الغرض من صمام التمدد هو التحكم في تدفق مادة التبريد من جانب التكثيف عالي الضغط للنظام إلى المبخر منخفض الضغط. في معظم الحالات ، يتحقق خفض الضغط من خلال فتحة تدفق متغيرة ، إما بالتعديل أو بوضعين. يمكن تصنيف صمامات التمدد وفقًا لطريقة التحكم.
صمامات التمدد الحراري
يجب تصميم دوائر التمدد المباشر وتركيبها بحيث لا يكون هناك خطر من عودة المبردات السائلة إلى الضاغط. لضمان هذه الحالة ، يتم استخدام سطح التبادل الحراري في المبخر لتسخين الغاز المشبع الجاف بحيث يصبح شديد السخونة. عادة ما تكون كمية الحرارة الزائدة من أجل 5 ك.
تجسد صمامات التمدد الثرموستاتي (TEVs) لمثل هذه الدوائر آلية تكتشف ارتفاع درجة حرارة الغاز الخارج من المبخر (الشكل 1). يغلي المبرد في المبخر عند Te و pe ، حتى يصبح كل بخار ، النقطة A ثم يسخن إلى الحالة Ts ، pe ، حيث يمر إلى خط الشفط ، النقطة B. حاوية منفصلة لنفس مادة التبريد عند درجة الحرارة Ts سيكون للضغط ps ، والفرق ps-pe الذي يمثله C-B في الشكل 1 هو إشارة مرتبطة مباشرة بكمية السخونة الزائدة.
يحتوي صمام التمدد الترموستاتي الأساسي (الشكل 2) على كاشف وعنصر طاقة مشحونين بنفس مادة التبريد الموجودة في الدائرة. يتساوى الضغط PS الناتج في القارورة عن طريق الغاز شديد السخونة من خلال الأنبوب الشعري إلى أعلى الحجاب الحاجز. يوفر الزنبرك القابل للضبط توازن ps-pe في الحجاب الحاجز ، ويتم توصيل ساق الصمام في المركز. في حالة انخفاض الحرارة الزائدة لأي سبب من الأسباب ، سيكون هناك خطر وصول السائل إلى الضاغط. سينخفض Ts مع انخفاض مماثل في ps. أصبحت القوى الموجودة على الحجاب الحاجز غير متوازنة الآن وسيبدأ الزنبرك في إغلاق الصمام.
ص1 / ف 2 =ت1 / T2
على العكس من ذلك ، إذا زاد الحمل على المبخر ، فسوف يتبخر المبرد في وقت مبكر وسيكون هناك المزيد من الحرارة الزائدة في موضع القارورة. ثم ستزيد ps وتفتح الصمام على نطاق أوسع لتلبية الطلب الجديد.
يجب أن تكون سعة القارورة أكبر من سعة باقي عنصر الطاقة أو قد تنتقل الشحنة الموجودة بداخلها إلى كبسولة وأنبوب الصمام ، إذا كانت أبرد. إذا حدث هذا ، فستحتوي القنينة عند Ts على بخار فقط ولن تستجيب للموضع Ts ، ps على منحنى T - p.
يمكن الاستفادة من هذا التأثير الأخير. يمكن تقييد شحن عنصر الطاقة بحيث يتبخر كل المبرد بداخله بدرجة حرارة محددة مسبقًا (عادةً 0 درجة مئوية). وفوق هذه النقطة ، سيتوقف الضغط داخله عن اتباع منحنى نقطة الغليان ولكنه سيتبع قوانين الغاز كما هو موضح في الشكل 3 ؛ وسيبقى الصمام مغلقًا. يتم ذلك للحد من ضغط المبخر عند بدء تشغيل نظام دافئ لأول مرة ، مما قد يؤدي إلى زيادة تحميل محرك الدفع. هذا يسمى الحد من الشحن أو ضغط التشغيل الأقصى. يجب تثبيت هذه الصمامات بحيث تكون القارورة هي أبرد جزء.
