Характеристики, принцип работы и монтаж терморегулирующего вентиля

В системах отопления и кондиционирования, работающих в переменных условиях окружающей среды, совершенно необходима регулировка мощности действующей установки. Это позволяет поддерживать требуемую температуру и экономить расход энергии при ее работе. В автоматическом режиме с этой задачей справляется терморегулирующий вентиль. Он контролирует поток рабочей среды, реагируя на внешние изменения температуры.

Внешний вид терморегулирующего устройства в системе охлаждения

Конструкция и принцип работы

В холодильных установках и кондиционерах используется замкнутый контур, по которому циркулирует хладагент, меняя свое агрегатное состояние в испарителе. В системах отопления нагрев осуществляется при перекачке горячей жидкости к термоэлементам. Несмотря на разработку различных альтернативных способов охлаждения и нагрева, подобная схема работы является основной.

При небольшой мощности устройства не требуется постоянная подстройка под внешние изменения. В маломощных системах охлаждения роль регулятора выполняет дроссель из капиллярной трубки. Его работа не зависит от производительности испарителей и не способен менять уровень хладагента в контуре.

В отопительных контурах устанавливаются ручные регуляторы. В них изменение потока горячей жидкости осуществляется поворотом рукоятки, опускающей или поднимающей ограничительный шток.

Устройство ручного вентиля отопления

В системах, где требуется постоянная подстройка под изменяющиеся внешние условия, регулировка мощности охлаждения или нагрева осуществляется изменением величины потока рабочей среды.

Основным регулятором силы потока является ТРВ, что означает терморегулирующий вентиль. Это устройство прямого действия. Для его работы не требуется поступление внешней энергии. Вентиль реагирует на перегрев паров, выходящих из испарителя. А он, в свою очередь, зависит от нагрузки на охладительную систему.

Дополнительным преимуществом применения терморегулирующих вентилей является некритичность системы к точному количеству заполняющего хладагента.

Внутреннее устройство регулятора показано на рисунке.

Классический терморегулирующий вентиль для систем охлаждения

Основными элементами ТРВ являются:

• мембрана или диафрагма, управляющая движением запорного штока;
• капиллярная трубка с термобаллоном, передающая устройству изменения температуры паров на выходе из испарителя,
• регулирующая пружина для настройки уровня установки,
• входной и выходной штуцера.

Совокупность диафрагмы, термобаллона и капиллярной трубки называют термоэлементом. Именно он воспринимает окружающую температуру и осуществляет регулирование подачи хладагента.

Принцип работы вентиля заключается в движении мембраны под действием трех сил:

• давление среды из термобаллона,
• уравнивающее давление испарителя,
• воздействие пружинного механизма.

После достижения равновесия между этими тремя силовыми составляющими диафрагма устанавливает требуемую величину потока хладагента.

Давление термобаллона = уравнивающее давление + давление пружины на мембрану.

При изменении температуры и возрастании тепловой нагрузки в испарителе увеличивается нагрев термобаллона и давление заполняющей его жидкости. Через капиллярную трубку оно передается диафрагме, в результате чего происходит открывание вентиля и увеличение подачи хладагента в испаритель.

По схожему принципу устроен и термостатический клапан радиатора отопления.

Терморегулятор для отопительных систем

В нем роль термобаллона выполняет чувствительный элемент (поплавок), расположенной в полости, заполненной жидкостью или газом. При изменении температуры происходит уменьшение или увеличение объема среды. В результате поплавок меняет свое положение, сдвигая шток, который изменяет проходное сечение клапана.

Наиболее чувствительными считаются термоэлементы, заполненные газом. Они реагируют на температурные изменения быстрее, чем жидкостные. Но и стоят они дороже.

Характеристики и виды терморегулирующих вентилей

При выборе устройства необходимо обращать внимание на следующие параметры:

• Максимальная температура, при которой способен работать вентиль. Она может достигать 200 °С.
• Давление рабочей среды. Обычно находится в диапазоне 16 – 40 бар.
• Материал изготовления. Корпус делается из бронзы или латуни. Но лучшими антикоррозионными свойствами обладают вентили из нержавеющей стали.
• Производительность ТРВ. Это максимальный поток, пропускаемый полностью открытым вентилем. Она должна соответствовать мощности холодильной установки.
• Диаметр входного и выходного штуцеров должен соответствовать трубопроводам всей регулируемой системы.

