Elementy automatyki do regulacji poziomu cieczy w aparatach

Politechnika Gdańska
Seminarium z przedmiotu
Automatyka chłodnicza i klimatyzacyjna
Temat: Elementy automatyki do regulacji poziomu
cieczy w aparatach instalacji chłodniczej
wykonał :Wojciech Kątny
specjalność : SUCHiK
Gdańsk 2009
1
1) Wstęp
W parownikach płaszczowo-rurowych typu zalanego, chłodnicach
międzystopniowych, osuszaczach i innych elementach instalacji chłodniczej,
zachodzi konieczność utrzymania stałego, niezależnego od wahań obciążenia
cieplnego, poziomu ciekłego czynnika. Do tego celu stosowane są:
•
Zawory pływakowe niskiego i wysokiego ciśnienia (bezpośredniego i
pośredniego działania),
•
Termostatyczne regulatory poziomu cieczy
•
Elektroniczne regulatory poziomu cieczy
2) Omówienie regulatorów poziomu cieczy
A)
Zawory pływakowe niskiego ciśnienia
CECHY
•
Zmiana położenia pływaka powoduje bezpośrednią zmianę wolnego
przekroju, przez który ciekły czynnik dopływa np. do parownika
•
Zakres proporcjonalności wynosi od 20 do 100mm różnicy poziomu cieczy
•
Element czujnikowy jakim jest pływak oraz iglica znajdują się w przestrzeni
niskiego ciśnienia
•
W miarę obniżenia się poziomu ciekłego czynnika w zasilanym parowniku,
pływak opada, wysuwając iglicę z otworu dyszy, umożliwiając wtrysk
czynnika do komory
2
•
Bezpośredni wtrysk cieczy do komory pływaka może być przyczyną
falowania powierzchni wrzącego czynnika, a więc i kołysanie samego
pływaka
•
Zawór pływakowy działa na zasadzie regulacji proporcjonalnej
Zawór ten stosowany jest do małych, zalanych parowników gdzie są
dopuszczalne tylko małe zmiany poziomu cieczy. Kiedy poziom cieczy opada,
pływak (2) porusza się w dół. To wyciąga trzpień (15) z dyszy powodując wzrost
ilości wtryskiwanej cieczy. Przewód wlotowy cieczy, który jest zamontowany do
złączki (C) powinien być dobrany sposób zapewniający dopuszczalne prędkości i
spadki ciśnienia. Pary czynnika, które powstają przy rozprężeniu są wyprowadzane
przez rurę wyrównawczą poz. D.
3
Wykorzystanie tego zaworu w dużych instalacjach chłodniczych wiązałoby się ze
znacznym wzrostem jego masy i gabarytów, stąd też jest on obecnie stosowany jako
regulator pilotujący w regulacji pośredniej.
Układ pośredniego działania z regulatorem pilotującym niskiego ciśnienia typu SVL i
mechanizmu wykonawczego w postaci zaworu serwotłokowego PMFL
Wraz z obniżeniem się poziomu cieczy w zaworze pilotującym, zaczyna się on
otwierać powodując spadek ciśnienia doprowadzonego za pośrednictwem rurki do
korpusu zaworu głównego PMFL. Wówczas ciśnienie wlotowe p1 działające od dołu
na tłok, pokonując masę tłoka i nacisk sprężyny, wymusza je otwarcie, zwiększając
ilość cieczy dopływającej do aparatu. Gdy poziom cieczy wzrasta, pływak sterujący
w zaworze pilotującym przymyka przepływ, powodując wzrost ciśnienia ps nad
tłokiem i gdy różnica ciśnień po obu jego stronach odpowiednio się obniży, zawór
pod wpływem własnego ciężaru i działania sprężyny, zaczyna przymykać przepływ.
4
B)
Zawór pływakowy wysokiego ciśnienia
CECHY
•
W komorze pływakowej panuje ciśnienie skraplania
•
Wewnątrz komory znajduje się pływak otwierający przepływ podczas jej
wypełniania ciekłym czynnikiem
•
Zawory te są stosowane w urządzeniach z jednym parownikiem lub z
kilkoma parownikami podobnej wielkości, połączonymi równolegle i
pracującymi ze stałym obciążeniem cieplnym
•
Utrzymują poziom cieczy w skraplaczu lub zbiorniku cieczy na stałej
wysokości , zależnej od miejsca lokalizacji elementu regulacyjnego
•
Zawór taki jest wrażliwy na ilość czynnika w obiegu, jak jest mała to
występuje niedostateczne zasilanie parownika, natomiast jak jest zbyt duże –
zalewa się przewód ssawny i w sprężarce występuje uderzenie hydrauliczne.
