بررسی عملکرد شیر انبساط و نحوه تنظیم آن

شیر انبساط قطعه‌ای از اجزای سیستم تبرید است که میزان ورود مبرد به اواپراتور را کنترل می‌کند. در نتیجه این قطعه، میزان سوپرهیت شدن گاز خروجی از اواپراتور را نیز کنترل می‌کند. در ادامه به بررسی نحوه عملکرد آن و تأثیرش بر سیستم سرمایشی می‌پردازیم.

عملکرد شیر انبساط مکانیکی

شیر انبساط مکانیکی با علامت اختصاری TEV یا TXV نمایش داده می‌شود. این شیر دارای لوله بالب است. برای جلوگیری از ورود هرگونه ذرات معلق به سوپاپ و نشیمن، بین لوله مایع و مجرای ورودی شیر، فیلتر وجود دارد. در این نوع شیر انبساط، میزان جریان مبرد به درون اواپراتور به‌وسیله دو عامل کنترل می‌شود:

۱- فشار ورودی اواپراتور

۲- حرارت خروجی اواپراتور

شیر انبساط

قسمت‌های اصلی شیر انبساط ترموستاتیک عبارت‌اند از سوزن و نشیمنگاه، دیافراگم، بالب حساس، فنر، صافی و پیچ تنظیم. کنترل عملکرد این قطعات در تعمیر چیلر بسیار مؤثر است.

در چیلر تراکمی، شیر انبساط مکانیکی در خط مایع و در ورودی اواپراتور نصب می‌شود. مانند وسایل کنترلی دیگر، این قطعه بخش پرفشار و کم‌فشار سیستم را از هم جدا می‌کند. این شیر از طریق یک حباب حس‌کننده و لوله مویین بلندی به TEV وصل شده است. این لوله فشار داخل حباب را به قسمت بالای دیافراگم شیر منتقل می‌کند. حباب حس‌کننده دما عموماً از مبردی هم‌نام با مبرد شارژشده در مدار تشکیل شده است؛ مبرد درون حباب نسبت به دمای بخار در خروجی اواپراتور حساس است. هرچه دمای بخار گرم‌تر شود، مایع درون حباب بیشتر منبسط می‌شود. با افزایش نیروی وارد بر دیافراگم TEV، شیر انبساط بازتر می‌شود تا مقدار مبرد بیشتری از خود عبور دهد. اگر دمای بخار مبرد خروجی از اواپراتور کاهش یابد، مبرد درون حباب منقبض می‌شود و فشار کمتری بر دیافراگم وارد می‌کند؛ در نتیجه شیر بسته می‌شود و مقدار مایع مبرد و فشار کاهش می‌یابد. دیافراگم شیر متحرک، عضوهای دیگر را وادار به حرکت می‌کند. حرکت آن‌ها به کمک یک یا دو میله به سوزن شیر انبساط و پایه سوزن منتقل می‌شود. سوزن در مجرای شیر به سمت داخل یا بیرون حرکت می‌کند. فنر سوپرهیت در زیر پایه سوزن قرار دارد و یک راهنمای فنر آن را در جای خود نگه می‌دارد.

سه نوع فشار اساسی بر دیافراگم شیر وارد می‌شود که حرکت آن را تحت تأثیر قرار می‌دهد: فشار حباب حساس (P1)، فشار متعادل‌کننده (P2) و فشار فنر (P3). فشار حباب حساس که تابعی از دماست، بر روی قسمت بالای دیافراگم وارد می‌شود و باعث بازتر شدن آن می‌گردد. در خلال کارکرد شیر، فشار حباب حساس باید با مجموع فشار اواپراتور و فنر برابر شود.

علائم خرابی شیر انبساط

در بازدیدهای میدانی، نشانه‌های زیر معمولاً نخستین سرنخ خرابی یا تنظیم نادرست شیر انبساط هستند:

• یخ‌زدگی یا برفک روی لوله ساکشن یا بدنه اواپراتور
• افت محسوس ظرفیت برودتی بدون تغییر در بار مصرفی
• نوسان یا افت غیرعادی فشار مکش کمپرسور
• صدای هیس یا لرزش غیرعادی در محل نصب شیر
• سوپرهیت بسیار بالا یا بسیار پایین نسبت به مقدار طراحی

محل نصب بالب شیر انبساط

بالب شیر انبساط باید بر خط مکش، نزدیک اواپراتور و به فاصله ۱۰ تا ۲۰ سانتی‌متر، به‌صورت افقی بسته شود. لوله بالب باید حتماً از بالای لوله وارد شود، نه از پایین آن، تا از برگشت مایع به شیر جلوگیری کند. بالب روی لوله مکش با قطر کمتر از ۲۰ میلی‌متر معمولاً در بالای لوله نصب می‌شود، ولی در لوله با قطر خارجی ۲۰ میلی‌متر و بیشتر معمولاً در ساعت ۴ یا ۸ نصب می‌گردد؛ زیرا در پایین لوله ساکشن روغن جمع می‌شود و مانع رسیدن سرمای کافی به بالب می‌شود. تا حد امکان باید از قرار دادن بالب به‌صورت عمودی خودداری شود؛ اما در صورت اجبار، باید بالاتر از تله روغن در قسمت عمودی لوله مکش نصب شود.

