ТРВ холодильной установки: принцип работы, настройка и регулировка, неисправности

Дата публикации:
20 Июля 2024 г.

Длительность чтения:
16 мин.

Принцип работы терморегулирующего вентиля
Где устанавливается ТРВ
Особенности и проблемы ТРВ
Формула расчета ТРВ
Выбор терморегулирующего вентиля
Анализ сбоев в работе
Регулировка ТРВ

ТРВ

ТРВ чиллера - определение

Терморегулирующий клапан (ТРВ) представляет собой устройство, которое реагирует на изменения параметров хладагента и автоматически регулирует подачу рабочего вещества в испаритель. Он изготавливается из химически инертных материалов, таких как медь и латунь.

Благодаря заранее установленной настройке на предельное перегревание теплоносителя после теплообменника, ТРВ контролирует температуру, давление и агрегатное состояние на стороне всасывания компрессора. В случае неисправностей возникает риск снижения производительности всей холодильной системы, отказа в работе отдельных устройств, а также обмерзания картера компрессора при температурах ниже нуля, что может привести к полному выходу из строя.

Если ТРВ открывается слишком широко, в испаритель поступает избыточное количество теплоносителя. В таком случае тепла, передаваемого от охлаждаемой среды, оказывается недостаточно для полного превращения рабочего вещества в пар. В результате образуется влажный пар или жидкость, которые попадают в компрессор, начинается режим влажного хода. Это приводит к потере мощности компрессора, увеличению его нагрузки и, в конечном итоге, возможному выходу из строя.

При закрытии клапана в теплообменник поступает недостаточное количество хладагента. В результате холодильная машина не способна обеспечить требуемую холодопроизводительность, что приводит к повышению температуры в охлаждаемом пространстве.

ТРВ холодильной установки

Принцип работы терморегулирующего вентиля

Терморегулирующий вентиль (ТРВ) функционирует на основе механического принципа. Его конструкция включает следующие элементы:

корпус с встроенной в центре мембраной и седлом для штока в нижней части
регулировочную пружину со штоком, оснащённым сальником
капиллярную трубку
термобаллон, наполненный тем же хладагентом, что и система, или газом с аналогичными термодинамическими свойствами

Термобаллон крепится к трубопроводу между испарителем и компрессором, передавая информацию о состоянии хладагента на выходе из теплообменника.

В обычном состоянии пружина прижимает шток к седлу, блокируя поток вещества. Однако ТРВ не предназначен для полного перекрытия потока, поэтому рядом с ним обычно устанавливают запорный кран.

Когда давление на выходе из испарителя увеличивается, газ в термобаллоне расширяется, и через термочувствительный элемент воздействует на мембрану, которая затем влияет на пружину. Шток, соединённый с пружиной, сдвигается, открывая проход ровно настолько, чтобы впустить необходимое количество хладагента в теплообменник.

Седло ТРВ достаточно узкое, чтобы даже при полном открытии происходил процесс дросселирования, то есть понижение давления через механическое расширение вещества.

Также в конструкцию входит регулировочный винт, который задаёт размер проходного сечения. На заводе его настраивают на перегрев в 4 °C, а при пусконаладке устанавливают оптимальное положение.

Где устанавливается ТРВ

Основной корпус ТРВ монтируется на трубопроводе между конденсатором и испарителем, ближе к испарителю. Термобаллон, соединённый с корпусом клапана посредством капиллярной трубки через термочувствительную систему, устанавливается на горизонтальном отрезке трубопровода сразу после испарителя. Для улучшения теплопередачи между поверхностью трубы и термобаллоном прокладывают слой теплопроводящей пасты. Вся конструкция покрывается теплоизоляцией, чтобы избежать воздействия внешних температурных изменений.

Место установки ТРВ

Особенности и проблемы ТРВ

Различают два типа терморегулирующих вентилей: с внутренним и внешним регулированием. В случае вентилей с внутренним регулированием предполагается, что разница давлений на входе и выходе из испарителя настолько мала, что ею можно пренебречь, принимая, что на мембрану действует одинаковое давление.

В терморегулирующих вентиля с внешним регулированием в корпус встроена дополнительная перегородка, создающая область, которая соединяется с трубопроводом между испарителем и компрессором с помощью капиллярной трубки. Таким образом, хладагент, влияющий на мембрану клапана, совпадает с тем, что воздействует на наполнитель термобаллона через термочувствительную систему.

Внешнее регулирование является универсальным и позволяет использовать любые виды хладоносителей.

