refik.in.ua 1

Расчет терморегулирующего вентиля


Терморегулирующему вентилю (ТРВ) придается особое значение в холодильной установке, так как он способен, так или иначе, воздействовать на процесс тепло­обмена. Задачей ТРВ или расширительного клапана является подача в испари­тель определенного объема жидкого хладагента в целях полного его испарения в процессе кипения.

После кипения газообразный хладагент нагревается в испарителе, и образующаяся при этом разность температур может служить показателем эффективно­сти использования данного устройства.

Так, при низком коэффициенте использования испарителя увеличивается протяженность зоны нагрева газообразного хладагента, что, естественно, приво­дит к значительному перегреву.

Высокий же коэффициент использования дает обратный эффект – с соответствующим снижением уровня перегрева.

Перегрев всасываемого газа играет роль регулирующего воздействия в отношении расширительного клапана. Таким образом, правильно выбранный терморегулирующий вентиль, изменяя свое свободное проходное сечение, регулирует расход хладагента в зависимости от конкретного рабочего состояния испарителя.


Рис. 1


Рисунок 1 показывает, что минимально устойчивый сигнал, выполняя функцию регулирующего воздействия для ТРВ, отделяет устойчивую зону пере­грева от неустойчивой.

Далее, нетрудно заметить, что передаваемая производительность испарите­ля при снижении перегрева возрастает до достижения минимально устойчивого сигнала (MSS).

При опускании кривой MSS (см. рис. 1) ниже установленного значения начинается так называемое «бросание» расширительного клапана, следствием чего является увеличение доли неиспарившейся жидкости в инжектируемом газе, что, в свою очередь, отнюдь не способствует росту полезной холодопроизводительности.

Если внести данную характеристику клапана в рис. 2, получим следую­щую картину: клапан 1 работает с перегревом ниже линии МSS, то есть неус­тойчиво. При увеличении статичного перегрева (при котором собственно и на­чинается открытие клапана) ТРВ функционирует вполне устойчиво – на небольшом «безопасном расстоянии» от линии МSS. Клапан полностью открыт, когда перегрев возрастает до уровня, необходимого для такого открытия. Вторая возможность может быть реализована клапаном меньшей мощности (клапан 2).



Рис. 2


При расчете ТРВ прежде всего следует определить разность давлений в пространстве над расширительным клапаном.

При этом рекомендуется действовать таким образом:

1) вычесть величину давления кипения Р0 из величины давления конденсации РK: РK – Р0;

2) определить падение давления в компонентах жидкостного трубопровода (если таковые имеются), например: Р осушителя, смотрового стекла, запорно­го вентиля с ручным управлением, электромагнитного клапана, восходящего участка, распределителя жидкого хладагента, распределительных трубок;

3) определить остаточный перепад давлений под действием расширительно­го клапана Ро6щ = (РK – Р0) – (Р1 + Р2 + Р3 + Р4 + Р5 + Р6 + Р7 + Р8)

4) установить температуру жидкого хладагента перед ТРВ.

Примечание. Перегрев жидкого хладагента в случае использования конденсаторных агре­гатов с воздушным охлаждением составляет порядка 2 К. Температура жидкого хладагента в комбинированных установках в режиме замораживания с посто­ронним либо собственным переохлаждением находится на уровне 0 °С;

5) определить поправочный коэффициент для используемого параметра из п. 4;

6) определить поправочный коэффициент для установленного перепада дав­лений над клапаном из п. 3;

7) вычислить производительность ТРВ при условиях работы данной уста­новки;

8) выбрать соответствующий тип ТРВ.

Пример расчета.