نحوه قرارگیری شیر انبساط مکانیکی در سیکل

تنظیم شیر انبساط مکانیکی

این شیر دارای پیچ تنظیم دستی است؛ اگر آن را موافق عقربه‌های ساعت (به سمت داخل) بچرخانیم، مبرد کمتری وارد اواپراتور می‌شود. تنظیم آن باید با دقت انجام شود: در هر بار چرخش کمتر از یک‌چهارم دور آن را بچرخانید و یک تا سه ساعت منتظر بمانید تا تأثیرات آن مشخص شود. اگر پیچ تنظیم را مخالف عقربه‌های ساعت (به سمت خارج) بچرخانیم، مبرد بیشتری وارد اواپراتور می‌شود.

تنظیم شیر انبساط مکانیکی

عملکرد لوله مویین

در اواپراتوری که اختلاف فشار بین ورودی و خروجی آن بیشتر از ۵ psi باشد، از این نوع شیر استفاده می‌شود. این لوله از یک طرف به بخش فشار ضعیف دیافراگم و از طرف دیگر به لوله مکش متصل می‌شود تا در صورت افزایش افت فشار در خروجی اواپراتور، فشار محرک شیر با فشار لوله مکش در محل نصب بالب برابر شود. مبرد از کندانسور گذشته و به طرف فیلتر درایر حرکت می‌کند و از طریق لوله مویین کنترل‌شده وارد اواپراتور می‌شود. فشار مبرد مایع قبل از ورود به لوله مویین بسیار زیاد است، اما فشار اواپراتور کمتر است. طرح لوله مویین طوری است که هنگام کارکرد کمپرسور، بین ابتدا و انتهای لوله مویین اختلاف فشار به وجود می‌آید. کمپرسور فشار مبرد مایع داخل لوله‌های تبخیرکننده را در سطح پایین حفظ می‌کند و مبرد مایع در این قسمت به علت کمبود فشار سریعاً می‌جوشد. لوله‌های مویین ساده‌ترین کنترل‌کننده‌های شارش مبرد هستند و فقط شامل یک لوله با طول ثابت و قطر کم می‌شوند که بین چگالنده و اواپراتور، و معمولاً در محل لوله مایع معمولی سوار می‌شوند.

به علت مقاومت اصطکاکی بالا ناشی از طول و سوراخ کوچک لوله، و به علت اثر خفگی ناشی از تشکیل تدریجی گاز هواگیر در لوله هنگام کاهش فشار مایع از فشار اشباع آن، لوله مویین وارد عمل می‌شود تا شارش مایع از چگالنده به اواپراتور را محدود یا مدرج کند و به این ترتیب اختلاف فشار عملکرد لازم بین این دو واحد را حفظ کند. چون لوله مویین و کمپرسور به‌طور متوالی در سیستم بسته شده‌اند، واضح است که ظرفیت شارش لوله باید الزاماً برابر ظرفیت پمپ کردن کمپرسور در حین کار باشد. نتیجتاً اگر قرار باشد سیستم به‌طور مؤثر کار کند و در شرایط عملکرد طراحی توازن داشته باشد، طول و سوراخ لوله باید طوری باشد که ظرفیت شارش لوله در مقدار تبخیر طراحی و فشارهای چگالنده، عیناً برابر ظرفیت پمپ کردن کمپرسور در همان شرایط باشد.

در صورتی که مقاومت لوله آن‌قدر باشد که ظرفیت شارش لوله بزرگ‌تر یا کوچک‌تر از ظرفیت پمپ کردن کمپرسور در شرایط طراحی باشد، موازنه‌ای بین این دو قطعه در شرایط عملکردی غیر از شرایط طراحی سیستم برقرار خواهد شد. برای مثال اگر مقاومت لوله خیلی بزرگ‌تر باشد (لوله خیلی بلند یا سوراخ خیلی کوچک باشد)، ظرفیت لوله برای گذراندن مبرد مایع از چگالنده به اواپراتور کمتر از ظرفیت پمپ کردن کمپرسور در شرایط طراحی خواهد بود؛ در این صورت اواپراتور خالی از مبرد می‌شود، در حالی که مایع زیادی در قسمت پایین‌تر چگالنده در ورودی لوله مویین بالا می‌آید. طبیعتاً خالی شدن اواپراتور از مایع، در کاهش فشار مکش اثر می‌گذارد، در حالی که بالا آمدن سطح مایع در چگالنده باعث کاهش سطح مؤثر چگالش و در نتیجه افزایش دمای چگالش می‌شود. از این رو تأثیر خالص محدودیت زیاد در لوله مویین، کاهش فشار مکش و افزایش فشار چگالش خواهد بود؛ چون هر دوی این شرایط تمایل به افزایش ظرفیت شارش لوله دارند و در عین حال ظرفیت پمپ کردن کمپرسور را کاهش می‌دهند.

