Принципы работы и различия между расширительными клапанами с внутренним и внешним выравниванием давления.

Роль расширительных клапанов в холодильных системах

Хотя расширительный клапан является относительно небольшим компонентом всей холодильной системы, его важность чрезвычайно высока. Расширительный клапан напрямую влияет на стабильность подачи жидкости в испаритель и на нормальную работу холодильной установки.

Основная функция расширительного клапана — регулирование потока хладагента, поступающего в испаритель, и автоматическая регулировка подачи хладагента таким образом, чтобы испаритель всегда находился в надлежащем рабочем состоянии. Проще говоря, он работает как «автоматический кран регулирования потока воды». При увеличении тепловой нагрузки в холодильной камере он автоматически открывается шире. При снижении температуры в холодильной камере он автоматически уменьшается в открытии.

Если расширительный клапан открывается чрезмерно, большое количество жидкого хладагента может не полностью испариться, прежде чем вернуться непосредственно в компрессор, что приведет к обратному потоку жидкости. В тяжелых случаях это может даже повредить компрессор. Если расширительный клапан открывается слишком мало, подача жидкости в испаритель становится недостаточной, что препятствует полному участию испарителя в теплообмене и приводит к снижению скорости охлаждения. Таким образом, рабочее состояние расширительного клапана напрямую влияет на стабильность всей холодильной системы.

В практическом применении термостатические расширительные клапаны делятся на два типа: клапаны внутреннего выравнивания давления и клапаны внешнего выравнивания давления. Хотя внешне эти два типа клапанов похожи, методы их внутреннего управления совершенно различны.

Принцип работы внутренних уравнительных расширительных клапанов

Наиболее очевидной особенностью внутреннего уравнительного расширительного клапана является наличие всего двух основных соединений. Конструктивно он выглядит относительно простым, поэтому многие небольшие холодильные установки и стандартные системы кондиционирования воздуха используют именно такую ​​конструкцию.

Для понимания работы внутренних уравнительных расширительных клапанов необходимо сначала понять, как они «воспринимают изменения температуры».

В верхней части расширительного клапана тонкая капиллярная трубка соединяется с датчиком температуры. Датчик температуры обычно крепится к выходному патрубку испарителя и содержит небольшое количество хладагента. Когда температура на выходе из испарителя повышается, хладагент внутри датчика начинает испаряться и создает давление. Это давление передается через капиллярную трубку на верхнюю сторону диафрагмы внутри расширительного клапана.

По мере увеличения давления над диафрагмой, диафрагма смещается вниз и приводит в движение иглу клапана. После перемещения иглы клапана ранее закрытый клапанный канал постепенно открывается, позволяя большему количеству хладагента поступать в испаритель. По мере увеличения подачи жидкости увеличивается теплопоглощающая способность испарителя, и температура холодного хранения постепенно снижается.

При снижении температуры в холодильной камере температура на выходе из испарителя также снижается. В это время хладагент внутри датчика снова конденсируется, снижая давление. Сила, действующая на диафрагму, ослабевает, и расширительный клапан постепенно закрывается.

Однако закрытие клапана зависит не только от силы пружины. Другой силой, участвующей в равновесии, является само давление в испарителе. Внутри внутреннего уравновешивающего расширительного клапана имеется очень маленький канал. Давление вблизи входа в испаритель поступает в пространство под диафрагмой через этот небольшой канал, создавая восходящую силу на диафрагму. В то же время пружина внутри расширительного клапана также толкает диафрагму вверх.

Таким образом, весь клапан фактически работает под действием баланса трех сил:

• Давление в колбе оказывает давление вниз.

• Давление в испарителе выталкивает вверх

• Сила пружины также толкает вверх.

Когда эти три силы достигают равновесия, клапан стабилизируется в определенном положении открытия.

Этот метод называется «внутренним выравниванием», потому что давление в испарителе создается непосредственно через внутренний канал внутри корпуса клапана, без необходимости использования дополнительных трубок. Таким образом, создание давления происходит внутри устройства.

Принцип работы термостатического расширительного клапана (ТРСК).

Проблемы, связанные с внутренними уравнительными расширительными клапанами.

Внутренние уравнительные расширительные клапаны имеют простую конструкцию, относительно низкую стоимость и легко устанавливаются, что делает их широко используемыми. Однако у них есть одна очевидная проблема: измеряемое ими давление — это не истинное давление на выходе из испарителя, а давление вблизи входа в испаритель.

Многие новички в холодильных системах часто упускают из виду потери давления внутри испарителей. В действительности, после попадания хладагента в испаритель, он должен пройти через длинные змеевики. В ходе этого процесса давление непрерывно снижается из-за сопротивления трения и эффектов испарения.

Это означает, что давление на входе и выходе из испарителя часто различаются.

Если испарительные змеевики относительно короткие, эта разница давлений может быть незначительной, что позволяет внутренним выравнивающим расширительным клапанам нормально функционировать. Однако, если испарители длинные или относятся к низкотемпературным системам, внутренние перепады давления становятся гораздо более значительными.

