Analiza wyboru optymalnych warunków zasilania parownika zaworami rozprężnymi
Ocena użytkowników: / 3
SłabyŚwietny 
Data dodania: 08.05.2007
Spis treści
Analiza wyboru optymalnych warunków zasilania parownika zaworami rozprężnymi
Page 2
Wszystkie strony
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

    Parowe sprężarkowe urządzenia chłodnicze stosowane są w bardzo szerokim zakresie wydajności, obejmującym zarówno urządzenia domowe i handlowe, jak i urządzenia instalowane w stacjonarnych i morskich chłodniach. Stosując ogólne kryteria oceny efektywności energetycznej należy stwierdzić, że urządzenia tego typu powinny zapewnić możliwie największy efekt użytkowy – wydajność chłodniczą, w każdych warunkach eksploatacyjnych, przewidzianych w projekcie, przy zminimalizowanym zapotrzebowaniu energii napędowej. Na podstawie tego kryterium przeprowadza się optymalizację tych urządzeń, to znaczy poszukiwanie najkorzystniejszych ich rozwiązań, mając jednoznacznie zdefiniowaną funkcję celu. Poszukiwania rozwiązań optymalnych mogą dotyczyć urządzenia chłodniczego traktowanego, jako całość lub charakterystycznych jego węzłów konstrukcyjnych. Szczególną rolę odgrywają tutaj wyniki analizy energetycznej i egzergetycznej [1]. Ograniczając zakres problematyki zwrócono w artykule uwagę na istotne zagadnienie optymalnego zasilania parownika w urządzeniu chłodniczym sprężarkowym. (…)

Zawory rozprężne sterowane termostatycznie (TZR) i termoelektronicznie (EZR)

    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

Katalog firm chłodnictwo, klimatyzacja, wentylacja

CHŁODNICTWO: Agregaty (chillery) chłodzone powietrzem, Agregaty (chillery) chłodzone wodą, Agregaty absorpcyjne, Agregaty skraplające, Aparatura kontrolno-pomiarowa, Chłodnice, Chłodnictwo w transporcie, Chłodziwa i nośniki ciepła, Czynniki chłodnicze, Dry-coolery, Drzwi chłodnicze (okucia, akcesoria), Elementy rozprężające, Filtry - osuszacze czynnika chłodniczego, Komory chłodnicze i zamrażalnicze, Kontenery chłodnicze, Maszyny do produkcji lodu (płatkarki, kostkarki), Materiały termoizolacyjne, Meble chłodnicze i zamrażalnicze, Monobloki chłodnicze, Odolejacze, separtory, Oleje sprężarkowe, Płyty warstwowe, Pompy cyrkulacyjne, Silniki, Siłowniki, Sprężarki chłodnicze, Tunele mroźnicze (kriogeniczne), Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Urządzenia rozmrażające, Wieże chłodnicze, Wyłączniki i przekaźniki czasowe, Wymienniki ciepła (parowacze, skraplacze), Wymienniki płytowe, Zasobniki chłodu, Zawory, Zespoły spręzarkowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

KLIMATYZACJA i WENTYLACJA: Aparatura kontrolno-pomiarowa, Aparaty grzewczo-wentylacyjne, Centrale klimatyzacyjne monoblokowe, Centrale klimatyzacyjne rooftop, Centrale klimatyzacyjne sekcyjne, Chłodnice/nagrzewnice kanałowe, Czerpnie i wyrzutnie, Filtry powietrza, Kanały wentylacyjne, Klapy ppoż. (oddymiające, odcinające), Klimakonwektory, Klimatyzacja samochodowa, Klimatyzatory kompaktowe (przenośne, okienne), Klimatyzatory split, Klimatytory multi splity, Kolektory słoneczne, Kratki, nawiewniki, dysze, Kurtyny powietrzne, Materiały termoizolacyjne, Nasady kominowe, wywietrzniki, Nawilżacze (parowe, zraszające, ultradźwiękowe, komory zraszania), Oczyszczacze powietrza, Odciągi miejscowe, Okapy kuchenne, Osuszacze powietrza, Pompy ciepła, Pompy cyrkulacyjne, Przepustnice, Rekuperatory i regeneratory do odzysku ciepła, Siłowniki, Stropy, belki chłodząco-grzejące, Systemy Super Multi, Szafy klimatyzacji precyzyjnej, Tłumiki hałasu, Układy i aparatura regulacyjna, zabezpieczająca i nadzorująca, Wentylatory dachowe, Wentylatory oddymiające, przeciwwybuchowe, chemoodporne, Wentylatory osiowe, Wentylatory promieniowe, Wentylatory strumieniowe (oddymiające), Wymienniki gruntowe, Pozostałe akcesoria, Projektowanie, badania, doradztwo techniczne, certyfikacja.

MATERIAŁY, NARZĘDZIA, PRZYRZĄDY, AKCESORIA: Izolacje akustyczne, termiczne, Materiały i przyrządy lutownicze i spawalnicze, Materiały uszczelniające, Narzędzia, Rury, kształtki, akcesoria, Urzadzenia i środki czyszczące, Urządzenia do inspekcji i czyszczenia systemów wentylacyjno-klimatyzacyjnych, Urządzenia do usuwania i napełniania instalacji chłodniczych; recyklingu czynników chłodniczych, Wibroizolacje, Zamocowania i tłumiki drgań.

INNE: Zrzeszenia i organizacje, Oprogramowanie komputerowe, Portale internetowe, Targi, wystawy, szkolenia.