Терморегулирующие вентили для охлаждения и кондиционирования различаются по виду подачи уравнивающего давления из испарителя.

Внутреннее уравнивание

Передача давления под нижний край диафрагмы происходит через проточенные зазоры вокруг штока. Этот тип вентилей используется только для однозаходных испарителей, имеющих малое гидравлическое сопротивление.

Давление хладагента на мембрану осуществляется перед его подачей в испаритель.

Внешнее уравнивание

В более совершенной системе регулирования уравнивающее давление поступает в вентиль непосредственно с выхода испарителя. Для подвода этого давления в корпусе предусмотрена дополнительная входная трубка, обеспечивающая поступление хладагента от испарителя под мембрану термоэлемента. При этом поддиафрагменная полость изолируется отдельным уплотнением от выходного давления клапана.

Схема подвода давления к термоэлементу при внешнем уравнивании

Такие регуляторы применимы для работы при любых способах охлаждения и на разных типах хладагента. Но их нельзя использовать по схеме с внутренним уравниванием. Трубка под уравнивание обязательно должна соединяться с выходом испарителя. Заглушать ее нельзя.

Способы присоединения вентилей к трубам системы:

• с помощью резьбового соединения;
• через фланец;
• неразъемное сварное соединение.

Терморегулирующие вентили систем отопления различаются по форме в зависимости от их расположения на трубе. Прямые или осевые врезаются в ровный участок трубопровода. Угловые варианты устанавливаются в местах изгиба трубы и меняют направления движения жидкости.

Угловой термостатический вентиль с воздухоотводчиком

Особенности монтажа

Установку терморегулирующих вентилей для отопления и кондиционирования следует рассматривать отдельно, поскольку требования и рекомендации в этих случаях отличаются.

Установка в систему кондиционирования

Общий вид включения терморегулирующего устройства в схему трубопровода для холодильных установок показан на рисунке.

Типовая схема установки ТРВ в систему охлаждения

При монтаже необходимо соблюдать следующие правила:

• Вентиль устанавливается на магистраль в непосредственной близости от испарителя. Часть корпуса с диафрагмой должна располагаться вертикально.
• Место установки термобаллона – максимально близко к выходу испарителя. Но устанавливать его следует только на горизонтальном участке трубопровода. Расположение баллона на вертикальной трубе приведет к сбоям в работе терморегулятора, особенно в момент запуска кондиционера.
• Термобаллон должен плотно прилегать к выходному трубопроводу испарителя. Расположение – только сверху трубы, устанавливать термобаллон под трубой или сбоку недопустимо.
• Закрепление на трубе должно проводиться специальным хомутом, входящим в комплект терморегулируемого вентиля. Другие способы не обеспечивают надежного контакта, что в итоге приводит к искажению давления, передаваемого на термоэлемент вентиля.
• Для устройств с внешним уравниванием давления обязательно подключение уравнивающего патрубка к выходу испарителя. Отвод должен осуществляться с верхней части выходной трубы на расстоянии не менее 100 мм от термобаллона и на таком же расстоянии от петли маслоподъема.

Если нет возможности установить термобаллон на горизонтальном участке трубопровода, то допускается его крепление на вертикальной трубе. Но направление хладагента должно быть сверху вниз, а баллон закреплен капиллярной трубкой вверх.

Установка терморегулирующего вентиля в отопительных магистралях

Основным элементом централизованной системы является тепловой радиатор или конвектор. Наиболее удобно регулировать величину потока горячей жидкости в каждом устройстве отдельно.

Схема подключения терморегулирующих вентилей в системе отопления

Для надежной регулировки теплопотока на каждый радиатор устанавливаются два устройства – на входе и выходе. В однотрубных системах, где движение рабочей среды по элементам последовательное, необходима установка байпасов. Это обводные трубки, обеспечивающие функционирование магистрали в случае перекрытия или засорения одного из радиаторов.