انحدار منحنى T - p ليس ثابتًا ، لذا فإن ضغط الزنبرك الثابت سيؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة عالية عند نطاق درجة حرارة تشغيل أعلى. للسماح بذلك وتوفير صمام يمكن استخدامه من خلال مجموعة واسعة من التطبيقات ، قد يتم شحن القارورة بمزيج من سائلين أو أكثر من السوائل المتطايرة لتعديل المنحنى المميز.
تستخدم بعض الشركات المصنعة مبدأ امتزاز الغاز بواسطة مادة مسامية مثل هلام السيليكا أو الفحم. نظرًا لأن المادة الماصة مادة صلبة ولا يمكنها الانتقال من القارورة ، فلا يمكن لهذه الصمامات أن تعاني من انعكاس الشحنة.
المعادل الخارجي
البسيط صمام التمدد الحراري يعتمد على أن يكون الضغط الموجود أسفل الحجاب الحاجز هو نفسه تقريبًا الموجود في مخرج الملف ، ويمكن استيعاب قطرات ضغط الملف الصغيرة عن طريق التعديلات على إعداد الزنبرك.
عندما يتم تقسيم ملف المبخر إلى عدد من الممرات المتوازية ، يتم استخدام جهاز توزيع مع فقد ضغط صغير لضمان التدفق المتساوي عبر كل ممر. انخفاض الضغط من 1 إلى 2 بار أمر شائع. سيكون هناك الآن فرق محدود أكبر بكثير بين الضغط تحت الحجاب الحاجز والضغط عند مدخل الملف. لتصحيح ذلك ، يتم تعديل جسم الصمام لاستيعاب الحجرة الوسطى ووصلة التعادل التي يتم نقلها إلى مخرج الملف ، بالقرب من موضع القارورة. تحتوي معظم صمامات التمدد الثرموستاتي على اتصال معادل خارجي (انظر الشكل 4).
يعتبر صمام التمدد الحراري إلى حد كبير عنصر تحكم نسبي غير مخمد ويصطاد باستمرار ، على الرغم من أن سعة هذا التأرجح يمكن أن تكون محدودة بالاختيار والتركيب الصحيحين ، وإذا كان الصمام يعمل دائمًا ضمن نطاق تصميمه لتدفق الكتلة. تنشأ الصعوبات عند تشغيل الضواغط بحمل منخفض وينخفض تدفق كتلة المبرد إلى ما دون نطاق تصميم الصمام. من المفيد الحفاظ على ضغط التكثيف ثابتًا ، على الرغم من أنه ليس من الضروري أن يكون ثابتًا ويمكن عادةً السماح له بالسقوط في الطقس البارد لتوفير طاقة الضاغط. يمكن رؤية الصمامات في الأنظمة الصغيرة وهي تغلق بالكامل وتفتح بالكامل في بعض الأحيان. الصيد المفرط لصمام التمدد الثرموستاتي يعني أن سطح المبخر يحتوي على مادة تبريد غير منتظمة مع خسارة طفيفة لفعالية نقل الحرارة. إذا كان سبب الصيد هو الفاصل الزمني بين تغيير موضع الصمام والتأثير على مخرج المبخر ، يمكن أن يكون الحل هو زيادة كتلة قنينة المستشعر مما يزيد من التخميد. يمكن أيضًا أن تؤدي الصمامات كبيرة الحجم وموضع القارورة غير الصحيح إلى الصيد. يجب أن تكون القارورة دائمًا موجودة على المخرج الأفقي ، بالقرب من المبخر قدر الإمكان وليس على الجانب السفلي من الأنبوب.
صمامات توسعة إلكترونية
يوفر صمام التمدد الإلكتروني درجة أدق من التحكم وحماية النظام. يمكن تلخيص الفوائد على النحو التالي:
- تحكم دقيق في التدفق على نطاق واسع من القدرات.
- استجابة سريعة لتحميل التغييرات.
- تحكم أفضل في درجات الحرارة المنخفضة بحيث يتطلب سطح مبخر أقل للحرارة الزائدة. يؤدي المزيد من الأسطح للتبخر إلى ارتفاع درجة حرارة التبخر وكفاءة أفضل.
- يوفر الاتصال الكهربائي بين المكونات مرونة أكبر في تخطيط النظام ، وهو أمر مهم للأنظمة المدمجة.
