Analiza wyboru optymalnych warunków zasilania parownika zaworami rozprężnymi |
Data dodania: 08.05.2007 | ||||
JPAGE_CURRENT_OF_TOTAL W ocenie współczesnych instalacji parowych, sprężarkowych urządzeń chłodniczych bierze się pod uwagę zarówno aspekty techniczne, jak i ekonomiczne. Ważnym miernikiem w tej ocenie jest efektywność wykorzystania dyspozycyjnej powierzchni wymiany ciepła parownika. Problem ten związany jest bezpośrednio z zasilaniem parownika czynnikiem chłodniczym. Gwarancja optymalnego zasilania parownika wiąże się z dostarczaniem do niego takiej ilości czynnika, jaka jest niezbędna dla jego odparowania, przy możliwie najmniejszym przegrzaniu pary. W niniejszym artykule przedstawiono analizę stosowanych rozwiązań tego problemu, w przypadku wykorzystania termostatycznych zaworów rozprężnych oraz zaworów sterowanych elektronicznie, wskazując na celowość częstszego niż obecnie wykorzystania monitoringu ze wspomaganiem komputerowym.
Wprowadzenie W urządzeniach chłodniczych o małej i średniej wydajności, zdecydowanie największą grupę stanowią układy o ciśnieniowym zasilaniu parowników. Oznacza to w praktyce wykorzystanie różnicy między ciśnieniem skraplania i parowania (czyli pk – po) dla wymuszenia przepływu czynnika przez parownik. Bardziej ogólnie, chodzi tutaj o różnicę między ciśnieniem pt w króćcu tłocznym sprężarki i ciśnieniem ps w jej króćcu ssawnym, która jest potrzebna do pokonania oporów przepływu w sieci przewodów i wymienników ciepła znajdujących się po obu stronach sprężarki chłodniczej [3]. W przypadku, gdy nadwyżka ciśnienia dyspozycyjnego pokrywa w całości opory przepływu wystarczy w układzie zastosować do zasilania parownika w pełni otwarty zawór lub jego odmianę, na przykład w postaci rurki kapilarnej instalowanej w małych chłodziarkach domowych. W innych przypadkach wykorzystuje się różne elementy zasilania ciśnieniowego w postaci zaworów pływakowych, automatycznych zaworów rozprężnych, termostatycznych zaworów rozprężnych i ich odmianę ze sterowaniem elektronicznym. Najbardziej rozpowszechnionymi aktualnie elementami rozprężnymi są termostatyczny zawór rozprężny (oznaczany dalej symbolem TZR) oraz sterowany elektronicznie zawór rozprężny (symbol – EZR). (…) Rys. 1. Schemat podziału czynnej długości L wężownicy rurowej chłodnicy powietrza na charakterystyczne strefy wymiany ciepła; L1 – dwufazowa strefa wrzenia w przepływie, L2 – jednofazowa strefa pary przegrzanej Rys. 2. Schemat ideowy budowy i działania termostatycznego zaworu rozprężnego z zewnętrznym wyrównaniem ciśnienia; 1 – membrana, 2 – popychacz, 3 – iglica, 4 – sprężyna regulacyjna, 5 – pokrętło, 6 – czujnik, 7 – dysza, 8 – dławica, 9 – przegroda wewnętrzna Współpraca termostatycznego zaworu TZR z parownikiem Termostatyczny zawór rozprężny (TZR) należy traktować, jako regulator bezpośredniego działania (regulator o działaniu proporcjonalnym typu P), o prawie prostoliniowym przebiegu charakterystyki statycznej. Chwilowe obciążenie cieplne parownika jest uzależnione od zadanego przez użytkownika przegrzania pary Δtp w króćcu wypływowym parownika. Sygnał, informujący o wartości stopnia przegrzania pary jest odbierany za pomocą czujnika wypełnionego parą mokrą (czujnik ten jest umocowany na przewodzie wypływowym za parownikiem) i przekazywany rurką kapilarną nad membranę zaworu TZR. Oczekiwaną wartość przegrzania pary Δtp ustala użytkownik za pomocą sprężyny dociskającej iglicę do dyszy zaworu [9] (…) Współpraca elektronicznego zaworu EZR z parownikiem Wyeliminowanie wad termostatycznego zaworu rozprężnego wymaga wprowadzenia bardziej zaawansowanego systemu regulacji od tego, jaki