Возможные ошибки монтажа и неисправности

Основные проблемы в работе ТРВ возникают из-за неправильного места установки самого вентиля или термобаллона. На точность регулировки могут влиять и малозначительные факторы при закреплении элементов устройства.

Возможные ошибки при монтаже ТРВ для холодильной установки

Одной из распространенных проблем является неточная передача термобаллоном требуемого давления на термоэлемент. Причиной этого может быть его плохой контакт с выходным трубопроводом испарителя. Место установки должно быть тщательно зачищено и покрыто теплопроводной пастой. Нельзя располагать термобаллон на сварных швах, соединяющих трубы.

Сам датчик должен быть изолирован, чтобы окружающий воздух не влиял на его температуру.

Полный выход терморегулирующего вентиля зачастую происходит из-за применения моделей с внутренними элементами из пластика.

Характеристики, принцип работы и монтаж терморегулирующего вентиля

В системах отопления и кондиционирования, работающих в переменных условиях окружающей среды, совершенно необходима регулировка мощности действующей установки. Это позволяет поддерживать требуемую температуру и экономить расход энергии при ее работе. В автоматическом режиме с этой задачей справляется терморегулирующий вентиль. Он контролирует поток рабочей среды, реагируя на внешние изменения температуры.

Внешний вид терморегулирующего устройства в системе охлаждения

Шаровый

Шаровые вентили danfoss врезаются в системы способом пайки или с помощью резьбового соединения.

Важно! Чаще всего вентиль шарового типа устанавливаются во время регулировки или ремонта трубопровода, перекрытие которого осуществляется в ручном режиме.

Купить трв danfoss шарового типа можно в интернет-магазине, где специалисты не только помогут советом, но и осуществят профессиональный подбор трв danfoss для конкретных условий применения. Цена трв danfoss зависит от модели агрегата, поставщика, валютного курса и других факторов.

Терморегулирующие вентили [ТРВ]

Терморегулирующий вентиль (ТРВ), регулирует подачу хладагента в испаритель таким образом, чтобы поддерживать заданное давление испарения и перегрев в испарителе при изменении условий работы климатической системы (Рис.2).

В зависимости от показателя давления используются две основные модификации.

Перегрев газа на выходе

Терморегулирующий вентиль обеспечивает определенный перегрев газа на выходе из испарителя, необходимый для полного испарения возможно имеющихся капель жидкости. На рисунке 5 показана часть испарителя при нормальных условиях работы. Смесь жидкость-пар, поступающая в испаритель в точке А, должна полностью испариться до точки Е.

Производительность

Производительность терморегулирующего вентиля характеризуется следующими параметрами:

массовая производительность — масса жидкого холодильного агента, способного проходить через клапан в единицу времени;

Внутреннее выравнивание давления. На мембрану клапана (Рис.3) с одной стороны действует давление, передаваемое с датчика р1, а с противоположной — сумма давлений испарителя р0 и пружины р3. Если нагрузка понижается, датчик клапана уменьшает размер проходного сечения вентиля, а следовательно, и подачу хладагента в испаритель. Если тепловая нагрузка в испарителе возрастает, то размер проходного сечения соответственно увеличивается. Клапаны с внутренним выравниванием давления применяются в основном в установках малой мощности;
	Рис. 3
Внешнее выравнивание давления. В климатических системах средней и большой мощности применяют ТРВ с внешним уравниванием (Рис. 4), в котором давление замеряется не за клапаном, а на выходе из испарителя с помощью дополнительной линии (капиллярной трубки). Благодаря такому подключению, ТРВ обеспечивает стабильное поддержание давления испарения и перегрева при переменном гидравлическом сопротивлении в испарителе.

Рис. 6

холодильный эффект — количество тепла, которое может аккумулировать хладагент из испарителя.

На производительность ТРВ оказывают влияние следующие факторы: Падение давления на клапане. Увеличение падения давления при прохождении через клапан повышает его производительность до определенного предела, после которого при любом повышении перепада давлений начинается снижение производительности (Рис.6). Предельное значение перепада давлений, после превышения, которого производительность клапана начинает снижаться, зависит от типа хладагента. Состояние холодильного агента. Наличие пара на входе в клапан приводит к уменьшению его производительности.

