يعد اختيار صمام التوسع المناسب أمرًا ضروريًا لكفاءة نظام التبريد وموثوقيته. يحدد هذا الدليل النهج المنهجي لتغيير حجم واختيار صمامات التوسع بناءً على متطلبات النظام وظروف التشغيل. تنظم صمامات التوسع تدفق المبرد إلى المبخر ، مما يجعل اختيارها الصحيح ضروريًا لأداء النظام وكفاءة الطاقة وحماية الضاغط.
أنواع صمامات التوسع في أنظمة التبريد
يعد صمام التوسع مكونًا حاسمًا في أنظمة التبريد ، وهو مسؤول عن تقليل ضغط المبرد ، مما يسمح له بالتوسع وتصبح باردًا. هناك نوعان أساسيان من صمامات التمدد: صمامات التمدد الحراري (TXVs) وصمامات التمدد الإلكترونية (EEVs).
صمامات التمدد الحراري (TXVS)
تتكون صمامات التمدد الحراري من مكونين أساسيين يعملون معًا: العنصر الحراري (يعمل كمشغل للنظام) والفتحة (أداء التوسع الفعلي للمبرد). وهي مصممة للحفاظ على درجة حرارة ثابتة في منفذ المبخر عن طريق تعديل تدفق التبريد وفقًا لمتطلبات تحميل التبريد. يستشعر العنصر الحراري درجة حرارة المبرد في منفذ المبخر ويضبط فتحة الصمام للحفاظ على السخن الفائق المطلوب.
صمامات معادلة داخليا
تعتبر الصمامات المعدلة داخليًا ضغط المبخر في منفذ الصمام. تتلقى هذه الصمامات تبريدًا سائلًا دافئًا وعالي الضغط وتقلل من ضغطها ، مما يسمح لها بالتوسع والتبريد بشكل كبير. هذه الصمامات مناسبة للمبخرات ذات الحد الأدنى من الضغط (أقل من 0.02 ميجا باسكال أو 0.2 كجم/سم مربع). تشمل مزايا الصمامات المعادلة داخليًا:
- تصميم بسيط وتكلفة منخفضة
- من السهل التثبيت والصيانة
- مناسبة لأنظمة التبريد الصغيرة إلى المتوسطة الحجم
ومع ذلك ، قد لا تكون الصمامات المعادلة داخليًا مناسبة للأنظمة ذات القطرات الكبيرة للضغط أو تكوينات المبخر المعقدة.
صمامات معادلة من الخارج
يشبه تشغيل الصمامات المعادلة من الخارج الصمامات المعادلة داخليًا ، باستثناء أن يتم تغذية ضغط المبخر مقابل قاع الحجاب الحاجز من أنبوب منفذ المبخر عبر خط التعادل. يوازن هذا التصميم من درجة حرارة صمام التمدد أثناء تحويل الطور وهو ضروري عندما يكون هناك انخفاض ملحوظ في الضغط بين منفذ الصمام ومنفذ المبخر. الصمامات المعادلة من الخارج مناسبة ل:
- أنظمة التبريد الكبيرة مع تكوينات المبخر المعقدة
- أنظمة ذات انخفاضات عالية من الضغط (أعلى من 0.02 ميجا باسكال أو 0.2 كيلوغرام/سم مربع)
- التطبيقات التي يلزم التحكم الدقيق للتسخين الفائق
تشمل مزايا الصمامات المعادلة من الخارج:
- تحسن السيطرة الفائقة
- مناسبة لأنظمة التبريد الكبيرة والمعقدة
- يمكن التعامل مع قطرات الضغط العالي
ومع ذلك ، فإن الصمامات المعادلة من الخارج أكثر تعقيدًا ومكلفة من الصمامات المعادلة داخليًا.
صمامات التمدد الإلكترونية (EEVS)
توفر صمامات التمدد الإلكترونية تحكمًا أكثر دقة من خلال تعديل عرض النبض. تختلف معايير الاختيار الخاصة بهم عن الصمامات الحرارية ، التي عادة ما تكون حجمها بحجم 70-80 ٪ لتطبيقات تكييف الهواء وتبريد ، مما يوفر قدرة احتياطي لأحداث مثل فترات الانخفاض. إيفز مناسبة ل:
- تطبيقات التحكم في درجة الحرارة عالية الدقة
- الأنظمة ذات الأحمال التبريد المتغيرة
- التطبيقات التي تكون فيها كفاءة الطاقة أمرًا بالغ الأهمية
تشمل مزايا eevs:
- التحكم في درجة الحرارة عالية الدقة
- كفاءة الطاقة
- مناسبة لتطبيقات تحميل التبريد المتغيرة
ومع ذلك ، فإن EEVs أكثر تعقيدًا ومكلفة من صمامات التمدد الحراري.
