Ручные регулирующие вентили

06 Ноя Ручные регулирующие вентили

РУЧНЫЕ РЕГУЛИРУЮЩИЕ ВЕНТИЛИ

Ручные регулирующие вентили используют в качестве регуляторов почти исключительно в крупных неавтоматизированных холодильных установках. Задачи и принцип действия регулирующего вентиля в холодильной установке нагляднее всего можно пояснить на примере их использования в компрессионной холодильной установке. Идеальный холодильный процесс – это цикл Карно, в котором осуществляется сжатие хладагента от давления кипения р₀ до давления конденсации р_К и расширение хладагента от давления р_К опять до р₀.

Регулирующий вентиль, чаще называемый дросселирующим (иногда его называют клапаном для впрыска или расширительным клапаном), в этом цикле предназначен для понижения давления жидкого хладагента от давления конденсации р_К до более низкого давления кипения р₀. Давление в регулирующем вентиле начинает снижаться сразу после прохождения рабочей средой самого узкого сечения в седле вентиля. При этом часть хладагента испаряется и от жидкости отнимается соответствующая теплота испарения. Вследствие этого температура жидкости хладагента понижается до температуры кипения t₀, при которой жидкий хладагент подается в испаритель, где и осуществляется производство холода.

Регулирующий вентиль применяют и для подвода в испаритель такого количества жидкого хладагента, какое может испариться при конкретных условиях работы установки. Если в испаритель будет подведено больше хладагента, неиспарившийся хладагента вместе с паром попадет в компрессор, и последний начнет работать в режиме влажного хода, что неэкономично и может привести к гидравлическим ударам. Если в испаритель будет подано меньше жидкого хладагента, чем может испариться, теплопередающая поверхность используется не полностью.

Вследствие этого в испарителе может быть достигнут такой перегрев пара, при котором температура на всасывании станет недопустимо высокой. Наиболее эффективно испаритель и вся холодильная установ­ка работают в том случае, если испаряется весь проходящий через регу­лирующий вентиль жидкий хладагент и выходит из испарителя с пере­гревом в несколько градусов по отношению к температуре кипения.

Если холодопроизводительность компрессора, площадь теплопередающей поверхности испарителя и конденсатора, степень заполнения хладагентом испарителя будут соответствовать друг другу, следовательно, для любого режима работы будет найдено наиболее оптимальное положение вентиля. С целью определения данного положения имеется манометр, который расположен на стороне всасывания. При этом его шкала показывает давление кипения р₀ и соответствующую ему температуру кипения t₀ данного холодильного агента.

О благоприятном или неблагоприятном положении регулирующего клапана при отрицательных температурах кипения можно судить также по степени образования инея на испарителе и всасывающей трубе.

Связь между холодопроизводительностью , площадью свобод­ного сечения в седле регулирующего вентиля F и разностью давлений конденсации и кипения Dр видна из следующего соотношения:

где q₀ – удельная тепловая нагрузка на испаритель; с – постоянная; m – коэф­фициент истечения; r – плотность жидкого хладагента.

В соответствии с выше написанным уравнением холодопроизводительность  зависит от F и Dр. При этом свободным проходом а оперируют для компенсации изменений разности давлений Dр, причем влияние F пре­обладает, так как Dр находится под корнем. Изменение положения ручного вентиля воздействует на холодильную установку следующим образом. Если регулирующий вентиль, настроенный на нормаль­ный расход, прикрыть, площадь свободного сечения F становится меньше. Вследствие этого давление кипения р₀ понижается, а Dр уве­личивается. Но так как влияние уменьшения площади свободного се­чения F преобладает, через регулирующий вентиль проходит меньше хладагента, и холодопроизводительность снижается.