- يمكن أن يغلق الصمام عند إيقاف تشغيل النظام ، مما يلغي الحاجة إلى صمام الملف اللولبي الإضافي للإغلاق.
تشمل أنواع الصمامات الإلكترونية المستخدمة نوع التدفق المستمر الذي يتغير فيه حجم الفتحة بواسطة محرك متدرج ، ونوع معدل عرض النبضة (PWM). في كل حالة ، يتم استخدام وحدة تحكم مع الصمام. تم تكوين وحدة التحكم مسبقًا لنوع المبرد والصمام وتتلقى المعلومات من أجهزة الاستشعار ، على سبيل المثال ، الضغط ودرجة الحرارة عند مخرج المبخر. هذا يمكن من تحديد الحرارة الزائدة. تبدأ إشارة الخرج إلى الصمام في ضبط الفتحة. في حالة صمام PWM ، فإن العلاقة بين الفتح والإغلاق هي التي تحدد سعة الصمام. الصمام إما مفتوحًا أو مغلقًا وستتضمن كل فترة زمنية من بضع ثوانٍ فترة فتح اعتمادًا على الإشارة.
يوجد نوع ثالث من الصمامات يجمع بين كلتا الميزتين. يتم إرسال جهد تعديل إلى المشغل ، ومع زيادة الجهد ، يزداد الضغط في حاوية المشغل ، مما يؤدي إلى زيادة فتح الصمام خلال "دورة" ذات مدة ثابتة.
في كل حالة يمكن تكوين التحكم بحيث يظل الصمام مغلقًا في حالة فقد الطاقة. في ظل ظروف التحميل الجزئي أو ضغط التكثيف العائم ، والذي يحدث في درجة حرارة محيطة منخفضة ، ينخفض ضغط التكثيف. تميل صمامات التمدد الثرموستاتي إلى الصيد ، لكن الأنظمة ذات المكونات الإلكترونية تعمل عند التحميل الجزئي تمامًا بنفس الطريقة والثبات كما هو الحال عند التحميل الكامل.
يظهر صمام من نوع التدفق المستمر في الشكل 5. مقعد الصمام والمنزلق مصنوعان من السيراميك الصلب. يوفر شكل شريحة الصمام خاصية السعة الخطية العالية بين 10 و 100٪. اعتمادًا على وحدة التحكم وتكوينها ، يمكن استخدام صمام تحكم واحد لمهام تحكم مختلفة. تشمل الاستخدامات الممكنة: صمام التمدد للتحكم في درجة الحرارة الزائدة ، والتحكم في ضغط الشفط للتحكم في السعة ، وحقن السائل لفك التسخين الفائق للضاغط ، والتحكم في ضغط التكثيف ، والتحكم في تجاوز الغاز الساخن لتعويض سعة الضاغط الزائدة ولضمان عدم انخفاض ضغط التبخر عن المجموعة نقطة.
الأنابيب الشعرية والمقيِّدات
يمكن استبدال الفتحة المتغيرة لصمام التمدد ، في الأنظمة الصغيرة ، بأنبوب رفيع طويل. هذا جهاز غير معدّل وله قيود معينة ، ولكنه سيعطي تحكمًا فعالًا بشكل معقول في مجموعة واسعة من الشروط إذا تم اختياره وتطبيقه بشكل صحيح. تدفق الكتلة هو دالة لاختلاف الضغط ودرجة التبريد الفرعي للسائل عند الدخول. يتم استخدام الأنبوب الشعري بشكل حصري تقريبًا في أنظمة تكييف الهواء الصغيرة ويتم تنظيمه ذاتيًا ضمن معايير معينة. تؤدي زيادة درجة الحرارة المحيطة إلى زيادة الحمل على المساحة المكيفة وسيزداد ضغط التكثيف ، مما يؤدي إلى تدفق المزيد من مادة التبريد.
من الشائع وجود فتحات في الأنابيب تتراوح من 0.8 إلى 2 مم وبطول يتراوح من 1 إلى 4 أمتار. يتم تركيب الأنبوب الشعري فقط على معدات تم تصنيعها واختبارها في المصنع ، مع شحنات المبردات الدقيقة. لا ينطبق على الأنظمة المثبتة ميدانيًا.
