1. Назначение и процесс работы терморегулирующего вентиля

Терморегулирующий вентиль (ТРВ) предназначен для автоматического регулирования подачи хладагента из ресивера в испаритель в количестве, позволяющем эффективно использовать поверхность теплообменного аппарата.

Как увеличение, так и уменьшение количества хладагента, поступающего в охладитель, снижает холодильную мощность установки. Переполнение охладителя приводит к тому, что не весь агент успевает испариться и часть его поступает в компрессор в жидком виде. Попадая на горячие стенки цилиндров компрессора в начале цикла всасывания, капли хладагента мгновенно испаряются, а образующийся пар занимает значительную часть объема цилиндра, снижая производительность компрессора и установки в целом.

При недостаточной подпитке жидкостью в испарителе имеет место перегрев: в приборе охлаждения образуется меньше паров, чем способен всасывать компрессор, т. е. холодопроизводительность прибора охлаждения недостаточна.

В зависимости от показателя давления в испарительной системе, используются две основные модификации ТРВ: с внутренним и внешним выравниваем давления.

ТРВ с внутренним выравниванием (рис. 1) применяют для регулирования заполнения испарителей в малых холодильных машинах. ТРВ поддерживает заданный перегрев паров холодильного агента, выходящего из испарителя. При увеличении перегрева, что говорит о недостаточном заполнении испарителя, автоматически увеличивается подача жидкого холодильного агента на испаритель. Термочувствительная система вентиля (рис. 1) состоит из термобаллона 8, капиллярной трубки 3, крышки 4 и мембраны 2, припаянной к латунному корпусу 9. Термобаллон 8 прикреплен к трубке на выходе из испарителя и заправляется либо хладагентом, либо инертным газом.

Рис. 1. Схема (а) и общий вид (б) терморегулирующего вентиля с внутренним выравниванием: 1, 7 – ниппели; 2 – мембрана; 3 – капиллярная трубка; 4 – крышка; 5 – толкатель; 6 – держатель; 8 – термобаллон; 9 – корпус; 10 – колпачок; 11 – регулировочный винт; 12 – фильтр; 13 – пружина; 14 – игла

Корпус 9 имеет два штуцера для присоединения к жидкостной линии и испарителю с помощью ниппелей 1, 7.

На входе в ТРВ установлен сетчатый фильтр 12.

Регулирующая часть ТРВ состоит из пружины 13 и регулировочного винта 11. Роль клапана ТРВ выполняет игла 14, укрепленная в держателе 6. Полость под мембраной 2 сообщается четырьмя отверстиями со стороной низкого давления. В трех из них находятся толкатели 5, передающие усилие от мембраны 2 к держателю 6.

Через четвертое отверстие пары хладона, при наличии давления в испарителе, поступают под мембрану.

К ТРВ подается жидкий хладон с давлением конденсации, который, проходя через канал, перекрываемый игольчатым клапаном 14, дросселируется и поступает в испаритель. Давление пара в термочувствительной системе, воздействуя на мембрану 2, стремится отжать игольчатый клапан 14 от седла и увеличить проходное сечение для хладона. В то же время давление кипения в испарителе, воздействующее с внутренней стороны мембраны 2, и усилие пружины 13 стремятся прижать иглу клапана 14 к седлу.

При повышении температуры перегрева пара силы, действующие сверху на мембрану 2, будут больше сил, действующих на нее снизу, при этом мембрана 2 прогнется вниз и толкатели 5, сжимая пружину 13, увеличат открытие клапана 14 для прохождения хладона.

С понижением температуры перегрева давление на мембрану 2 уменьшается и пружина 13 прикрывает клапаном 14 канал, уменьшая поступление хладона в испаритель.

При остановке компрессора давление в испарителе повышается, действующие на мембрану 2 силы выравниваются, и клапан 14 под воздействием пружины 13 закрывает канал прохождения хладона.