Zawory pływakowe wysokiego ciśnienia również można stosować jako regulator
pilotujący w regulacji pośredniej.
5
C)
Termostatyczny regulator poziomu cieczy
CECHY
•
Wyposażony jest w czujnik z wmontowanym elementem grzewczym,
zasilanym napięciem 24 V. Zadaniem jego jest utrzymanie określonej
temperatury czujnika.
•
Regulacja ma charakter proporcjonalny
Jeżeli poziom czynnika spadnie poniżej miejsca zainstalowania czujnika, to
znajdzie się on pod wpływem temperatury otaczającego powietrza, a to spowoduje
wzrost jego temperatury i ciśnienia w jego wnętrzu. Powoduje to otwarcie zaworu,
dopływ cieczy do aparatu i podniesienie się jej poziomu. Czujnik ponownie będzie
6
omywany przez ciekły czynnik i za tym obniży się temperatura poczym zawór
zacznie się przymykać, ograniczając dopływ cieczy. Regulacja tego typu ma
charakter regulacji proporcjonalnej.
Jeżeli różnica między temperaturą w miejscu montażu a otoczeniem jest zbyt
mała należy sztucznie podgrzać np. za pomocą grzałki elektrycznej.
D) Elektroniczne regulatory poziomu cieczy
Regulator poziomu cieczy firmy Danfoss typu 38E.
Stosuję się go do regulacji poziomu cieczy w np.:
-skraplaczach
-zalanych parownikach
-Niskociśnieniowych i wysokociśnieniowych zbiornikach cieczy
-zbiornikach pompowych w układach pomp ciepła
-chłodnicach międzystopniowych
-jako zabezpieczenie poziomu wysokiego / niskiego w układach pompowych i
sprężarkowych
7
Zasada działania:
Kiedy pływak (10) jest podnoszony lub opuszczany przez ciecz, zmienia się
niskonapięciowy prąd płynący przez cewkę sterującą (elektromagnesu) (8).
Zmiana prądu niskonapięciowego jest wzmacniana przez wzmacniacz (3) i
powoduje przełączanie styków 6-7 na 7-8 i odwrotnie. Zwarcie styków powoduje
odcięcie lub umożliwienie dopływu czynnika do zbiornika przez regulator.
Regulator ten jest urządzeniem uniwersalnym, może by stosowany do
czynników chłodniczych takich jak np: R717 (amoniak), HFCR (np. R134a,
R404A), HCFC (np. R22). Zakres pracy takiego regulatora to 10 do 40 mm.
Czujnik ten jest również używany jako urządzenie zabezpieczające instalacje
chłodniczą przed stanami awaryjnymi (np. chłodnica międzystopniowa, gdzie
poziom cieczy musi by regulowany w określonych zakresach).
8
E)
Elektroniczny przetwornik poziomu typu AKS 41/41U
Sonda AKS41 działa na zasadzie pomiaru zmian pojemności elektrycznej w
zależności od poziomu cieczy wewnątrz zbiornika, w którym jest zanurzony pręt
pomiarowy . Sonda pojemnościowa składa się z pręta pomiarowego, znajdującego
się wewnątrz zbiornika, oraz przetwornika elektronicznego zmieniającego różnicę
pojemności elektrycznej na sygnał standardowy 4-20mA. Może być stosowana do
instalacji amoniakalnej jak i freonowej i może być wykonana z w kilku wersjach
różniących się długością ,tj. od 500 do 3000 mm i zarazem zakresem pracy, który jest
mniejszy od długości całkowitej o 70 mm.
Zalety:
- sonda pojemnościowa jest fabrycznie kalibrowana do żądanego poziomu
- sonda posiada zintegrowany elektroniczny przetwornik poziomu ze
standardowym sygnałem wyjściowym 4- 20 mA
- przy małych pojemnościach sonda może być montowana bezpośrednio do
zbiornika
- sonda posiada stabilizacje sygnału poziomu przy cieczach wrzących
- wstępna kalibracja zapewnia prostą i bezproblemową instalację i dalszą obsługę.
Zasada działania
Sonda składa się z dwóch rur: rury zewnętrznej i rury wewnętrznej. Ciecz
będzie wypełniać przestrzeń pomiędzy rurami, a przez pomiar pojemności
elektrycznej układu rur możliwe jest rejestrowanie na jak długim odcinku sonda jest
wypełniona cieczą. Sygnał jest przekazywany jako sygnał prądowy. Poziom cieczy
9
jest sprawdzany na bieżąco. Sygnał podawany przez sondę jest tłumiony co pozwala
na eliminację zakłóceń.
Bibliografia:
1)Bonca Zenon –”Automatyka chłodnicza i klimatyzacyjna”
2)www.danfos.pl
10