يتغلب جهاز توسيع المقيد على بعض قيود الأنبوب الشعري. يمكن حفر الفتحة بدقة بينما يمكن أن تعاني الأنابيب الشعرية من تغيرات في القطر الداخلي على طولها مما يؤدي إلى تغييرات في الأداء المتوقع. يوضح الشكل 6 كيف يتم تطبيق الجهاز في مكيف هواء قابل للانعكاس. في الشكل 6 أ ، يظهر الجهاز في وضع التبريد العادي. يتم ضغط الرصاصة التي تكون حرة في التحرك أفقيًا بكمية صغيرة على المقعد مما يؤدي إلى إجبار المبرد من خلال التقييد المركزي الذي يعمل كجهاز تمدد. عندما ينعكس التدفق ، الشكل 6 ب ، تتحرك الرصاصة مرة أخرى إلى المقعد الآخر ، لكن الحز يسمح بالتدفق حول الخارج وكذلك من خلاله ، بحيث يكون القيد صغيرًا جدًا.
يتم تركيبه عادة عند مخرج المكثف بدلاً من مدخل المبخر. هذا يعني أنه بدلاً من الخط السائل إلى المبخر ، يحتوي الأنبوب على سائل وغاز فلاش ويجب عزله. على الرغم من أن التقاط الحرارة يضر بالأداء ، إلا أن انخفاض الضغط ، الذي يستخدم لدفع السائل ، كان سيحدث عادةً في صمام التمدد على أي حال. يمكن أن تكون خطوط السائل إلى المبخرات البعيدة على الأنظمة المنقسمة طويلة جدًا وفي خط سائل عالي الضغط من النوع الأكثر استخدامًا ، يمكن أن يؤدي انخفاض الضغط إلى زيادة ضغط المكثف والميل إلى تكوين فقاعات. كما يمكن تسليم المقيد كجزء من وحدة التكثيف وقابل للإزالة ، مما يسمح بإجراء التغييرات لتوفير الأداء الأمثل.
صمامات ومفاتيح عائمة الضغط المنخفض
تتطلب المبخرات المغمورة مستوى سائل ثابتًا ، بحيث تظل الأنابيب مبللة. يكفي وجود صمام عوامة بسيط ، ولكن يجب وضعه مع وجود العوامة خارج غلاف المبخر ، حيث يتم تحريك سطح السائل المغلي وتتسبب الحركة المستمرة في تآكل مفرط في الآلية. لذلك ، يتم احتواء العوامة داخل غرفة منفصلة ، مقترنة بخطوط توازن على الغلاف (انظر الشكل 7).
مثل هذا الصمام هو جهاز قياس وقد لا يوفر إغلاقًا إيجابيًا عند إيقاف الضاغط. في ظل هذه الظروف ، سيستمر المبرد في التسرب إلى المبخر حتى تتساوى الضغوط ، وقد يرتفع مستوى السائل بالقرب من مخرج الشفط. لتوفير هذا الإغلاق ، هناك حاجة إلى صمام الملف اللولبي في خط السائل.
نظرًا لأن العوامة ذات الضغط المنخفض تحتاج إلى صمام ملف لولبي للإغلاق المحكم ، يمكن استخدام هذا الصمام كعنصر تحكم في التشغيل والإيقاف بالتزامن مع فتحة محددة مسبقًا ويتم التحكم فيها بواسطة مفتاح تعويم (الشكل 8).
الشكل الأكثر شيوعًا لكاشف المستوى هو تعويم معدني يحمل قلبًا حديديًا يرتفع ويسقط داخل غلاف مانع للتسرب. يحيط ملف الحث بالجلبة ويستخدم لاكتشاف موضع القلب. يتم تضخيم الإشارة الناتجة لتبديل صمام الملف اللولبي ، ويمكن ضبط المستوى والحساسية. تم تركيب صمام خانق لتوفير جهاز تقليل الضغط.
