Главная > Статьи > Промышленные регуляторы давления Parker R/S. Особенности и преимущества 

Промышленные регуляторы давления Parker R/S. Особенности и преимущества

В промышленных холодильных установках, работающих по насосной схеме, значительную величину от общей стоимости системы составляют регулирующие вентили, от правильной работы которых зависит не только эффективность работы холодильной машины, но и безаварийная работа компрессоров жидкостных насосов. Все многообразие выпускаемых регулирующих вентилей можно условно разделить на три основные группы:

— регуляторы давления «до себя». Поддерживают давление не ниже заданной уставки на участке до вентиля вне зависимости от условий работы и давления после вентиля.

— регуляторы давления «после себя»: Поддерживают давление не выше заданной уставки на участке после вентиля вне зависимости от условий работы и давления до вентиля.

— регуляторы перепада давления. Поддерживают заданную разность давлений между входом и выходом вентиля.

Все три типа регуляторов используются как на стороне высокого, так и на стороне низкого давления, а также в контуре насосной циркуляции жидкого хладагента.

Рассмотрим несколько наиболее характерных примеров гидравлических схем установок с использованием регуляторов производства «Parker Hannifin Corp.».

Гидравлическая схема многокомпрессорной станции с винтовыми компрессорами и маслоотделителем циклонного типа

Рис. 1
1 — винтовой компрессор, 2 — маслоотделитель циклонного типа, 3 — регулятор давления «до себя» Parker A4A, 4 — обратный клапан HERL Т6F-RUV/TG.

В данной схеме на нагнетательной линии после маслоотделителя установлен регулятор давления «до себя» Parker A4A. Задачей регулятора является поддержание в нагнетательной магистрали компрессоров и маслоотделителе давления не ниже прим. 10 Бар с целью снижения уноса масла в систему. Повышенный унос масла из маслоотделителя наблюдается при следующих режимах работы:

— при запуске первого компрессора после стоянки и если при низкой температуре окружающей среды компрессор в течение относительно длительного времени не может создать достаточное давление в конденсаторе. Как показывает наш опыт эксплуатации, если первый компрессор запускается и через несколько секунд останавливается вследствие срабатывания какой-либо защитной цепи и если регулятор давления на нагнетательной линии не установлен, то через 3-4 таких запуска большая часть масла уносится из маслоотделителя и срабатывает поплавок нижнего уровня масла.

— при резком падении давления конденсации в случае включения вентиляторов конденсатора в зимний период или выключения одного или нескольких компрессоров, что ведет к вскипанию растворенного в масле хладагента из-за снижения давления в маслоотделителе.

Для многокомпрессорных станций с большим (более 3 шт.) количеством компрессоров особо важное значение имеет возможность поддержания регулятором заданного давления в режиме частичной нагрузки, когда, например, работает только один из четырех или пяти компрессоров. Практически все выпускаемые в настоящее время регуляторы давления могут стабильно работать в диапазоне от 50 % до 100 % от номинальной производительности. При меньших нагрузках регулятор входит в режим пульсаций, т. е. начинает закрываться — открываться, т. к. при малом потоке паров его конструкция не позволяет точно реагировать на изменение давления на входе. Реагируя на снижение нагрузки, клапан регулятора перекрывает проход паров, затем перепад давления на регуляторе немного возрастает — клапан начинает быстро двигаться в обратном направлении, практически полностью открывая регулятор, а затем всё повторяется снова. Зависимость степени открытия регулятора от нагрузки для большинства регуляторов показана на графике 1.

Графики 1 и 2

Регуляторы Parker серии A4A позволяют поддерживать заданное давление без появления пульсаций в диапазоне производительности от 10 до 100 (см. график 2) от реальной благодаря трём основным особенностям конструкции:

— диафрагма пилота, дозирующая подачу паров в зону над поршнем, имеет очень большую площадь, что позволяет точно дозировать количество проходящих паров даже при частичной нагрузке. Если сравнить диаметр нижней части пилота с диаметром пилотов других производителей, то разница будет сразу заметна.

— клапан регулятора имеет глубокие «синусоидальные» вырезы, что позволяет иметь переход для паров в режиме частичной нагрузки. Ниже рассмотреть отдельно.

— поршень регулятора имеет большую высоту, что в сочетании с точкой обработкой поверхности, обеспечивающей зазор между поверхностью поршня и стенкой цилиндра в сотые доли миллиметра, позволяет при минимальном трении обеспечить движение штока и клапана строго перпендикулярно площади седла и тем самым точно модулировать поток при минимальном изменении давления. Кроме того, на поверхности поршня выполнены специальные канавки, чтобы в тех скапливались мельчайшие частицы грязи, которые всегда препятствуют внутри трубопроводов, и не создавалось бы затруднений свободному ходу поршня.