مقارنة صمامات التوسع
يلخص الجدول التالي الخصائص الرئيسية لصمامات التمدد الحراري وصمامات التمدد الإلكترونية:
| صمام نوع | السيطرة على السخن الخارق | انخفاض الضغط | تعقيد | كلفة |
|---|---|---|---|---|
| تعادل داخليا TXV | معتدل | منخفض | منخفض | منخفض |
| تعادل خارجيا TXV | عالي | عالي | متوسط | متوسط |
| صمام التوسع الإلكتروني (EEV) | عالي | عامل | عالي | عالي |
المعلمات الرئيسية لاختيار صمام التوسع
لتحديد صمام تمدد بشكل صحيح لنظام التبريد ، يجب النظر في العديد من المعلمات:
- نوع المبرد: المبردات المختلفة تتطلب تصميمات صمام محددة
- قدرة المبخر (QE): يحدد تحميل التبريد متطلبات السعة الأساسية
- تبخر درجة الحرارة/الضغط (TE/PE): يؤثر على قدرة الصمام والتشغيل
- درجة حرارة التكثيف/الضغط (TC/PC): يحدد الظروف العالية
- درجة حرارة المبرد السائل (TL): حاسم لتحديد التبريد الفرعي وتحجيم الصمام الصحيح
- انخفاض الضغط في الخط السائل ، الموزع ، والمبخر (ΔP): يؤثر على أداء الصمام واختيار نوع المعادلة
عملية اختيار خطوة بخطوة
الخطوة 1: تحديد انخفاض الضغط عبر الصمام
يتم حساب انخفاض الضغط باستخدام المعادلة:
ΔPTOT = (PC - PE) - ΔP
أين:
- PC = ضغط التكثيف
- PE = الضغط المتبخر
- ΔP = مجموع انخفاضات الضغط في الخط السائل والموزع والمبخر
هذا الحساب أمر بالغ الأهمية لأن انخفاض الضغط يؤثر بشكل مباشر على قدرة الصمام.
الخطوة 2: تحديد قدرة الصمام المطلوبة
استخدم سعة المبخر (QE) لتحديد سعة الصمام المطلوبة في درجة حرارة تبخر معينة. إذا لزم الأمر ، قم بتصحيح سعة المبخر بناءً على قيمة التبريد الفرعي.
يتم احتساب البرودة الفرعية على النحو التالي:
ΔTSUB = TC - TL
أين:
- TC = درجة حرارة التكثيف
- TL = درجة حرارة السائل
يتم تحديد سعة الصمام المطلوبة بواسطة:
qv = qe / fsub
أين:
- FSUB = عامل تصحيح البرودة الفرعية من جداول الشركة المصنعة
حاسبة تحديد صمام HVAC
تحدد هذه الآلة الحاسبة سعة الصمام المطلوبة لنظام HVAC استنادًا إلى انخفاض الضغط عبر الصمام وقدرة المبخر.
الخطوة 3: حدد حجم الفتحة المناسب
باستخدام انخفاض الضغط المحسوب عبر الصمام ، ودرجة حرارة التبخر ، وسعة المبخر المصححة ، حدد حجم الفتحة المقابل من جداول سعة الشركة المصنعة للمبرد المحدد. يجب أن تكون سعة صمام التوسع مساوية أو أكبر قليلاً من قدرة المبخر المحسوبة.
الخطوة 4: اختر الشحنة الحرارية
حدد الشحنة الحرارية المناسبة بناءً على التطبيق ومدى درجة الحرارة. تشمل أنواع الشحن المختلفة:
- G-Charge (غاز): شائع الاستخدام في تكييف الهواء ولكن يفقد السيطرة إذا انخفضت درجة حرارة جسم الصمام إلى أقل من درجة حرارة لمبة الاستشعار
- L-Charge (سائل): يوفر تحكمًا دقيقًا عندما يكون جسم الصمام أكثر برودة من لمبة الاستشعار
- C/CL/Cy-Charge (الشحنة المتقاطعة): يستخدم في تطبيقات درجات الحرارة المنخفضة ، ويحافظ على السيطرة بغض النظر عن درجة حرارة جسم الصمام بالنسبة لمصباح الاستشعار
- S/SA/SL-Charge: يوفر تحكمًا دقيقًا وحماية ضغط التشغيل (MOP)
الخطوة 5: حدد المعادلة الداخلية أو الخارجية
اختر بين المعادلة الداخلية أو الخارجية بناءً على انخفاض الضغط في المبخر:
- استعمال المعادلة الداخلية عندما يكون انخفاض الضغط عبر المبخر ضئيلًا (أقل من 0.02 ميجا باسكال أو 0.2 كيلوغرام/سم مربع)
- استعمال المعادلة الخارجية عندما يكون هناك انخفاض كبير في الضغط بين منفذ الصمام ومنفذ المبخر ، أو عند استخدام موزع مبرد من نوع الضغط في مدخل المبخر
تأثير ظروف التشغيل على اختيار الصمام
تأثير درجة الحرارة السائلة والتبريد الفرعي
درجة الحرارة السائلة تؤثر بشكل كبير على اختيار الصمام. كما هو موضح في دراسة حالة واحدة ، فإن الاختلاف في درجة حرارة السائل من 43 درجة مئوية إلى 21 درجة مئوية (بسبب المبرد الفرعي في ضاغط على مرحلتين) غير الصمام المطلوب من TE 12-5 إلى طراز TE 5-4 أصغر بكثير.