في حالة فشل التحكم في الطفو ، قد يرتفع المستوى الموجود في الغلاف ويمر السائل إلى شفط الضاغط. للتحذير من ذلك ، يتم عادةً تركيب مفتاح تعويم ثانٍ على مستوى أعلى لتشغيل المنبه والقطع.
في حالة وجود ملف مغمور في خزان سائل ، سيكون مستوى غاز التبريد داخل الخزان ، مما يجعل من الصعب وضع التحكم في المستوى. في مثل هذه الحالات ، يمكن تشكيل مصيدة غاز أو سيفون في أنبوب التوازن السفلي لإعطاء مستوى غير مباشر في غرفة الطفو. يمكن أيضًا ترتيب الشفاطات أو المصائد لاحتواء سائل غير متطاير مثل الزيت ، بحيث تظل أنابيب التوازن خالية من الصقيع.
صمامات عائمة الضغط العالي
في نظام غمر المبخر الفردي ، يمكن تركيب صمام عائم والذي سيمرر أي سائل يتم تصريفه من المكثف مباشرة إلى المبخر. العمل هو نفس عمل مصيدة البخار. تكون حجرة العوامة عند ضغط المكثف ويطلق على التحكم اسم تعويم عالي الضغط (الشكل 9).
يحافظ مفتاح الطفو عالي الضغط على استنزاف المكثف دون الحاجة إلى جهاز استقبال عالي الضغط. يتم تحديد المستوى في المبخر بواسطة شحنة النظام. يمكن استخدام أنظمة منخفضة الشحن باستخدام المبادلات الحرارية ذات الغلاف واللوح ومبردات الرش بهذه الطريقة. يمكن أن يعمل نوع الصمام العائم في الشكل 10 مع مبردات الأمونيا أو ثاني أكسيد الكربون. تُستخدم دارات المقتصد مع مفتاح التعويم الذي يوسع السائل إلى وعاء تمدد فلاش متوسط لتطبيقات درجات الحرارة المنخفضة. لا يمكن لهذا التحكم تغذية أكثر من مبخر واحد ، لأنه لا يمكنه اكتشاف احتياجات أي منهما.
يمكن التغلب على صعوبة الشحنة الحرجة بالسماح لأي سائل تبريد فائض يترك المبخر بالتسرب إلى جهاز استقبال أو مجمع في خط الشفط ، وغليانه مع خروج السائل الدافئ من المكثف. في هذا النظام ، دائرة استقبال الضغط المنخفض ، يتم تصريف السائل من المكثف من خلال تعويم الضغط العالي ، ولكن الخطوة الأخيرة من هبوط الضغط تحدث في صمام تمدد ثانوي بعد أن يمر السائل الدافئ عبر الملفات داخل جهاز الاستقبال. وبهذه الطريقة ، تتاح الحرارة لغليان السائل الفائض تاركًا المبخر (انظر الشكل 11).
اثنان من المبادلات الحرارية تحمل السائل الدافئ من المكثف داخل هذا الوعاء. يوجد الملف الأول في الجزء العلوي من جهاز الاستقبال ، ويوفر ما يكفي من الحرارة الفائقة لضمان دخول الغاز إلى الضاغط في حالة جافة. يغلي الملف السفلي من فائض السائل ، تاركًا المبخر نفسه. بهذه الطريقة في تغذية المبرد ، يكون للمبخر سطح مبلل داخلي أفضل ، مع تحسن في نقل الحرارة.
ضوابط مستوى أخرى
إذا تم وضع عنصر سخان صغير عند مستوى السائل المطلوب لمبخر غمره الماء ، مع عنصر استشعار الحرارة ، فإن الأخير سيكتشف درجة حرارة أعلى إذا لم يكن المبرد السائل موجودًا. يمكن استخدام هذه الإشارة لتشغيل صمام الملف اللولبي.
يمكن أيضًا استخدام صمام التمدد الإلكتروني أو الحراري للحفاظ على مستوى السائل. يتم تثبيت كل من القنينة وعنصر السخان على لمبة عند مستوى السائل المطلوب. في حالة عدم وجود سائل ، يقوم السخان بتسخين القارورة إلى درجة حرارة عالية ويفتح الصمام لإدخال المزيد من السوائل.