لوله مویین

تأثیر کم بودن شارژ مبرد بر عملکرد شیر انبساط

شیر انبساط الکترونیکی بر اساس فشار ورودی اواپراتور کار می‌کند. همچنین قطر ورودی شیر کمتر از خروجی آن است. اتصالات آن دنده‌ای، فلنجی یا لحیم‌کاری‌شده است. اگر مبرد اواپراتور کم شود، فشار داخل اواپراتور نیز کم می‌شود و در نتیجه باعث ورود مبرد بیشتر به داخل اواپراتور می‌شود. هرگاه صحبت از کمبود مبرد می‌شود، معنی آن این است که به‌اندازه کافی مبرد در کل سیستم وجود ندارد که بتواند برودت لازم را تأمین کند. خط مایع باید پر از مایع ساب‌کول‌شده باشد، ولی به دلیل کمبود مبرد، مایع کافی در خط مایع وجود ندارد. کمبود مایع در ورودی شیر انبساط به این معناست که در خروجی آن نیز مایع کمی وجود دارد؛ به همین دلیل آخرین قطره مایع در اواپراتور خیلی زود تبخیر می‌شود. در نتیجه گاز مبرد بیشتر با هوای گرم در تماس است و سوپرهیت در اواپراتور زیاد می‌شود. به خاطر کمبود مبرد در اواپراتور، ظرفیت برودتی کاهش می‌یابد و در نتیجه دمای محیط افزایش می‌یابد؛ لذا دمای هوای ورودی به اواپراتور نیز افزایش می‌یابد (نقطه ۴). از آنجا که ظرفیت برودتی کاهش یافته، دمای هوای خروجی از اواپراتور نیز افزایش می‌یابد (نقطه ۵).

عوامل ایجاد کمبود مبرد کاملاً روشن است: یا در سیستم نشت مبرد وجود دارد، یا از قبل مبرد کمی در سیستم شارژ شده است. اولین قدمی که یک کارشناس باید انجام دهد این است که کل سیستم را با دقت از نظر نشت مبرد بررسی کند. اگر نشتی پیدا شد، ابتدا با دقت نشت‌گیری و سپس مبرد کافی به سیستم اضافه شود.

تأثیر انتخاب شیر انبساط مکانیکی سایز بالاتر بر عملکرد سیستم

اگر ظرفیت شیر انبساط بیشتر از ظرفیت اواپراتور انتخاب شود، باعث می‌شود مبرد بیشتری وارد اواپراتور شود و در نتیجه موجب برفک زدن اواپراتور و کاهش ظرفیت چیلر می‌شود.

تأثیر شارژ زیاد مبرد بر عملکرد شیر انبساط

فرار روغن از کمپرسور به‌شدت بر ظرفیت چیلر تراکمی تأثیر می‌گذارد. روغن واردشده به سیکل تبرید سالانه هزینه زیادی را متوجه صاحبان سیستم برودتی می‌کند و ظرفیت چیلر را کاهش می‌دهد. در چیلرهای فشار بالا (R-12، R-22، R-134a) و چیلرهای فشار پایین، روغن هم به‌عنوان روان‌کننده و هم به‌عنوان خنک‌کننده استفاده می‌شود. زمانی که روغن به لوله مویین می‌رود، با مبرد مخلوط می‌شود و راندمان و ظرفیت سیکل تبرید را کاهش می‌دهد. این اتفاق با پوشش سطح داخلی لوله‌ها توسط روغن رخ می‌دهد و تأثیر خنک‌کنندگی را کاهش داده و به تأخیر می‌اندازد؛ همچنین ذرات و آشغال‌های جمع‌شده در لوله مویین می‌توانند با روغن مخلوط شده و به قطعات مختلف آسیب برسانند. توجه به این نکته در اسیدشویی چیلر و بازرسی دوره‌ای سیستم اهمیت زیادی دارد؛ به‌ویژه در چیلرهای رفت و برگشتی که نوسان بار بیشتری دارند، کنترل شارژ مبرد باید دقیق‌تر انجام شود.

تحریریه تیم خدمات فنی مهندسی به فیکس

برداشت از مطالب سایت تنها با ذکر منبع و لینک سایت مجاز می‌باشد