Механическое устройство терморегулирующего вентиля обладает своими преимуществами и недостатками:

Клапан оптимизирует процессы, не требуя постоянного контроля со стороны персонала, и не сильно зависит от уровня заполненности системы рабочим веществом.
Содержимое и размер термобаллона должны быть точно рассчитаны и соответствовать условиям работы. К монтажу термобаллона предъявляются строгие требования, так как от его качества зависит правильность сигналов, поступающих на вентиль.
Узкое проходное сечение седла клапана склонно к засорению. Даже небольшие загрязнения или попадание капель масла и конденсата могут привести к блокировке, замерзанию и повреждению хрупких деталей. Аналогичные проблемы могут возникать и при эксплуатации капиллярной трубки.
Слабым местом терморегулирующего вентиля является мембрана, чувствительность которой со временем может снижаться

ТРВ холодильной установки

Формула расчета ТРВ

Производительность ТРВ играет ключевую роль в корректной работе холодильной системы и определяется по формуле мощности:

Qтрв = Qо · КΔР · К1 Вт

где:

Qо — мощность холодильной установки в ваттах
КΔР — поправочный коэффициент, учитывающий потери давления
К1 — поправочный коэффициент, учитывающий разность температур кипения

Если переохлаждение превышает 15 °C, необходимо учитывать дополнительный коэффициент K2K_2K2, и формула преобразуется в:

Qтрв = Qо · КΔР · К1 · К2 Вт

где К2 — поправочный коэффициент, учитывающий переохлаждение выше 15 °C. Значения коэффициентов берутся из таблиц.

Расположение испарителя относительно жидкостного ресивера влияет на расчет коэффициентов, требуя уточнения реального перепада давления с учетом гидростатического давления столба жидкого хладагента. Формула расчета перепада давления выглядит так:

ΔР = (Рк + Ро) – (ΔР1 + ΔР2 + ΔР3 + ΔР4 + ΔР5) (мПа)

где:

Рк — давление конденсации, определенное по температуре конденсации (мПа)
Ро — давление кипения, определенное по температуре кипения (мПа)
ΔР1 — падение давления на жидкостной трассе (примерно 0,01 мПа)
ΔР2 — суммарное падение давления на фильтре-осушителе, ручном запорном клапане, отводах, смотровом окне (примерно 0,02 мПа)
ΔР3 — падение давления на вертикальном участке жидкостной магистрали, связанное с разностью высот (уточняется дополнительно при высоте 6 м)
ΔР4 — падение давления в распределителе жидкости (примерно 0,05 мПа)
ΔР5 — падение давления в трубах распределителя жидкости (примерно 0,05 мПа)

Сложные расчеты, требующие значительного времени и высокой точности, могут быть подвержены ошибкам. Современные расчетные программы, созданные для инженерно-технического персонала и менеджеров, автоматизируют процесс подбора приборов автоматики. Каждый производитель разрабатывает собственное программное обеспечение, учитывающее характеристики своих изделий, что гарантирует точность, надежность и стабильную работу терморегулирующего вентиля.

Выбор терморегулирующего вентиля

Параметры терморегулирующего клапана зависят от следующих факторов:

Тип холодильного агента и его теплофизические характеристики.
Вид и размер испарителя, а также его производительность. Для малых испарителей подойдет ТРВ с внутренним выравниванием, тогда как для мощных промышленных испарителей, имеющих значительный перепад давлений на входе и выходе, необходим клапан с внешним регулированием.
Тип соединения вентиля (резьбовое, фланцевое, сварное).
Холодопроизводительность теплообменника и тепловая нагрузка, которые определяют размер расширительной вставки клапана.
Метод заполнения термобаллона (газовый, жидкостной, адсорбционный, МРД).
Тип конструкции клапана, который может быть разборным или неразборным, с возможностью замены расширительной вставки или без неё.

Правильный выбор и настройка пружины являются ключевыми для обеспечения работоспособности как самого вентиля, так и всей холодильной системы в целом.

Сбои в работе ТРВ

Анализ сбоев в работе терморегулирующего вентиля (ТРВ)

Блокирующая неисправность

Причины блокировки

Блокировка терморегулирующего клапана в холодильной системе является частой проблемой, включающей «грязевую» и «ледяную» блокировки.

Основная причина грязевой блокировки — наличие в системе примесей, таких как сварочный шлак, медные и железные стружки, волокна и т.д.
Причина ледяной блокировки — избыток влаги в системе, которая может появиться из-за:
- недостаточного времени вакуумирования системы при установке, что не позволяет удалить всю влагу из трубопровода
- недостаточно качественной сварки в местах соединения трубопроводов, что приводит к утечкам
- попадания воздуха в систему через шланг при заправке хладагентом
- проникновения воздуха при повторной смазке системы

Места блокировки

Грязевая блокировка обычно происходит в сухом фильтре, где оседают загрязнения, вызывая засорение. При этом сначала повышается температура возвратного воздуха и увеличивается перегрев. В случае серьезной грязевой блокировки система полностью прекращает работу, и её нельзя запустить повторно без удаления примесей.

Ледяная блокировка часто возникает на дроссельном отверстии расширительного клапана, так как это место имеет наименьшую температуру и диаметр отверстия во всей системе. Из-за этого система перестает охлаждаться, а общая температура повышается. Когда лед тает, система восстанавливает охлаждение, но при повторном снижении температуры лед снова образуется, вызывая повторные блокировки.

Методы устранения блокировки

Как же устранить блокировку?

