادن فشار به دیافراگم شیر وجود دارد:
- اکولایزر داخلی
- اکولایزر خارجی
اکولایزر فشار خارجی
فشار اواپراتور از طریق اتصال اکولایزر خارجی به زیردیافراگم منتقل می شود.
توجه: در دلتاt برابر10k. شیرهای اکسپنشن با اکولایزر فشار خارجی بایستی استفاده شوند(اگر افت فشار در اواپراتور بالا باشد) و در کاربردهای توزیع کننده ها یا پخش کن ها(distributor)بایستی از اکولایزر خارجی استفاده کرد.
سوپر هیت
- سوپر هیت به مقدار دمای بخار مبرد بالاتر از نقطه شبنم اشاره دارد. که نزدیک به محل نصب حباب اندازه گیری می شود.
- سوپر هیت با اندازه گیری فشار ساکشن و تبدیل این فشار از طریق جدول به دمای معادل و کم کردن این دمای بدست آمده از دمایی که با دما سنج اندازه گیری می شود بدست می آید.
- سوپر هیت را به درجه کلوین (k) یا درجه (c) سیلیسیوس بیان می کنند.
- سوپر هیت نقشی کلیدی را در شیر انبساط ترموستاتیک ایفا می کند. شیر انبساط با برآورد میزان سوپر هیت، جریان مبرد را به اپراتور هدایت می کند. اصلی ترین هدف شیرهای TEV، کنترل سوپر هیت است اما سوپر هیت درجه باز شدن شیر را نیز تعیین می کند.
- سابکول یا مادون سرد از اختلاف بین دمای نقطه حباب زایی (جوشیدن) و دمای مایع در یک نقطه خط مایع به دست می آید.
- سابکول را می توان با درجه سانتی گراد (c) یا درجه کلوین (k) بیان کرد.
- سابکول در ورودی شیر انبساط حداقل بایستی 10درجهk(کلوین)باشد تا مایع ورودی به شیر عاری از حباب باشد.
- سابکول بودن مبرد برای جلوگیری از تولید حباب های بخار در ورودی شیر ضروری است.
- حباب های بخار در مبرد، ظرفیت شیر انبساط و در نتیجه مبرد مایع هدایت شده به اواپراتور را کاهش می دهند.
شارژهای حباب شیر انبساط ترموستاتیک
هدف شارژ تولید اختلاف دما / فشار در تمام رنج دمایی که برای آن استفاده می شود، است. برای این کار از شارژ پارالل(موازی) یا متقاطع استفاده می شود.
- شارژهای موازی دارای شارژ مشابه با شارژ سیکل تبرید است. منحنی فشار همانطور که می بینید، موازی است. اگر این مدل شیر دردمای بالای اواپراتور استفاده شود، تغییر فشار ممکن است بوجود آید. برای مثال اگر از این شیر در دمای پایین اواپراتور به کار روند، تغییر فشار ممکن است 27bar/k باشد.
- این شیرها تنها می توانند در رنج خیلی کم دمای اواپراتور کار کنند.
- شارژ متقابل شامل بیش از یک ماده برای فراهم کردن تغییر دما یا فشار مشابه برای رنج وسیع دمایی است. منحنی فشار حباب، منفی مبرد را در بعضی نقاط خارج از رنج مفید قطع می کند.
- بعضی کاربردها نیاز به باز شدن شیر تا حداکثر فشار اواپراتور دارند. این شیرها با استفاده از MOP بدست می آیند.
- MOP= حداکثر فشار باز بودن شیر
- میزان شارژ محدود شده و بنابراین در فشار / دمای معین شده تمام شارژ تبخیر می شود.
- بعد از آنکه تمام شارژ تبخیر شد، افزایش فشار حباب بوسیله کمتر از فشار اواپراتور انجام می شود و شیر در مقابل فشار بالای تبخیر بیشتر از MOP باز نخواهد شد.
شارژ جذبی
دی اکسید کربن یا متان برای این نوع از شارژ استفاده می شود که به دما وابسته است، فشار طبق قانون گاز تحت تاثیر ویژگیهای ماده جاذب است. مواد جاذب در حالت طبیعی مواد جاذب مورد استفاده، زغال چوب، مولکولارسیو یا سیلیکاژل هستند.
نسخهMOP به سادگی از فشار شارژ متفاوت استفاده می کند و بر منحنی شارژ با قطع کردن منحنی فشار مبرد تاثیر می گذارد. در نتیجه فشار حباب نمی تواند شیر را در برابر فشار مبرد باز کند.
شارژها
حباب شیرهای انبساط ترموستاتیک به یکی از 4 روش زیر شارژ می شوند.
- شارژ عمومی (زمان عکس العمل طبیعی)
- شارژ MOP(زمان عکس العمل خیلی سریع)
- شارژ MOP با بالاست(از شارژ عمومی کمی کندتر است)
- شارژ جذبی(زمان عکس العمل آهسته)
توجه: چون فشار درون حباب به طبع مبرد مورد استفاده متغیر است، اکسپنشن ولوهای متفاوت برای مبردهای مختلف مورد نیاز است. در شیرهای الکترونیکی می توان مبردهای مختلف را از کنترلر انتخاب کرد.
شارژها- عکس العمل
- در تصویر زمان عکس العمل هر نوع شارژ را می بینید.
- در گراف، محور X زمان و محورY، نشان دهنده باز شدن/ بسته شدن شیر است.
- در یک سیکل تبرید زمان عکس العمل یک شیر اکسپنشن بایستی برابر زمان عکس العمل اواپراتور باشد. شیر و اواپراتور بایستی یک سیستم در نظر گرفته شوند.
- زمان کوتاه بسته شدن شیر برای جلوگیری خروج مایع از اواپراتور نیاز است بنابراین کمپرسور محافظت می شود.
- انواع متفاوت شارژ مطابق با نوع کاربرد و اواپراتور استفاده می شود.