istnieje w przypadku zaworu TZR. Można w tym celu wybrać regulator o działaniu ciągłym typu PI (proporcjonalno – całkujący) lub typu PID (proporcjonalno – całkująco – różniczkujący). Według autora pracy [12] w regulatorach tych stosowane jest tzw. „elastyczne sprzężenie zwrotne”, zmienne w czasie w regulatorze PI i dodatkowo z wyprzedzeniem w regulatorze typu PID. Zastosowanie regulatorów (pozbawionych uchybu resztowego), spełniających funkcję zaworu zasilającego parownik stwarza warunki optymalnej współpracy zaworu i parownika. Na rys. 6 przedstawiono schemat ilustrujący zasadę współpracy zaworu rozprężnego sterowanego elektronicznie i pracującego przykładowo, jako regulator typu PI [12, 14]. (...) Aktualnie stosowane są różne elektroniczne systemy sterowania zaworem rozprężnym zasilającym parownik [5,6,15,16]. Jednym z nich, który znalazł szerokie już zastosowanie, jest system typu AK-10 produkcji firmy Danfoss [17]. W jego skład wchodzą następujące podstawowe elementy w wersji standardowej: elektronicznie sterowany (elektromagnetyczny) zawór rozprężny typu AKV, elektroniczny regulator typu AKC oraz zestaw dwóch lub trzech czujników typu Pt pomiaru temperatury. Sygnałem wejściowym regulatora AKC jest sygnał wynikający z różnicy temperatury w miejscach zamontowania czujników, który jest porównywany z wartością sygnału odniesienia. Wartość sygnału odniesienia odpowiada minimalnej stabilnej wartości przegrzania (MSS) w parowniku. W ten sposób otrzymuje się zapewnienie warunków pracy zaworu w obszarze stanów stabilnych, co daje optymalne napełnienie parownika czynnikiem chłodniczym, przy każdym jego obciążeniu cieplnym. Zawór AKV, z wbudowaną zwężką rozprężną działa w sposób cykliczny, to znaczy podczas jednego cyklu pracy otwiera się i zamyka. Wydajność zaworu uzależniona jest od czasu trwania otwarcia i zamknięcia. Jeżeli podczas eksploatacji następuje wzrost wydajności chłodniczej parownika, wówczas zawór AKV jest otwarty przez czas dłużej trwający, zaś w przypadku, gdy obciążenie cieplne parownika obniża się, wtedy czas ten jest odpowiednio krótszy. Wybór proporcji czasu trwania otwarcia i zamknięcia zaworu zależy od obciążenia cieplnego parownika, z którym współpracuje. Zastosowanie zaworu rozprężnego sterowanego elektronicznie umożliwia pracę parownika, przy znacznie mniejszym przegrzaniu, w porównaniu z termostatycznym zaworem rozprężnym TZR. Zmniejszenie przegrzania prowadzi w konsekwencji do wzrostu ciśnienia parowania po, a to z kolei do zmniejszenia zużycia energii. Autorzy pracy [14] przeprowadzili interesujące badania eksploatacyjne wentylatorowej chłodnicy powietrza, w zakresie określenia zależności współczynnika przenikania ciepła k chłodnicy od przegrzania pary Δtp w porównywalnym zakresie pracy podczas jej zasilania klasycznym termostatycznym zaworem rozprężnym TEV oraz sterowanym elektronicznie zaworem rozprężnym TQ ze sterownikiem typu KS. Na rys. 7 pokazano wyniki ich badań eksperymentalnych. Zauważa się, że obniżenie stopnia przegrzania Δtp poniżej wartości 7 K, w przypadku zasilania zaworem TEV powoduje gwałtowny spadek współczynnika przenikania ciepła k chłodnicy (to znaczy jej efektywności energetycznej). (…) |
POLECAMY WYDANIA SPECJALNE
-
Pompy ciepła 2023-2024
-
Pompy ciepła 2021-2022
-
Pompy ciepła 2022-2023
-
Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2021
-
Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2022
-
Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2023
-
Pompy ciepła 2020-2021
-
Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2020
-
Pompy ciepła 2019-2020
-
Katalog klimatyzatorów typu SPLIT. Edycja 2019