На данном этапе внутренние уравнительные расширительные клапаны по-прежнему регулируют давление на входе, что приводит к ошибочным выводам. Эту ситуацию можно сравнить с попыткой определить, достаточно ли давления воды на конце трубы, но при этом измеряется только давление на входе. Поскольку сопротивление существует по всей трубе, высокое давление на входе не обязательно означает высокое давление на выходе.

Аналогично, поскольку внутренние уравнительные расширительные клапаны не могут определять истинное выходное давление, они могут закрываться преждевременно. В результате возникает недостаточный приток жидкости, что приводит к менее эффективному участию последней части испарителя в теплообмене и, в конечном итоге, к снижению эффективности охлаждения.

Во многих системах холодного хранения возникают ситуации, когда «передняя секция покрывается инеем, а задняя остается недостаточно охлажденной». Во многих случаях это напрямую связано с неравномерным распределением хладагента.

Принцип работы внешних уравнительных расширительных клапанов

Для устранения ошибок, вызванных падением давления в испарителе, были разработаны внешние уравнительные расширительные клапаны.

Главная особенность внешних уравнительных расширительных клапанов заключается в наличии одного дополнительного соединения по сравнению с внутренними уравнительными клапанами. Это соединение обычно осуществляется через небольшую уравнительную трубку, непосредственно соединенную с выходным патрубком испарителя. В результате давление, измеряемое под диафрагмой, теперь соответствует не давлению на входе в испаритель, а фактическому давлению на выходе из него.

Хотя это добавляет всего одну небольшую трубку, логика работы существенно меняется. Поскольку внешние уравнительные расширительные клапаны напрямую собирают давление на выходе из испарителя, на них не влияют потери давления внутри испарителя. Полученные данные становятся более точными, что, естественно, приводит к более точному регулированию работы клапанов.

При изменении нагрузки на испаритель внешние уравнительные клапаны позволяют более точно определять фактические условия работы испарителя и соответствующим образом регулировать подачу жидкости.

Главное преимущество этого метода регулирования заключается в более точном контроле перегрева. Перегрев можно просто понимать как дополнительное повышение температуры хладагента после выхода из испарителя. Чрезмерный перегрев указывает на недостаточный запас жидкости, тогда как недостаточный перегрев может указывать на риск возврата жидкости.

Благодаря тому, что внешние уравнительные расширительные клапаны обеспечивают более точное регулирование, они позволяют испарителям поддерживать более оптимальные условия эксплуатации.

Преимущества внешних уравнительных расширительных клапанов в холодильных камерах

Системы низкотемпературного охлаждения обычно имеют длинные испарители, сложную систему трубопроводов и большие внутренние перепады давления. [Охлаждение низкотемпературных систем охлаждения по своей природе сложнее, так как требует больших площадей теплообмена. Большие площади теплообмена неизбежно создают большее сопротивление потоку.] В таких системах дальнейшее использование внутренних уравнительных расширительных клапанов часто приводит к недостаточному поступлению жидкости.

Особенно в крупных системах охлаждения с воздушным охлаждением длина испарительных змеевиков может достигать чрезвычайно больших значений. После прохождения хладагента через эти змеевики давление значительно снижается. Поскольку внутренние уравнительные расширительные клапаны не могут определить фактическое давление на выходе, они часто ошибочно предполагают, что давление в испарителе остается высоким, и преждевременно снижают подачу хладагента.

В результате последняя часть испарителя не может быть использована в полной мере, что приводит к нерациональному использованию доступной площади теплообмена. Однако внешние уравнительные расширительные клапаны напрямую считывают давление на выходе из испарителя, что позволяет более точно регулировать открытие иглы клапана, обеспечивая участие всего испарительного змеевика в теплообмене.

Это не только повышает эффективность охлаждения, но и обеспечивает более стабильную температуру хранения холода. Поэтому в низкотемпературных системах хранения холода, средних и крупных холодильных складах, системах с длинными испарительными змеевиками и системах, требующих высокой точности регулирования температуры, внешние уравнительные расширительные клапаны уже стали основным выбором.

Важность понимания принципов работы расширительных клапанов

Многие неисправности холодильных систем на самом деле связаны с некорректной работой расширительного клапана. Такие проблемы, как недостаточный поток жидкости, неравномерное обледенение испарителя, чрезмерно высокие температуры на всасывании и возврат жидкости из компрессора, могут быть связаны с некорректной работой расширительного клапана.

Настоящие профессиональные специалисты по холодильному оборудованию не просто решают проблемы заменой компонентов. Вместо этого они могут быстро выявлять неисправности в системе по изменениям давления, температуры и образованию инея.

Основой любого подобного анализа является понимание принципов работы расширительных клапанов. Только понимая истинные различия между внутренними и внешними уравнительными расширительными клапанами, специалисты смогут более точно определить причины возникновения проблем в реальных холодильных системах и способы проведения регулировок и ремонта.