В случае незначительной грязевой блокировки достаточно заменить фильтр-осушитель. При серьёзной проблеме необходимо очистить трубопровод системы от примесей, произвести вакуумирование и заправить хладагентом заново.
При незначительной ледяной блокировке можно приложить горячее полотенце к месту засора. Если ледяная блокировка серьёзная и мешает нормальной работе системы, необходимо заменить фильтр-осушитель, удалить воду из трубопровода и провести вакуумирование. Затем заправить систему хладагентом.

Неисправность датчика температуры

Распространенные причины отказа датчика температуры

Если подача жидкости через расширительный клапан слишком велика или слишком мала, либо перегрев и переохлаждение неправильные, причиной может быть неисправность датчика температуры. Возможные проблемы включают:

Поломка капиллярной трубки термочувствительного пакета, из-за чего наполнитель вытекает, что не позволяет передавать корректные сигналы на привод терморегулирующего клапана
Неправильное положение установки датчика температуры

Способ устранения неисправности датчика температуры

Для правильной работы датчика температуры его следует устанавливать на горизонтальной части возвратной трубы на выходе из испарителя, как можно ближе к нему и вдали от всасывающего патрубка компрессора. Нельзя устанавливать датчик вертикально, так как это снижает чувствительность его реакции. Размещение датчика в верхней части всасывающей трубы может привести к тому, что в испарителе будет слишком много хладагента, а установка в нижней части вызовет неправильную подачу жидкости, поскольку небольшое количество хладагента будет стекать к датчику, вызывая быстрые изменения температуры.

При установке датчика температуры его следует обернуть медными листами, а поверхность трубы должна быть очищена от ржавчины. Датчик должен находиться ниже верхней камеры диафрагмы клапана, а его головка должна располагаться горизонтально или направлена вниз. Если датчик установлен выше верхней камеры диафрагмы, капиллярную трубку следует согнуть вверх в форме буквы U, чтобы предотвратить попадание жидкости в мембрану.

Регулировка ТРВ

Понимание ключевых понятий при регулировке расширительного клапана

Перед тем как приступить к регулировке расширительного клапана, важно разобраться с несколькими основными концепциями:

Степень перегрева ТРВ: При определённом открытии ТРВ степень перегрева, контролируемая клапаном, называется степенью рабочего перегрева. Это включает в себя статический перегрев (SS) и динамический перегрев (OS).
Степень статического перегрева (SS): Когда терморегулирующий клапан полностью открыт, усилие пружины минимально, и контролируемая степень перегрева называется степенью статического перегрева.
Степень динамического перегрева (OS): После открытия клапана расширительного клапана, его степень открытия увеличивается с ростом перегрева пара на выходе. Увеличение перегрева от момента открытия до полного открытия клапана называется степенью динамического перегрева.

Правильная методика регулировки расширительного клапана

Перед настройкой ТРВ необходимо убедиться, что проблема охлаждения вызвана именно его неправильной работой, а не другими причинами, такими как недостаток фреона, засорение фильтров, проблемы с вентилятором или ремнями. Также необходимо убедиться в правильности установки и калибровки датчика температуры. Датчик не должен устанавливаться непосредственно под трубопроводом, чтобы избежать влияния скоплений масла на точность измерений.

Важные моменты при регулировке ТРВ

Регулировку ТРВ следует проводить при нормальной работе холодильной системы. Так как термометр нельзя установить непосредственно на испарителе, для определения давления насыщения в испарителе можно использовать давление всасывания компрессора, а примерную температуру испарения можно получить из таблицы. Для проверки перегрева измерьте температуру трубы возврата газа термометром и сравните её с температурой испарения.

Если перегрев слишком мал, поверните регулировочный винт по часовой стрелке, чтобы увеличить усилие пружины, уменьшить открытие клапана и уменьшить расход хладагента. Если хладагента недостаточно, поверните винт против часовой стрелки, чтобы увеличить поток. Учитывайте задержку сигнала из-за тепловой инерции системы. Каждую следующую настройку проводите после стабилизации работы системы. Процесс регулировки требует терпения и аккуратности, не следует делать слишком быстрые или частые повороты регулировочного винта.

Пошаговая инструкция по регулировке терморегулирующего клапана

Выключение системы: Установите зонд цифрового термометра в изоляционный слой на входе обратного воздуха испарителя (на уровне термобаллона). Подсоедините манометр к тройнику клапана низкого давления компрессора.
Включение питания: Дайте компрессору поработать более 20 минут, чтобы система вошла в стабильный режим работы и показатели давления и температуры стабилизировались.
Снятие показаний: Измерьте температуру T1 с помощью цифрового термометра и температуру T2, соответствующую давлению, измеренному манометром. Разница между T1 и T2 будет перегревом. Оба показания должны быть сняты одновременно.
Анализ данных: Перегрев ТРВ должен находиться в пределах 3-8 градусов. Если это не так, выполните соответствующие регулировки.
Настройка: Снимите защитную крышку терморегулирующего клапана и поверните регулировочный винт на 2-4 оборота. Дайте системе стабилизироваться, затем перечитайте показания и пересчитайте перегрев. Повторяйте процесс до достижения необходимых значений. Регулировка должна проводиться тщательно и аккуратно.