Если регулирующий вентиль, настроенный на нормальный расход, перевести в положение большего открытия, это также изменит работу установки. В испаритель попадает больше хладагента и установившийся при нормальной работе перегрев уменьшается из-за большего запол­нения испарителя. Если регулирующий вентиль открыт слишком силь­но, неиспарившийся хладагент попадает в компрессор, что приводит к неэкономичной работе в режиме влажного хода и опасности гидрав­лического удара. Таким образом, холодопроизводительность установки нельзя повысить сверх оптимальной с помощью одного только регу­лирующего   вентиля.   Производительность   установки ограничивается производительностью испарителя, так как он рассчитан на определен­ную холодопроизводительность и не может испарить большее количе­ство жидкости и произвести большее количество пара.

Возможность взаимной компенсации площади свободного проход­ного сечения F и разности давлений Dр в ручных регулирующих вен­тилях приводит к так называемому самовыравниванию установки в целом. При определенных условиях отрегулированный вентиль, поло­жение которого остается неизменным, компенсирует в ограниченных пределах колебания нагрузки. Так, при увеличивающейся нагрузке на испаритель испаряется больше хладагента, перегрев возрастает и давление кипения р₀ увеличивается. Компрессор должен всасывать больше хладагента, что вызывает повышение подвода теплоты к кон­денсатору. При этом повышается давление конденсации р₀. При определенных условиях повышение нагрузки на испаритель при­водит к большему увеличению давления в конденсаторе, чем в ис­парителе, перепад давления на   регулирующем вентиле становится больше, через вентиль проходит больше хладагента. Однако само­выравнивания при высокой нагрузке часто оказывается недостаточ­но   для   обеспечения   необходимого   увеличения   холодопроизводительности. Регулирующий вентиль следует перенастроить, в данном случае   увеличить   степень   открытия,   чтобы   в испаритель подава­лось больше хладагента и использовалась вся теплопередающая поверхность.

Как указывалось выше, регулирующие вентили выполняют функ­цию дросселирования с особо сложными условиями истечения. Паде­ние давления жидкого хладагента начинается непосредственно за сед­лом вентиля, отчего уже в его корпусе и примыкающем трубопроводе происходит частичное испарение. Вследствие гидравлических сопротив­лений и высоких скоростей по пути от конденсатора к регулирующему вентилю возникают потери давления. Если хладагент конденсируется при невысоких температурах, в подводящих трубопроводах может наблюдаться вскипание жидкого хладагента. Это означает, что жидкий хладагент перед входом  в регулирующий вентиль может содержать пар (двухфазное течение).

Параметры хладагента до и после регулирующего вентиля могут, как известно, повлиять не только на величину коэффициента расхода с, но и на величину массового расхода, который обратно пропорцио­нален квадратному корню из rи разности давлений до и после регули­рующего вентиля.

При расчете регулирующего вентиля используют известную мате­матическую модель, по которой регулирующий вентиль рассматрива­ется как единственное место дросселирования. В этом случае расчет происходит по формуле для объемного расхода через круглое отверствие.

где  – объемный расход через регулирующий клапан, м³/ч; с – коэффициент расхода;      d – диаметр седла вентиля, мм; r – плотность жидкого хладагента, кг/м³; Dр – перепад давлений на вентиле, МПа.

Для массового расхода т  (в кг/ч) справедливо уравнение:

где r – плотность, кг/дм³.

Для определения требуемого массового расхода из таблиц свойств хладагента находят величину Dh = h» – h’, где h» – удельная энталь­пия сухого насыщенного пара хладагента для температуры кипения t₀; h’ – удельная энтальпия жидкого хладагента для температуры перед регулирующим вентилем.

Тогда  рассчитывают, исходя из холодопроизводительности :

Требуемый диаметр седла регулирующего клапана согласно урав­нению можно рассчитать с помощью величин  и r.

Для расчета регулирующих клапанов в циклах хладагента рекомендуется уравнение:

где F_У = F – свободное проходное сечение в регулирующем вентиле; a_r = a.

Холодопроизводительность можно получить с помощью пропуск­ной характеристики k_У = f (h), которая приводится в стандартах и каталогах для регулирующих вентилей и может быть подставлена в уравнениях.