Как работает ТРВ на самом деле

28 декабря 2022

Академия КриоФрост

Время от времени я готовлю рецензии на научные статьи, публикуемые в разных журналах, например, «Холодильная техника».

Недавно мне попалась на рецензию статья о новом устройстве для защиты компрессора от гидравлического удара. Описывать принцип действия устройства я не буду, поскольку он не был приведен в статье, но, что больше всего меня поразило в данной статье, было описание работы терморегулирующего вентиля (ТРВ). Автор (кандидат технических наук!) говорил, что ТРВ работает в зависимости от температуры в охлаждаемом помещении! Вопиющая ошибка!

Давайте разберемся как же работает ТРВ на самом деле.

ТРВ является одним из наиболее распространенным прибором для автоматизации холодильных установок.

Принцип действия терморегулирующего вентиля представлен на рис. 1. На вход подается жидкий хладагент высокого давления, в общем случае это давление равно давлению конденсации. Далее жидкий хладагент дросселируется в ТРВ до давления кипения и подается в испаритель холодильной машины, где выкипает. На выходе из испарителя, находится хладагент в виде перегретого пара. На мембрану ТРВ действуют силы закрытия ТРВ (сила вызванная давлением кипения р₂и сила, вызванная упругостью регулировочной пружины р₃) и сила открытия, вызванная давлением внутри термобаллона р₁. Сила открытия определяется температурой в месте крепления термобаллона. Иными словами, чем выше перегрев (разность между температурой насыщенного пара при давлении кипения и температурой на выходе из испарителя), тем больше сила открытия действует на мембрану и тем больше хладагента поступает в испаритель. Таким образом, терморегулирующий вентиль является вентилем, регулирующим заполнение испарителя жидким хладагентом, работающим в соответствии с заданным перегревом.

Рис. 1. Принцип работы терморегулирующего вентиля.

Конструкция терморегулирующего вентиля должна обеспечить поддержание оптимального значения перегрева и быструю реакцию на изменение параметров системы.

Основные характеристики ТРВ, обеспечивающие требуемые функции, следующие:

Диаметр диафрагмы
Значение статического перегрева
Значение перегрева открытия

Рассмотрим эти характеристики подробнее.

Диаметр диафрагмы. Чем больше площадь диафрагмы, тем меньшее усилие требуется для изменения положения. То есть ТРВ будет быстрее реагировать на изменение перегрева. Особенно это актуально для систем с регулированием производительности.

Статический перегрев – перегрев, который необходим для компенсации усилия пружины, устанавливается на заводе-изготовителе. ТРВ начинает открываться, как только будет достигнута уставка заданного статического перегрева. Данная величина не должна быть слишком низкой, поскольку при остановке компрессора в системах без откачки при достижении требуемой температуры охлаждаемой среды, значение перегрева мало и жидкий хладагент, который остается в испарителе может попасть в компрессор, что приводит к нежелательным последствиям, например, как показано на рис. 2.

Рис. 2. Последствия наличия жидкого хладагента при пуске.

Перегрев открытия – перегрев, при котором ТРВ открывается. Он зависит от параметров работы системы.

Сумма перегрева открытия и статического перегрева составляет рабочий перегрев, который можно измерить. Данная величина не должна быть большой, поскольку при этом нарушается заполнение испарителя жидким хладагентом, и могут появиться неисправности, аналогичные показанной на рис. 3, и не должна быть слишком малой, иначе можно получить результаты как, например, на рис. 4. Поэтому оптимальная величина, обеспечивающая устойчивую работу ТРВ, лежит в пределах 5…8 К.

Рис. 3. Последствия высокого перегрева на всасывании компрессора.

Рис. 4. Последствия малого перегрева на всасывании.

Сочетание данных параметров обеспечивает лучшее регулирование перегрева. Однако для нормального функционирования как терморегулирующего вентиля, так и всей установки необходимо не только правильно подобрать тип и конструкцию, но и произвести правильный монтаж ТРВ (рис. 5). Поскольку, как показывает анализ типичных неисправностей, возникающих в процессе работы, большая их часть возникает по причине неправильного монтажа, как самого вентиля, так и холодильной системы в целом, например, наличие грязи и влаги в системе, слишком большие потери давления в трубопроводах.