Для полного открытия пилотных регуляторов всегда необходимо иметь определенный перепад давления между входом и выходом регулятора, т. е. даже полностью открытый вентиль всегда создает определенное сопротивления потоку хладагента. Степень совершенства регулятора определяется в том числе величиной такого перепада — чем меньше перепад давления, тем более совершенна конструкция. Для регуляторов А4А минимально необходимый перепад для полного открытия — 0,14 Бар. Лучшие образцы конкурентов имеют перепад около 0,2 Бар.

Выбор нужного регулятора для установки на нагнетательную линию после маслоотделителя необходимо производить с помощью специальных таблиц подбор или селективной программы. При этом в общем случае предпочтительно подобрать регулятор, который будет иметь перепад давления около 0,35 Бар. В случае выбора регулятора с меньшим перепадом есть опасность иметь значительно переразмеренный регулятор на режимах частичной нагрузки. Не следует руководствоваться диаметром нагнетательной трубы. Подтверждением этому является также тот факт, что два регулятора, имеющие даже одинаковый диаметр проходного сечения, но разную форму клапана имеют разный коэффициент потока KV и, как следствие, разную холодопроизводительность.

Например, сравним два регулятора давления «коммерческой» А8А и «промышленной» А4А серий с диаметром проходного сечения 1 5/8″.

Конструкция клапана А4А

Регулятор А4А (1 5/8«) имеет коэффициент потока KV=28,6, в то время как А8A −15,43. Благодаря форме клапана в полностью открытом положении. Регулятор А4А создает меньшее сопротивление потоку паров, т. е. имеет большую производительность.

Однако, не смотря на различие конструкций и производительности регуляторов, для примерной проверки правильности выбранного регулятора давления «до себя» на нагнетательной линии компрессора (или после маслоотделителя) можно руководствоваться следующим правилом. Правильно подобранный регулятор должен иметь диаметр на 1-3 размера меньше, чем диаметр нагнетательного трубопровода. Например, если диаметр трубы нагнетания — 1 5/8″, то диаметр регулятора давления в зависимости от типа должен быть 1 3/8″ — 7/8″

Оттайка воздухоохладителей горячими парами хладагента

В отличие от холодильных установок малой мощности, где оттаивание испарителя производится посредством встроенных электротенов, для низкотемпературных воздухоохладителей крупных холодильных систем в большинстве случаев предпочтительно использовать горячие пары для оттаивания снеговой шубы. Для установок большой мощности оттайка парами имеет ряд неоспоримых преимуществ:

— не требуется дополнительная электроэнергия для нагревания электротенов, мощность которых часто сравнима с холодопроизводительностью соответствующего воздухоохладителя.

— время оттаивания воздухоохладителя электротенами составляет в среднем 30-35 минут.

Продолжительность оттайки горячими парами в правильно отрегулированной системе — 15-20 минут.

— при оттайке парами тепло от хладагента передается на те же поверхности, которые являются охлаждающими во время цикла охлаждения.

Поэтому оттаивание снеговой шубы происходит равномерно и вероятность образования глыб льда на удаленных от электротенов участках воздухоохладителя значительно меньше.

При проектировании установки необходимо помнить, что оттаивания парами возможно в системе, где количество испарителей не менее четырех, т. е. когда один из испарителей работает в режиме оттайки, то остальные — в режиме охлаждения.

Иными словами, для проведения быстрого оттаивания необходимо определенное количество горячих паров, достаточное как для подачи в испаритель при оттайке, так и для поддержания достаточного для нормальной работы установки давления конденсации (не менее 10-12 Бар).

Для примера рассмотрим несколько типовых схем оттайки и дадим рекомендации по подбору элементов линейной автоматики.

Принципиальная гидравлическая схема оттаивания испарителя в насосно-циркуляционной системе (рисунок 2)

Рис. 2

В режиме охлаждения соленоидный клапан S4A1, установленный на линии подачи жидкости, открыт и хладагент поступает в испаритель. Нормально открытый клапан CK-2 открыт, и парожидкостная смесь возвращается в циркуляционный ресивер.