Настройку ТРВ производят изменением натяжения пружины 13 с помощью винта 11, имеющего левую резьбу. При вращении винта против часовой стрелки пружина 13 затягивается и перегрев увеличивается. После регулировки ТРВ винт 11 закрывается колпачком 10. Диапазон значений температуры перегрева для начала открытия клапана – 2…10 °С.

Схема регулирования заполнения испарителя с помощью терморегулирующего вентиля с внутренним выравниванием представлена на рис. 2.

Рис. 2. Схема регулирования заполнения испарителя по перегреву с помощью ТРВ с внутренним выравниванием: 1 – термобаллон; 2 – капилляр; 3 – надмембранная камера; 4 – мембрана; 5 – клапан; 6 – пружина; 7 – регулировочный винт; 8 – испаритель

Мембрана 4 находится под воздействием двух давлений: сверху на нее действует давление в термосистеме, состоящей из термобаллона 1 и соединительного капилляра 2, а снизу – давление кипения, подводимое через штуцер из ресивера (внешний отбор давления кипения).

Усилие от мембраны 4 через упор передается штоку и далее клапану 5. Снизу через стакан к клапану 5 прикладывается сила, развиваемая пружиной 6. Начальный натяг пружины 6 создается гайкой при вращении винта 7 задатчика.

При изменении воспринимаемого ТРВ перегрева клапан 5 перемещается вверх или вниз, в результате чего изменяется поток хладагента, проходящего через сопло. Сальник, уплотняющий шток, предотвращает попадание хладагента из выходного отверстия в полость под мембраной 4. Детали ТРВ смонтированы в корпусе. Головка винта задатчика закрыта крышкой.

В холодильных машинах большой производительности испарители имеют значительную длину. Давление хладагента на выходе из испарителя ниже, чем на входе в него. Обеспечить требуемое открытие дросселирующего клапана 5 можно только при перегреве, т. е. при уменьшенном заполнении испарителя и пониженной холодильной мощности установки. Поэтому в холодильных машинах с длинными испарителями, падение давления в которых более 200 кПа, применяют ТРВ с уравнительной трубкой – терморегулирующие вентили с внешним выравниванием.

На рис. 3 показаны схема и общий вид ТРВ с внешним выравниванием.

Деформация термочувствительной мембраны 12 передается штоку 14, на котором жестко укреплен конусный клапан 16. При перемещении клапан открывает или закрывает проход в сопле 3, которое запрессовано в корпус 2 вентиля. Шток 14 снабжен сальником 13, который отделяет полость под мембраной (полость линии внешнего уравнивания) от полости, расположенной над клапаном 16.

Механизм настройки перегрева для начала открытия клапана 16 состоит из пружины 15, ходового винта настройки 5, сальника ходового винта 8, ходовой втулки 4.

При вращении винта настройки 5 по часовой стрелке уменьшается натяжение пружины 15, при этом перегрев начала открытия клапана 16 уменьшается.

При вращении винта 5 против часовой стрелки ходовая втулка 4 перемещается вверх и сжимает пружину 15, увеличивая перегрев начала открытия клапана 16.

Рис. 3. Схема (а) и общий вид (б) терморегулирующего вентиля с внешним выравниванием: 1 – накидная гайка; 2 – корпус; 3 – сопло; 4 – ходовая втулка; 5 – ходовой винт; 6 – колпачковая гайка; 7 – термобаллон; 8 – сальник ходового винта; 9 – гайка; 10 – крышка мембраны; 11 – капиллярная трубка; 12 – мембрана; 13 – сальник штока; 14 – шток; 15 – пружина; 16 – клапан; 17 – фильтр; 18 – штуцер уравнительной линии

Присоединение трубопровода (вход, выход) осуществляется с помощью фланцев. Во входном патрубке ТРВ встроен фильтр 17.

Схема регулирования заполнения испарителя по перегреву с помощью ТРВ с внешним выравниванием представлена на рис. 4.