Рис. 5. Монтаж ТРВ

Можно выделить 3 группы нештатных ситуаций, связанных с работой ТРВ:

Группа 1. Чрезмерная подача хладагента в испаритель. Данная неисправность появляется, когда количество подаваемого в испаритель жидкого хладагента больше, чем может выкипеть, в результате жидкий хладагент попадает в компрессор, что является губительным для него (рис. 4). Симптомами данной неисправности является обмерзание корпуса компрессора, низкий перегрев в испарителе, и нормальное или выше нормального значения давление всасывания. Причины, влекущие за собой данную неисправность, следующие:

Компрессор не обеспечивает заявленную производительность или подобран меньшего типоразмера, чем требуется. В данном случае давление всасывания будет выше, чем при нормальной работе, а перегрев ниже.

Уставка перегрева слишком низкая.
Грязь или абразивные частицы. Данные частицы, попадая в терморегулирующий вентиль, препятствуют его закрытию.
Внутренняя утечка. Данную причину может спровоцировать наличие как влаги в системе, так и грязи или абразивных частиц.
Установлен терморегулирующий вентиль большей производительности, чем необходимо.
Неверный монтаж термобаллона (рис. 5).

Группа 2. Недостаточная подача хладагента в испаритель. Данная неисправность появляется, когда жидкий хладагент испаряется на большом расстоянии от выхода из испарителя. Ее можно идентифицировать по более высокой, чем требуется, температуре охлаждаемой среды, высокому перегреву на выходе из испарителя и низкому давлению всасывания, а причины этого следующие:

Влага в системе
Грязь или абразивные частицы
Недостаточный перепад давления на вентиле. С уменьшением данной величины производительность вентиля также падает. Особенно остро эта проблема стоит в холодное время года, когда давление конденсации ниже
Недостаточная заправка системы. Ее можно определить по низкому значению давления кипения, высокому перегреву и малому переохлаждению.
Преждевременное дросселирование. Большое падение давления на линии жидкости до ТРВ могут привести к преждевременному дросселированию, что ведет уменьшению производительности ТРВ. Определить можно по обмерзанию линии жидкости, наличию пузырьков в смотровом стекле, наличию переохлаждения на выходе из конденсатора и отсутствию его на входе ТРВ.
Забита линия внешнего выравнивания. В данном случае давление под диафрагмой может быть выше, чем требуется, и в результате ТРВ закроется.
Высокая уставка перегрева
Подобран ТРВ меньшей производительности.
Утечка из термобаллона ТРВ. В результате механического повреждения может произойти утечка заправленного в ТРВ вещества, что приведет к недостаточному открытию вентиля.
Миграция заправки из термобаллона в силовой элемент. Данная неисправность проявляется только в ТРВ с заправкой МОР. Если температура силового элемента ниже температуры термобаллона, то заправленное вещество конденсируется в силовом элементе, тем самым нарушая нормальную работу ТРВ. В данном случае выходом из ситуации является применение подогрева мембраны.
Засоренный фильтр ТРВ.

Группа 3. Неустойчивая работа терморегулирующего вентиля. Неустойчивая работа означает функционирование ТРВ в непрерывно повторяющемся режиме открытия-закрытия, влекущее за собой большие отклонения перегрева от нормальных рабочих величин. Причиной этого может являться запаздывание отклика ТРВ на изменение нагрузки, которое вызвано следующими неисправностями:

Слишком большая производительность ТРВ для данного применения
Неверный монтаж термобаллона. Термобаллон должен быть расположен в соответствии с рис. 5 и изолирован для предотвращения влияния потока воздуха.
Неверный подбор и монтаж распределителя жидкого хладагента. В холодильных системах нагрузка на различные контуры испарителя может сильно отличается, что ведет к неравномерности заполнения контуров жидким хладагентом
Настройка перегрева. Обычно ТРВ поставляется с заводской уставкой, однако в ряде случаев требуется дополнительная настройка, при этом увеличение перегрева ведет к уменьшению неустойчивой работы ТРВ.
Влага в системе. Влага замерзает в ТРВ и закупоривает его, что также ведет к неустойчивой работе.

Как видим, ТРВ является прибором, обеспечивающим заполнение испарителя холодильной машины по заданному значению перегрева хладагента на выходе из испарителя.

И никак не по значению температуры в охлаждаемом помещении!

Автор: Талызин Максим Сергеевич,
кандидат технических наук,
академик Международной Академии Холода,
эксперт в области систем холодоснабжения
talyzin_maxim@mail.ru