Низкотемпературная камера: Q0 = 7.8 кВт; tR = –20 °С; t0 = –28 °С; Т (разность температур) = 8 К; испаритель SGВЕ 101 фирмы Küba с много­кратным впрыском через распределитель Küba-CAL: tК = +40 °С, t3 = +38 °С; t1’ = –22 °С; хладагент R404А; жидкостный трубопровод dж = 12 х 1 мм; lгеом = 12 м, из которых 7 м приходятся на восходящий участок; испаритель расположен над коллектором жидкости; 2 запорных вентиля с ручным управлением, встро­енные в жидкостный трубопровод – перед фильтром-осушителем и после него; смотровое стекло с индикатором уровня жидкости; осушитель, электромагнит­ный клапан.


Здесь должен использоваться ТРВ с внешним выравниванием давления в паяном исполнении с фланцем фирмы Алко.

Изготовитель указывает производительность клапана при определенных установленных температурах испарения и конденсации.

В этом случае приведенные в каталоге данные основаны на следующих характеристиках:

t0 = +4 °С; tК = +38 °С; переохлаждение = 1 К.

Поэтому требуется определить производительность при указанных условиях работы установки, для чего придется обратиться к таблицам, составленным изготовителем.

Для иных базовых условий, отличных от представленных в каталоге, номи­нальная производительность клапана вычисляется по формуле:


QН = Q0  Kt,Fl  Kp


Поправочный коэффициент Kt,Fl для t3 = +38 °С и t0 = –28 °С находят путем интерполяции: Кt = 1.845.

Для вычисления коэффициента Kp надо сначала определить полную раз­ность давлений в зоне над ТРВ.

Росушителя = 0.14 бар по ДИН 8949 – независимо от изготовителя и типа аппарата.

Р смотрового стекла: здесь величиной падения давления можно пренеб­речь, поскольку при этом не отмечается сколько-нибудь заметных изменений поперечного сечения. В паяном исполнении смотровое стекло выбирается того же диаметра, каким обладает жидкостный трубопровод.

Р запорного вентиля с ручным управлением: такой вентиль рассчитывает­ся с учетом диаметра имеющегося жидкостного трубопровода, так что обычно падение давления над этой арматурой остается неизвестным.

Изготовитель приводит в таблицах так называемый показатель kV (коэффи­циент пропускной способности) с единицей измерения в м3/час. Этот параметр устанавливается из расчета расхода воды с температурой tW = +20 °С и падением давления в 1 бар.


Для применения в отношении холодильной установки показатель kV при­дется преобразовать с помощью подходящих формул.

Выбран: запорный вентиль с ручным управлением Danfoss BML 12 мм;

коэффициент пропускной способности kV = 1.50 м3/час.

Объемный расход хладагента через данный вентиль составляет:


VF1 = (Q0  3600) / (q0  F1), м3/час


Q0 = 7.8 кДж/с


q0 = h1’ – h4 = 356 – 259 = 97 кДж/кг – удельная холодопроизводительность.


F1 = 0.00105 м3/кг для R404A по диаграмме lg P – h


а = 952.38 кг/м3 – плотность хладагента при t3$


VF1 = (7.8  3600) / (97  952.38) = 0.304 м3/час


Падение давления, обусловленное запорным вентилем с ручным управлением BML 12:


Р = (VF1 / kV)2  F1 / 1000, бар


Р = (0.304 / 1.5)2  952.38 / 1000 = 0.0391 бар


Р электромагнитного клапана = 0.1168 бар; Р жидкостного трубопровода = 0.1073 бар.

Вычисление скорости течения :


 = (Q0  4) / (а  q0  d1), м/с


где d1 – внутренний диаметр трубы, d1 = 0.01 м.


 = (7.8  4) / (952.38  97  0.01) = 1.075 м/с


Определение падения давления в жидкостном трубопроводе, не считая его восходящего участка:


Рж.тр. = (  l  а  2) / (d1  2), бар

где  – коэффициент трения трубы, мед = 0.03; l – lЭКВ, lЭКВ = 6.5 м (lгеом + 30% как прибавка на фитинги).