Переохлаждение. При переохлаждении уменьшается объем жидкости, испаряющейся при прохождении через клапан, приводя к увеличению его проходимости и увеличение холодильного эффекта.

Перегрев. На рисунке 7 показана кривая, соответствующая изменению производительности клапана при изменении параметра перегрева. Реальный перегрев установки. Является суммой статического перегрева и перегрева открытия клапана

Статический перегрев — величине перегрева, необходимого для компенсации давления пружины таким образом, что при дальнейшем повышении температуры клапан открывается.

Перегрев открытия клапана — это значение показателя перегрева, при котором происходит смещение иглы клапана со своего ложа с открытием прохода для жидкости.

Значение перегрева установки зависит от разницы значений температуры испарения и температуры охлаждаемой среды. Если терморегулирующий вентиль подобран правильно, при функционировании с номинальной мощностью он не должен полностью открываться; тем самым ТРВ будет иметь некоторый запас производительности, который будет задействован только при высоких значениях перегрева.

Калибровка ТРВ. При вращении регулировочного стержня по часовой стрелке давление пружины возрастает, что соответствует повышению показателя статического перегрева и понижению производительности клапана.

Температура испарения. Кривые «давление-температура» всех холодильных агентов при заданном увеличении температуры имеют более заметные колебания давления на участке высоких температур. Вследствие этого при низкой температуре испарения небольшое изменение температуре на датчике клапана приводит к незначительным колебаниям давления на верхней стороне диафрагмы: это приводит к меньшему открытию клапана и меньшим изменениям его проходимости.

Термостатический заряд. Показатели «давление-температура» различных термостатических зарядов имеют свои отличительные особенности: при одинаковом показателе перегрева не происходит одинакового открытия клапана при изменении типа заряда.

Функционирование при изменении нагрузки

Рис. 8 Рис. 9

ТРВ следует подбирать таким образом, чтобы при максимальных нагрузках он оставался как можно более открытым. Ниже приводится перечень мер предосторожности, при соблюдении которых обеспечивается нормальное функционирование клапана даже при снижении нагрузки до 65%.

Производительность распределителя. При использовании распределителя рекомендуется подбирать его таким образом, чтобы производительность точно соответствовала производительности установки при полной нагрузке.

Калибровка перегрева. Калибровка величины перегрева должна обеспечивать максимально большое допустимое при максимальной нагрузке значение перегрева. В установке, где частичное снижение показателя нагрузки превышает 65% ее мощности, должны применяться другие меры, перечисленные ниже:

• Два или более испарителей с одинаковыми параметрами. На каждый испаритель приходится половина общей нагрузки (Рис.8) Соленоидные клапаны соединены с устройством для понижения производительности компрессора таким образом, что один из них закрывается, при сокращении нагрузки на компрессор на 50%, отсекая один из терморегулирующих вентилей.
• Единичный испаритель. Каждый контур испарителя имеет подвод двух трубок распределения, каждая из которых, в свою очередь, проходит через свой распределитель (Рис.9) . Соленоидные клапаны управляются устройством регулировки частичной загрузки компрессора.

Техническое обслуживание и монтаж

• Терморегулирующий вентиль должен устанавливаться как можно ближе к входу в испаритель.
• Распределитель, рекомендуется монтировать непосредственно на выходе ТРВ. Рекомендуется устанавливать чувствительный элемент на горизонтальном участке трубы всасывания.
• Следует размешать термобаллон в точке окружности трубы, соответствующей значениям 16 и 20 ч на часовом циферблате (Рис.10).

• Если компрессор расположен под испарителем, необходимо выше испарителя установить накопитель для предотвращения возврата жидкости, возвращающейся под действием гравитации в компрессор.
• На установках с несколькими испарителями трубы всасывания должны располагаться таким образом, чтобы не допускать воздействия одного ТРВ на датчик другого. Пример правильного расположения труб показан на рисунке 11.