При подаче сигнала на оттайку соленоидный клапан S4A1 закрывается, перекрывая поток хладагента в испаритель. По истечении примерно 10 минут, во время которых при включенных вентиляторах воздухоохладителя большая часть жидкости внутри испарителя испаряется, открывается соленоидный клапан S6N и пары высокого давления закрывают клапан CK-2. Затем открывается соленоидный клапан S4A3 и горячие пары поступают в испаритель — давление внутри повышается, большая часть пара конденсируется, а образующийся конденсат в смеси с паром сбрасывается через регулятор A4AK (поддерживает давление до себя, соответствующее температуре насыщения около +15°С /6-7 Бар на R-22) в циркуляционный ресивер.

На общей линии подачи паров к испарителем предусмотрен регулятор давления «после себя» A4AOS, задачей которого является поддержание в испарителе давления не выше прим. 7-8 Бар с тем, чтобы давления в испарителях при оттайке колебалось в заданном интервале, а также с целью ограничения количества подаваемых для оттайки паров во избежание существенного снижения давления на нагнетании компрессорного агрегата.

Обратный клапан на входе трубопровода горячих паров в испаритель устанавливается для того, чтобы предотвратить попадание смеси жидкости и пара в змеевик поддона испарителя чтобы предотвратить его, и в трубопровод подачи паров, что может приводит в отдельных случаях к гидравлическим ударам.

После проведения оттайки и перед открытием клапана следует предусмотреть некоторое время для выравнивания давления до и после клапана. Для этого установлен обводной соленоидный клапан диаметром прим. 15-18 мм, постепенно выравнивающий давление в оттаиваемом испарителе с давлением всасывания.

При подборе регуляторов и вентилей для оттайки паром испарителя в насосно-циркуляционной системе существует ряд особенностей, связанных с внутренней конструкцией используемых элементов, на которые необходимо обратить внимание.

Соленоидный клапан на линии подачи жидкости в испаритель следует подбирать в соответствии с производительностью испарителя с помощью таблиц подбора, а не руководствоваться диаметром трубопровода.

Т. к. большая часть систем с насосной циркуляцией — низкотемпературные, когда температура подаваемой в испаритель жидкости составляет около −40°С, то минимальная температура среды, указанная в технической спецификации выбранного вентиля, должна быть не выше −45°С. Таким требованиям удовлетворяют клапаны промышленных серий, например, соленоидные клапаны Parker S4A, которые относятся к классу соленоидных клапанов непрямого действия. Для полного открытия клапана необходимо иметь перепад давления 0,25 Бар между входом и выходом клапана.

Перед соленоидным клапаном необходимо установить фильтр со съёмным картриджем, а на выходе — обратный клапан для жидкостной магистрали, например T5F-RUV/TF. Установка обратного клапана в рассматриваемой схеме оттайки совершенно необходима, т. к. S4A1 не является обратным клапаном и внешний обратный клапан необходим для предотвращения попадания горячих паров при оттайке в жидкостную магистраль, что может привести к гидроударам и разрушению элементов трубопроводов.

Соленоидный клапан серии S4A3 установлен также на линии подачи горячих паров в испаритель при оттайке.

Для перекрывания всасывающей магистрали используем клапан Parker CK-2, управляемый парами высокого давления. Внутренняя конструкция клапана CK-2 показана на рисунке.

В нормальном состоянии клапаны находятся в полностью открытом положении — поршень прижат пружиной вверх. При подаче паров высокого давления в управляющую линию давление паров над поршнем прижимает поршень вниз и клапан закрывается. Клапан CK-2 имеет достаточно простую конструкцию, минимально количество деталей и обладает высокой надежностью в эксплуатации.

Для полного закрытия клапана необходимо, чтобы давление в управляющей линии на 0, 7 Бар превышало давление всасывания.

Для поддержания заданного давления в испарителе во время процесса оттаивания, а также для сброса образующегося при оттайке жидкого хладагента в циркуляционный ресивер, используем регулятор давления A4AK, который отличается от стандартного A4A конструкцией седла пилота со специальным тефлоновым покрытием, позволяющим этому вентилю обладать большой долговечностью при значительном потоке жидкости и пара расход которой отличается в несколько раз в начале и конце цикла оттайки.

Таким образом, если в начале оттаивания регулятор почти полностью открыт, то в конце его, вследствие снижения потока в несколько раз.

Регулятор может работать с пульсациями и мембрана может стучать по седлу, и это приведет к повышенному износу поверхностей.

Подбор диаметра соленоидного клапана на подаче горячих паров S4A3, регулятора давления после себя A4AOS и регулятора на линии сброса жидкости может быть осуществлен с помощью селективной таблицы, которая определяет диаметр этих трёх вентилей, который одинаков для всех трёх регуляторов, в зависимости от холодопроизводительности рассматриваемого испарителя в режиме охлаждения.