Рж.тр. = 0.1073 бар


Рвосходящего участка = h  а  g, Н/м2 = Па,


где h – высота восходящего участка, h = 7 м


Рвосходящего участка = 65 399.93 Па = 0.654 бар


Рраспред. системы = Рраспределителя жидкого х.а. + Рраспределительных трубок = 0.5 бар (т.к. используется в данном случае распределитель Küba-CAL).

В противном случае на практике принимают для распределителя Вентури Р = 0.5 бар и для распределительных трубок Р = 0.5; при использовании распределителя с трубкой Пито получается Р = 3.5.

Расчет полного падения давления при прохождении через ТРВ:


РОБЩ = (18.3 – 2.27) – (0.14 + 0.0391 + 0.1168 + 0.1073 + 0.654 + 0.5) = 14.47 бар


Поправочный коэффициент для указанной выше разности давлений составляет Kp = 0.846.

Номинальная производительность ТРВ вычисляется с помощью формулы:


QН = Q0  Kt,Fl  Kp, кВт


QН = 12.17 кВт.


На основе вычисленной требуемой производительности ТРВ выбираем из каталога (таблица 1) следующий тип Alco TCLE 250 SW. Данный ТРВ имеет номинальную производительность по каталогу Q0 = 12.2 кВт. Эта величина базируется на температуре кипения t0 = 4 °С и температуре конденсации tК = +38 °С с учетом переохлаждения жидкости T = 1К.

По этой причине требуется пересчет на фактические условия работы установки с помощью расчетной формулы QН = Q0  Kp.


Таблица 1 – Выбор ТРВ

ТРВ, модельный ряд

диапазон температур кипения –45 / –30 °С


Типоразмер

R134a

R22

R404a / R507

R407

Вставка клапана

Тип

Номинальная производительность, кВт

Тип

Номинальная производительность, кВт

Тип

Номинальная производительность, кВт

Тип

Номинальная производительность, кВт

TCLE

25 MW

1.5

50 HW

1.9

25 SW

1.3

50 NW

2.1

X 22440-B1B

75 MW

2.9

100 HW

3.7

75 SW

2.6

100 NW

4.0

X 22440-B2B

150 MW

6.1

200 HW

7.9

150 SW

5.6

200 NW

8.5

X 22440-B3B

200 MW


9.3

250 HW

11.9

200 SW

8.4

300 NW

12.9

X 22440-B3, 5B

250 MW

13.5

300 HW

17.3

250 SW

12.2

400 NW

18.7

X 22440-B4B

350 MW

17.3

500 HW

22.2

400 SW

15.7

550 NW

24.0

X 22440-B5B

550 MW

23.6

750 HW

30.4

600 SW

21.5

750 NW

32.9

X 22440-B6B

750 MW

32.0

1000 HW

41.1

850 SW

29.0

1000 NW

44.4

X 22440-B7B

900 MW

37.2

1200 HW

47.8

1000 SW


33.8

1150 NW

51.7

X 22440-B8B

TJRE

11 MW

45

14 HW

58

12 SW

40

14 NW

62

X 11873-B4B

13 MW

57

18 HW

74

14 SW

51

17 NW

80

X 11873-B5B

TERE

16 MW

71

22 HW

91

18 SW

63

21 NW

99

X 9117-B6B

19 MW

81

26 HW

104

20 SW

72

25 NW

112

X 9117-B7B

25 MW

113

35 HW

143

27 SW

99

33 NW

155

X 9117-B8B


31 MW

135

45 HW

174

34 SW

120

42 NW

188

X 9117-B9B

TIRE

45 MW

174

55 HW

223

47 SW

154

52 NW

241

X 9166-B10B

THRE

55 MW

197

75 HW

253

61 SW

174

71 NW

273

X 9144-B11B

68 MW

236

100 HW

302

77 SW

209

94 NW

327

X 9144-B13B

Значения указанной номинальной производительности даны в пересчете на следующие характеристики: температура кипения t0 = 4 °С, температура конденсации tК = +38 °С переохлаждение жидкости T = 1К на входе в клапан.