عادة ما يتم حساب جميع جداول السعة القياسية لقيمة التبريد الفرعي 4 درجات مئوية. عندما تختلف البرودة الفرعية الفعلية ، يجب تعديل سعة الصمام باستخدام عوامل التصحيح التي توفرها الشركات المصنعة.
تأثير انخفاض الضغط في المبخر
في الأنظمة ذات الضغط الملموس عبر المبخر ، يجب استخدام الصمامات المعادلة من الخارج. بالنسبة إلى R134A ، يزيد انخفاض ضغط 0.01 ميجا باسكال (0.1 كيلوغرام/سم مربع) من السخن الفائق الثابت بنسبة حوالي 1 درجة مئوية ، مما يقيد تدفق المبرد ويقلل من سعة النظام.
ستعمل صمام معادل داخليًا في نظام مع انخفاض كبير في ضغط المبخر في السخن الفائق أعلى من المطلوب. على سبيل المثال ، في نظام مع انخفاض ضغط 6 رطل / بوصة مربعة عبر المبخر ، يعمل صمام معادل داخليًا عند درجة حرارة 13 درجة فهرنهايت بدلاً من 9 درجات فهرنهايت.
إعدادات السخن الفائق والتعديل
السخرية الفائقة أمر بالغ الأهمية لتشغيل الصمام المناسب وحماية النظام. في تكييف الهواء ، يتم ضبط معظم الصمامات على درجة حرارة 10 درجة فهرنهايت. يغير تعديل السخن الفائق السخن الفائق الثابت ، وهو السخن الفائق الذي يبدأ فيه الصمام في الانفتاح من حالة مغلقة بالكامل.
لضبط السخن الفائق:
- قياس درجة الحرارة عند مخرج المبخر (T)
- قم بقياس الضغط المتبخر بالقرب من المبخر قدر الإمكان
- حدد درجة حرارة التبخر (ET) من مخططات درجة حرارة الضغط
- حساب السخن الفائق على النحو التالي
- اضبط TXV إذا لزم الأمر
تغيير حجم الصمامات وأداء النظام
عواقب التحجيم غير السليم
حجم الصمام المناسب أمر بالغ الأهمية لأداء النظام. سوف يتضور صمام صغير جوع مبخر المبرد ، في حين أن صمام كبير الحجم يمكن أن يغمر الضاغط مع المبرد. يؤدي إما الوضع إلى عدم كفاءة التشغيل ، وتقليل قدرة النظام ، وزيادة استهلاك الطاقة.
لصمامات التوسع الإلكترونية ، توصي معايير الاختيار عادةً:
- سعة تحميل 70-80 ٪ لتطبيقات التبريد العادية
- 50-60 ٪ للتطبيقات ذات درجة الحرارة المنخفضة لضمان سعة كافية خلال فترات الانخفاض
اعتبارات كفاءة الطاقة
يؤثر صمام التوسع مباشرة على كفاءة الطاقة في النظام. تم إعادة تقديم TXVs في أواخر الثمانينيات حيث أصبح استهلاك الطاقة مشكلة مهمة ، لتحل محل أجهزة القياس الثابتة مثل أنابيب الشعيرات الدموية ومكابس قياس في العديد من التطبيقات.
يضمن صمام التوسع الحجم والمعدل بشكل صحيح أداء المبخر الأمثل وحماية الضاغط ، مما يؤدي إلى تشغيل موفرة للطاقة. يمكن أن يضر القليل جدًا من السخن الفائق الضاغط ، في حين أن الكثير من السخن الفائق يؤدي إلى ضعف أداء المبخر وارتفاع درجة حرارة الضاغط.
استنتاج
يعد الاختيار الصحيح وتغيير حجم صمامات توسيع التبريد عملية منهجية تتطلب دراسة متأنية لمعلمات متعددة. يتضمن اختيار صمام التوسع الصحيح فهم متطلبات النظام ، وحساب القدرات الصحيحة ، ومحاسبة ظروف التشغيل مثل البرودة الفرعية وانخفاض الضغط.
لا يضمن صمام التوسع الذي تم اختياره جيدًا أداء النظام الأمثل فحسب ، بل يعزز أيضًا كفاءة الطاقة ويمتد عمر المعدات. يجب أن تتبع عملية الاختيار إرشادات الشركة المصنعة والنظر في متطلبات تطبيق محددة لتحقيق أفضل النتائج.
من خلال اتباع النهج خطوة بخطوة الموضحة في هذا الدليل ، يمكن للمهندسين والفنيين اختيار صمامات التوسع بثقة التي توفر تحكمًا دقيقًا للبرودات لأنظمة تبريد موثوقة وفعالة.