Рис. 4. Схема регулирования заполнения испарителя по перегреву с помощью ТРВ с внешним выравниванием: 1 – термобаллон; 2 – капилляр; 3 – надмембранная камера; 4 – мембрана; 5 – клапан; 6 – пружина; 7 – регулировочный винт; 8 – испаритель; 9 – диафрагма; 10 – сравнительная трубка; 11 – перегородка

Терморегулирующий вентиль с внешним выравниванием давления практически не отличается по принципу действия от ТРВ с внутренним выравниванием. Он имеет термостатический элемент, корпус, дюзу, настроечный винт. Отличием ТРВ с внешним выравниванием является дополнительная перегородка 11, благодаря которой под мембрану 4 подается хладагент не со стороны входа, а со стороны выхода испарителя – по уравнительной трубке 10. На выходе ТРВ дополнительно устанавливают диафрагму 9 с целью повышения давления за клапаном 5.

На мембрану клапана с одной стороны действует давление, передаваемое с термобаллона 1, а с противоположной – сумма давлений испарителя 8 и прижимной пружины 6.

При выравнивании этих трех векторов давления клапан 5 остается постоянно открытым, и, соответственно, постоянным остается поток проходящего через него холодильного агента. В этих условиях количество холодильного агента, поступающего в испаритель, точно соответствует необходимому для восприятия тепловой нагрузки.

Если нагрузка понижается, происходят два процесса:

• холодильного агента становится избыточно много, а его давление повышается;
• понижается температура газа на выходе, и пропорционально этому понижается давление в датчике.

Вследствие этих процессов сумма давлений испарителя и пружины 6 превышает давление на датчик клапана 5, что приводит к закрыванию клапана 5 с уменьшением зазора для прохождения холодильного агента.

Наоборот, если тепловая нагрузка в испарителе возрастает, количества холодильного агента в нем оказывается недостаточно, и давление его уменьшается. Одновременно увеличивается температура газа на выходе из испарителя, что вызывает соответствующее повышение давления на клапан 5. В результате давление клапана 5 смещает мембрану 4 вниз, что приводит к открытию зазора для прохождения жидкого холодильного агента, увеличивая объем его поступления в испаритель.

Для ТРВ марки Т2/ТУ2 полный оборот винта меняет температуру перегрева примерно на 4 °С при температуре кипения 0 °С.

Начиная с ТРВ марки ТЕ5, полный оборот винта меняет температуру перегрева примерно на 0,0018 °С при температуре кипения 0 °С.

Начиная с ТРВ марки ТКЕ3, полный оборот винта меняет температуру перегрева примерно на 3 °С при температуре кипения 0 °С.

Очень важно обеспечить правильное расположение ТРВ на холодильной установке, от чего в некоторых случаях зависит хорошая

или неудовлетворительная работа агрегата. Для этого необходимо соблюдать следующие условия:

• расстояние между корпусом ТРВ и испарителем должно быть небольшим;
• термобаллон должен монтироваться на горизонтальном участке трубопровода всасывания, что позволяет настроить его на температуру выходящего из испарителя газа. Его размещение зависит от диаметра трубопровода. Если невозможно избежать вертикального монтажа, это необходимо сделать таким образом, чтобы выход капиллярной трубки был направлен вверх;
• монтаж термобаллона не должен осуществляться на маслоподъемной петле, поскольку находящееся в ней масло искажает реальные температурные показатели;
• крепление термобаллона должно осуществляться специальными хомутами и быть жестким;
• термобаллон ни в коем случае не должен находиться в месте пайки трубопровода. Также нужно обратить внимание на то, чтобы он был тщательно теплоизолирован и наружный воздух не влиял на работу ТРВ.

На рис. 5 показана схема правильной установки клапана с соответствующей линией внешнего выравнивания давления.

Рис. 5. Установка ТРВ с внешним выравниванием в холодильном контуре

Чтобы избежать переполнения испарителя, нужно, вращая регулировочный винт вправо (по часовой стрелке), повышать перегрев до прекращения колебаний давления. Затем понемногу вращать винт влево до точки начала колебаний, после этого – повернуть вправо примерно на один оборот (для Т2/ТЕ2 и ТКЕ – на ¹/₄ оборота).