• Штуцер соединения устройства для выравнивания давления (эквалайзера) должен располагаться на трубе всасывания через несколько сантиметров после термобаллона.
• Каждый терморегулирующий вентиль перед поставкой калибруется на заводе-изготовителе и в большинстве случаев не требует переналадки. Если надо понизить величину перегрева, следует вращать стержень регулировки клапана против часовой стрелки, для увеличения — по часовой стрелке. При изменении калибровки клапана для предотвращения ошибок калибровки не рекомендуется делать более одного оборота стержня регулировки за один раз. Новую коррекцию можно производить не ранее, чем через тридцать минут.
• Определение величины перегрева. Определить величину перегрева возможно, выполнив перечисленные ниже операции.

1. Измерить температуру всасывания в месте установки термобаллона.
2. Измерить манометром давление у всасывающего вентиля компрессора.
3. По значению давления, полученному выше, определяют температуру насыщения, используя таблицу соотношения между температурой и давлением хладагента
4. Вычесть значение температуры в пункте 3 из значения температуры в пункте 1. Полученная разница является температурой перегрева

Основная литература:

Антонио Бриганти. Руководство по техническому обслуживанию холодильных установок и установок для кондиционирования воздуха М.,Евроклимат, 2004 стр.187-197

Дополнительная литература

1. КОНДИЦИОНЕРЫ. Принцип работы, монтаж и установка, эксплуатация и ремонт кондиционеров воздуха: General Electric, Samsung, Rolsen, Daikin, Sanyo, LG. /Коляда В./ Серия «РЕМОНТ», выпуск № 65. Солон-Р, 2002 стр 32-33
2. ТРВ в материалах выставки «Мир климата 2010» https://www.climatexpo.ru/main/topics/article/coolavto/

Контрольные вопросы:

1. Для чего предназначен регулятор потока?
2. В чем заключается преимущество ТРВ по сравнению с автоматическим клапаном расширения?
3. Как устроен и работает терморегулирующий вентиль с внутренним выравниванием давления?
4. Как устроен и работает терморегулирующий вентиль с внешним выравниванием давления?
5. Какие факторы влияют на производительность ТРВ?
6. Что такое перегрев открытия клапана?
7. Каким образом можно определить величину перегрева?
8. Каким образом обеспечивается нормальное функционирование клапана даже при снижении нагрузки до 65%?

Структура и принцип работы системы охлаждения

Чтобы понять функции терморегулирующего вентиля, необходимо иметь хотя бы общие представления о работе холодильной системы. Холодильная система может определяться как замкнутый контур, процесс поглощения и передачи тепла в котором производится хладагентом в парокомпрессионном цикле. В таком простейшем виде холодильная система включает пять составляющих:

• конденсатор;
• компрессор;
• испаритель;
• расширительное устройство;
• соединительный трубопровод.

Схема конструкции терморегулирующего вентиля

Сердцем холодильной системы является компрессор, так как он провоцирует циркуляцию хладагента. Его роль заключается во всасывании из испарителя паров низкой температуры (и давления) и сжатие их до высокой температуры (и давления). После этого пары высокой температуры переходят в конденсаторе в жидкую фазу. Конденсатор производит эту работу с помощью отвода в атмосферу тепла паров высокой температуры или, если конденсатор водяной, через отвод к воде тепла. Оставшаяся при высокой температуре жидкость поступает в расширительные устройства и превращается в двухфазную смесь (пар и жидкость) низкой температуры. В испарителе эта смесь переходит к первоначальному состоянию путем отвода тепла от среды, которая охлаждается.

Очень важным является правильный выбор ТРВ, так как он является регулятором степени заполнения испарителя. Неправильно подобранные или используемые расширительные устройства будут усложнять управление и являться причиной низкой производительности всей системы. К примеру, расширительное устройство, недостаточное по производительности, станет причиной расчетной выработки всей системы. Слишком большое расширительное устройство может пропускать слишком много жидкости в испаритель, что повлечет за собой попадание на всасывание компрессора капель жидкости. Если в скором времени не исправить ошибку, то очень вероятна поломка компрессора. Отсюда вывод, что расширительные устройства необходимо правильно подбирать и монтировать.