Статическая характеристика ТРВ

Статическая характеристика ТРВ (рис. 24.1) показывает зависимость его производительности от перегрева. Минимальный перегрев, вызывающий начало перемещения клапана, называется перегревом начала открытия, или закрытым перегревом Dtзmin. Он регулируется в пределах примерно 2-10⁰С сжатием пружины. Чтобы обеспечить необходимую производительность ТРВ, надо создать дополнительное усилие, которое сожмет пружину, переместит клапан и откроет отверстие. Перегрев, вызывающий это дополнительное усилие, называется рабочим Dtраб и составляет 3-5⁰С.

Рис. 24.1. Статическая характеристика ТРВ.

Общий перегрев Dtобщ слагается из перегрева начала открытия клапана и рабочего перегрева, необходимого для перемещения его в положение, соответствующее номинальной производительности вентиля. Общий перегрев и представляет собой разность между температурой термобаллона и температурой кипения, соответствующей подведенному под мембрану ТРВ давлению.

Разность между величинами перегрева в начале открытия при полностью сжатой пружине и полностью ослабленной пружине называется диапазоном настройки.

Линии на рис. 24.1 соответствуют различным уставкам или различному сжатию пружины (крайняя правая – максимальному).

Механический ТРВ является статическим (пропорциональным) регулятором прямого действия. Основной недостаток – величину перегрева определяет как разность давления насыщенного пара (а не как разность температур). Т.е. при постоянной уставке (величине закрытого перегрева) ТРВ удерживает разный перегрев пара при разных температурах кипения (при более высокой t0 перегрев меньше при одной уставке). Для удержания того же перегрева необходимо уменьшить уставку, а это приводит к снижению чувствительности ТРВ (т.к. уменьшается р0).

Что должна обеспечить система управления перегревом?

С одной стороны, ТРВ должен защищать компрессор от попадания жидкого хладагента, т.е. на выходе из испарителя должен наблюдаться стабильный перегрев. С другой стороны, в целях уменьшения энергопотребления перегрев должен быть минимальным (величина перегрева определяет заполнение испарителя жидким хладагентом: чем выше перегрев, тем меньше хладагента будет кипеть в испарителе, соответственно ниже будет давление кипения, а значит, выше энергопотребление компрессора).

Таким образом, можно говорить о необходимости поддержания минимального стабильного перегрева, который, с одной стороны, защитит компрессор, а с другой – не допустит перерасхода электроэнергии. Очевидно, что величина минимального стабильного перегрева будет зависеть от нагрузки на испаритель. При ее увеличении интенсивность кипения хладагента в испарителе повышается, соответственно величина перегрева тоже должна увеличиваться, чтобы гарантированно защитить компрессор. При уменьшении нагрузки величину перегрева можно уменьшить для снижения энергопотребления. На рис. 24.2 схематично изображена кривая минимального стабильного перегрева.

Рис. 24.2. Зависимость минимального стабильного перегрева от нагрузки на испаритель.

Рассмотрим три варианта решения.

1) Механический терморегулирующий вентиль.
2) Электронный терморегулирующий вентиль, управляемый по алгоритму с фиксированной уставкой перегрева.
3) Электронный терморегулирующий вентиль, управляемый по алгоритму адаптивного изменения уставки перегрева.

1) Как известно, уставка перегрева данного вентиля зависит от степени его открытия. Поэтому его характеристика выглядит как наклонная линия (рис. 24.3). Очевидно, что при помощи механического ТРВ достичь оптимального значения перегрева (приблизиться к кривой минимального стабильного перегрева) можно только на узком участке значений нагрузки на испаритель (40–60 % от номинала). В остальном диапазоне нагрузок будет наблюдаться перерасход электроэнергии из‑за завышенногоперегрева по сравнению с оптимальным. Следует также помнить, что наклон характеристики механическогоТРВ зависит от перепада давлений на клапане и переохлаждения хладагента, а, следовательно, постоянно меняется. В результате добиться на практике приближения характеристики механического ТРВ к кривой минимального стабильного перегрева достаточно сложно.

Рис. 24.3. Зависимость уставки перегрева, поддерживаемого механическим ТРВ, от нагрузки на испаритель (степени открытия ТРВ).

2) Как видно из рис. 24.4, характеристика электронного ТРВ, работающего по данному алгоритму, приближается к минимальному стабильному перегреву лишь для нагрузок на испаритель, близких к 100%. В остальном диапазоне нагрузок работа системы электронный ТРВ –контроллер не будет оптимальной. Следовательно, такое решение нельзя считать энергоэффективным.

Рис. 24.4. Зависимость уставки перегрева, поддерживаемой электронным ТРВ по алгоритму с фиксированной уставкой перегрева, от нагрузки на испаритель.

3) Как видно из рис. 24.5, данный алгоритм позволяет уставке перегрева приближаться к кривой минимального стабильного перегрева во всем диапазоне нагрузок на испаритель, обеспечивая как оптимальное энергопотребление, так и защиту компрессора. Контроллер самостоятельно принимает решение о снижении или повышении уставки перегрева, учитывая введенные ограничения и колебания фактического перегрева. Следовательно, такое решение позволяет добиться максимальной экономии электроэнергии по сравнению с двумя предыдущими.

Рис. 24.5. Зависимость уставки перегрева, поддерживаемого электронным ТРВ по алгоритму адаптивного контроля перегрева, от нагрузки на испаритель.