При такой настройке колебания давления отсутствуют и испаритель работает в номинальном режиме. Изменения перегрева в диапазоне ±0,5 °С не рассматриваются как колебания.

Если в испарителе имеет место перегрев, то необходимо снизить перегрев, вращая регулировочный винт влево (против часовой стрелки), постепенно выходя на точку колебаний давления. После этого повернуть винт вправо на один оборот (для ТРВ типа Т2/ТЕ и ТКЕ – на ¹/₄ оборота). При такой настройке колебания давления прекращаются и испаритель работает в номинальном режиме. Изменения перегрева в диапазоне ±0,5 °С не рассматриваются как колебания.

Не допускается производить настройку (регулировку) ТРВ при высокой температуре в охлаждаемом объеме.

2. Назначение и процесс работы реле температуры типа ТР

Температура в охлаждаемом объекте должна поддерживаться на определенном уровне. Ее отклонение от заданного значения исправляется с помощью реле температуры. Оно применяется также для защиты компрессора от превышения верхнего предела температуры нагнетания и размещается на щите компрессора. Термобаллон прикрепляют к нагнетательному трубопроводу на его вертикальном участке капилляром вверх или вставляют в гильзу трубопровода, которая должна быть заполнена маслом. Техническая характеристика реле температуры приведена в таблице.

Таблица. Техническая характеристика реле температуры типа ТР

Показатель	Модели
	ТР-1-01	ТР-1-02
Диапазон, °С	–35…–5	–20…–10
Дифференциал, град.	3…10 (по заказу – до 21)
Основная допустимая погрешность, °С	±1
Разрывная мощность контактов при индивидуальной нагрузке:
– переменного тока, Вт;	150
– постоянного тока, Вт	20
Допустимое напряжение, Вт	220
Длина капилляра, м	3 (по заказу – 1,5)
Габаритные размеры, мм	85×57×120
Вес, кг	0,8

Реле температуры типа ТР (рис. 6) состоит из термобаллона, соединительного капилляра, сильфона и кожуха сильфона.

Рис. 6. Реле температуры ТР-1: а – схема; б – конструкция; 1 – корпус; 2 – винт настройки дифференциала; 3 – гайка; 4 – шкала; 5 – стопорная пластина; 6 – винт настройки диапазона; 7 – гайка; 8 – основная пружина; 9, 13, 17 – рычаги; 10 – контактная пластина; 11, 16 – юстировочные винты; 12 – перекидная пружина; 14, 15 – контакты; 18 – пружина; 19 – сильфон; 20 – шток; 21 – пружина сильфона; 22 – коромысло; 23 – пружина дифференциала; 24 – термобаллон

В качестве термобаллона служит тонкая трубка наружным диаметром 4 мм и длиной несколько более 1 м, свернутая в спираль диаметром 48 мм. Термочувствительная система заполнена рабочим веществом-наполнителем – фреон-22 или фреон-12.

Принцип действия реле основан на использовании зависимости давления наполнителя термочувствительной системы от температуры. Изменение температуры среды, окружающей термобаллон, воспринимается наполнителем и преобразуется в изменение давления, которое, в свою очередь, воздействуя через сильфон на рычажный механизм и контактную группу, размыкает или замыкает контакт.

Термобаллон, помещенный в контролируемую среду, воспринимает ее температуру, от которой зависит давление наполнителя. Действующая на сильфон сила давления наполнителя уравновешивается силой упругой деформации основной пружины.

При повышении температуры среды давление в термочувcтвительной системе увеличивается, сильфон сжимается, шток перемещается вверх, преодолевает сопротивление пружины и поворачивает угловой рычаг 17 по часовой стрелке вокруг оси. Когда свободный конец горизонтальной части углового рычага 17 доходит до верхнего упора в окне коромысла, на него начинает воздействовать пружина дифференциала.