Подачу горячих паров следует производить в верхнюю часть испарительной батареи, чтобы как можно быстрее «вытолкнуть» жидкость из испарителя в ресивер. Это значительно сократит время оттайки.

Принципиальная гидравлическая схема оттаивания испарителей в системе с подачей жидкости в приборы охлаждения через ТРВ (рисунок 3)

Рис. 3

Существует несколько схем оттаивания испарителей, запитываемых от ТРВ, горячими парами хладагента. Одна из них, часто используемая в Центральной Европе, но достаточно редко в России, показана на рисунке 3.

В режиме охлаждения регулятор А4АBL полностью открыт, не создавая перепада давлений, так что жидкий хладагент высокого давления подается к ТРВ. Соленоидные клапаны на выходе из испарителей полностью открыты. При подаче команды на оттайку любого из испарителей (например, испарителя 1) соленоидный клапан S5A на выходе из этого испарителя закрывается, соленоидный клапан на линии подачи горячих паров открывается, и горячие пары с нагнетания компрессора заполняют испаритель 1. Прекращается подача напряжения на регулятор перепада давлений A4ABL на жидкостной линии, так что между его входом и выходом создается перепад давлений около 1,5 — 2 бар. Поступающие в испаритель пары хладагента конденсируются, и жидкий хладагент подается в основную жидкостную линию высокого давления, в которой после срабатывания регулятора A4ABL давление становится ниже, чем в оттаиваемом испарителе, примерно на величину перепада давлений в регуляторе A4ABL. Таким образом, конденсирующийся в процессе оттайки одного из испарителей жидкий хладагент подается к ТРВ, работающим в режиме охлаждения испарителей, а не сбрасывается на сторону низкого давления с последующим выпариванием в отделителе жидкости.

Установленный на нагнетательной линии после маслоотделителя регулятор давления «до себя» А4А поддерживает давление, достаточное для проведения процесса оттаивания при низких температурах окружающей среды. Можно вместо А4А использовать регулятор А4АВ со встроенным соленоидным клапаном. В этом случае при работе всех испарителей в режиме охлаждения катушка соленоидного клапана находится под напряжением и регулятор полностью открыт. Если какой-либо испаритель переходит в режим оттаивания, встроенный соленоидный клапан закрывается и регулятор обеспечивает заданное давление «до себя».

В режиме охлаждения регулятор А4АS, установленный на выходе из испарителя 2, поддерживает заданную температуру кипения (например, −12 °С). При этом на катушку встроенного в регулятор соленоида подается напряжение. По команде на оттаивание испарителя 2 подача напряжения на катушку прекращается, регулятор закрывается — начинается процесс оттаивания.

При выборе регулятора давления кипения в испарителе или соленоидного клапана на выходе из испарителя следует руководствоваться селективной программой или таблицами подбора по холодопроизводительности.

Особое внимание следует обратить на перепад давлений на полностью открытом регуляторе (для полного открытия необходимо иметь определенный перепад давлений между входом и выходом регулятора, т. е. даже полностью открытый регулятор всегда создает определенное сопротивление потоку хладагента). Степень совершенства регулятора определяется, в том числе, и величиной этого перепада давлений: чем он меньше, тем более совершенна конструкция. Для регуляторов А4А(S) (испаритель 2) минимально необходимый перепад давлений для полного открытия 0,14 бар (лучшие аналоги имеют перепад 2,0 бар).

Для перекрытия трубопровода всасывания из испарителя 1 служит клапан Parker серии S5A, для полного открытия которого необходим перепад давлений всего 0,07 бар. Однако следует учитывать нижний температурный предел применения соленоидных клапанов серии S5A, который составляет −30 °С. Это объясняется повышением вязкости холодильного масла при более низких температурах, что создает дополнительное сопротивление движению поршня при открытии и закрытии клапана. Для более низких температур кипения рекомендуется использовать клапаны, управляемые движением горячих паров хладагента, СК-2. В полностью открытом положении перепад давлений на клапане СК-2 составляет лишь 0,017 бар.

В заключении нужно отметить, что образующийся при оттайке жидкий хладагент можно сбрасывать не только в общую жидкостную линию высокого давления, но и в нагнетательный трубопровод между компрессором и конденсатором.

Регулятор перепада давлений А4АВL в этом случае также необходимо монтировать на нагнетательной линии, чтобы в конце цикла оттаивания (когда в очищенном от снеговой шубы испарителе пары конденсируются не полностью) окончательная конденсация паров происходила в конденсаторе установки и чтобы равномерный поток жидкого хладагента к ТРВ, работающим в режиме охлаждения, не нарушался поступлением несконденсировавшихся паров.