Если температура повышается на величину установленного дифференциала, то рычаг 17, преодолев усилие пружины дифференциала, с помощью рычага 9 и пружины 12 поворачивает переключающий рычаг 13 контактной группы. В момент, когда геометрическая ось пружины пересекает геометрическую ось переключающего рычага, происходит резкий переброс контактной пластины, и в результате контакт замыкается.

Перекидная пружина верхним концом шарнирно соединена с вертикальной частью углового рычага 9, нижним – с ушком рычага 13, который усилием этой пружины удерживается на ножевых опорах подвижной контактной пластины.

При понижении температуры контролируемой среды давление в термочувствительной системе уменьшается, подвижный конец сильфона со штоком под действием пружин 8 и 23 перемещается вниз. При этом рычаг 17 поворачивается против часовой стрелки, а коромысло – по часовой стрелке. Когда коромысло доходит до упора, действие пружины 23 на рычаг 17 прекращается, и в дальнейшем рычаг 17 перемещается под воздействием основной пружины. В момент, когда оси перекидной пружины и контактной пластины совпадают, контакты резко размыкаются.

Пружина снабжена гайкой (пробкой) и винтом настройки диапазона, который выполняет роль задатчика давления срабатывания. Указатель, связанный с гайкой задатчика, показывает на шкале давление размыкания контакта. Дифференциал настраивают с помощью винта. Величину дифференциала определяют по шкале.

В реле температуры степень сжатия основной пружины 8 определяет температуру размыкания контакта, а степень растяжения пружины 23 – величину дифференциала. У реле температуры контакты размыкаются при понижении контролируемой температуры до величины установки, определяемой по шкале диапазона, а замыкаются при повышении этой температуры на величину установленного дифференциала.

Для настройки прибора на заданное давление размыкания служит винт 6, при его вращении гайка 7 перемещается по винту 6 и меняет натяжение пружины 8. Для настройки дифференциала прибора поворачивают винт 2. При увеличении зазора между пластинами коромысла 22 дифференциал возрастает.

На крышку прибора нанесена шкала 4 диапазона. Шкала дифференциала прикреплена к гайке 3, а указатель шкалы 4 неподвижно установлен на корпусе 1.

3. Назначение и процесс работы двухблочного реле давления

Для защиты холодильных машин от аварийных режимов предназначены реле давления. Реле давления называется двухблочным, потому что в едином корпусе находятся два блока – низкого и высокого давления.

Блок (реле) низкого давления обеспечивает регулирование давления кипения в испарителе или защиту компрессора от пониженного давления в линии всасывания.

Прямое срабатывание реле низкого давления (размыкание контакта) происходит при понижении контролируемого давления до значения, установленного на шкале установки. Обратное срабатывание (замыкание контакта) происходит при повышении контролируемого давления на значение настройки дифференциала.

Блок (реле) высокого давления осуществляет защиту компрессора от повышенного давления хладагента в линии нагнетания, прежде всего в конденсаторе, выше допустимой величины.

Прямое срабатывание реле высокого давления (размыкание контакта) происходит при увеличении контролируемого давления до значения, установленного на шкале установки. Обратное срабатывание (замыкание контакта) бывает при понижении контролируемого давления на величину дифференциала.

Двухблочное реле давления Д220-11 применяют для одновременного контроля давления в линиях всасывания н нагнетания холодильной машины (рис. 7).

Рис. 7. Общий вид двухблочного реле давления Д 220-11

Оба прибора смонтированы в одном корпусе и воздействуют на одну и ту же группу контактов, связанных с магнитным пускателем, управляющим работой электродвигателя компрессора.

Блок низкого давления состоит из сильфона 2, заключенного в кожух 1, штока 3, двух шарнирно связанных рычагов 23 и 24, взаимное расположение которых определяется винтом 17, а также пружинами узла настройки давления размыкания и дифференциала (рис. 8).

Рис. 8. Двухблочное реле давления Д220-11: а – схема; б – конструкция; 1, 21 – кожухи сильфонов; 2, 22 – сильфоны; 3, 20 – штоки сильфонов; 4 – упор; 5 – коромысло; 6 – пружина дифференциала блока низкого давления; 7 – винт настройки дифференциала блока низкого давления; 8 – шкала дифференциала блока низкого давления; 9 – шкала диапазона блока низкого давления; 10 – винт настройки диапазона блока низкого давления; 11 – пружина; 12 – кнопка; 13 – микропереключатель; 14 – винт настройки диапазона блока высокого давления; 15 – шкала блока высокого давления; 16 – основная пружина блока низкого давления; 17 – винт юстировочный; 18 – основная пружина блока высокого давления; 19, 23, 24 – рычаги; 25 – пружина штока

В состав блока высокого давления входят сильфон 22, помещенный в кожух 21, рычаг 19 и механизм настройки давления размыкания.

В полость между кожухами и сильфонами подаются контролируемые низкое и высокое давления. При понижении давления всасывания сильфон 2 растягивается, подвижное дно его со штоком 3 перемещается вниз, рычаги 23 и 24 под действием пружины 16 поворачиваются против часовой стрелки. Рычаг 23 освобождает кнопку быстродействующего микропереключателя, и контакт размыкается. При движении рычага 24 против часовой стрелки коромысло поворачивается по часовой стрелке до упора. В дальнейшем рычаг 24 свободно перемещается в окне коромысла, и, таким образом, к моменту размыкания контактов пружина дифференциала перестает работать.

Если давление всасывания повышается, то сильфон 2 сжимается, шток 3 перемещается вверх, преодолевает сопротивление основной пружины и поворачивает рычаги 23 и 24 по часовой стрелке. Рычаг 24, дойдя до упора в окне рычага дифференциала, включает в работу пружину. Рычаг 23, преодолев усилие пружины 6, нажимает на кнопку микропереключателя и замыкает контакт.

Давление, при котором контакт размыкается, определяется усилием сжатия пружины 16, а величина дифференциала – усилием растяжения пружины 6. При повышении давления нагнетания сильфон 22 сжимается, его подвижное дно вместе со штоком 20 преодолевает усилие основной пружины 18, перемещается вверх и поворачивает рычаг 19 против часовой стрелки. Если контакт реле замкнут (давление блока низкого давления выше установленного), то вертикальное плечо рычага 19, преодолев усилие пружины 11, отжимает рычаг 23 от микропереключателя. Контакты реле размыкаются.

При понижении давления нагнетания рычаг 19 под действием основной пружины 18 поворачивается по часовой стрелке. При этом рычаг 23 с помощью пружины 11 занимает первоначальное положение и контакт замыкается.

Настройку давления срабатывания блока низкого давления осуществляют по шкале, изменяя натяжение пружины 16 винтом 10. При вращении винта гайки, на которой жестко закреплен верхний конец пружины 16, изменяется ее натяжение, что приводит к размыканию контакта при другом давлении. Изменяя растяжение пружины 6 винтом 7, устанавливают по шкале дифференциал блока низкого давления.

Настройку давления срабатывания блока высокого давления осуществляют винтом, при вращении которого изменяется натяжение пружины. Стрелка шкалы указывает на давление размыкания контакта блока высокого давления. Дифференциал блока высокого давления не регулируется.

Таким образом, контакты реле размыкаются при понижении контролируемого давления блока низкого давления и повышении контролируемого давления блока высокого давления, а замыкаются – при увеличении контролируемого давления блока низкого давления и уменьшении контролируемого давления блока высокого давления на величину дифференциала.

Реле давления устанавливают на щите компрессора и соединяют импульсными трубками с полостями всасывания и нагнетания.

Нельзя присоединять приборы до всасывающего вентиля и после нагнетательного. Контакты приборов включаются последовательно с катушками магнитного пускателя компрессора.

Реле давления, установленное на линии низкого давления, называется прессостатом. Последний применяют для двухпозиционного регулирования давления в испарителе путем включения и выключения компрессора. В некоторых схемах он применяется для защиты холодильных машин при падении давления всасывания ниже определенного значения.