شیر انبساط
شیر انبساط یا اکسپنشن ولو قطعه ای از سیکل تبرید است که در خط مایع در خروجی کندانسور و قبل از اواپراتور قرار می‌گیرد. وظیفه آن این است که میزان ورود مبرد به اواپراتور را کنترل کند. در شیر عمل افزایش حجم مبرد و تغییر فاز رخ می دهد. مقدار افزایش حجم و کیفیت آن در سرمایش سیستم نقش اساسی دارد. شیر انبساط یکی از اصلی ترین قطعات در سیکل تبرید است.
شیرهای انبساط بر اساس ساختار دستگاه برودتی، نوع اواپراتور و نحوه کنترل دبی مبرد انتخاب می شوند. شیرهای انبساط میزان سوپرهیت شدن گاز مبرد خروجی از اواپراتور را بررسی می کنند.
انواع شیر انبساط
شیر انبساط دبی مبرد را کنترل می کند و مکانیزم های کنترل جریان مبرد که در سیستم های تهویه مطبوع و سیستم های برودتی به کار می روند عبارتند از :
- لوله مویین
- شیرهای انبساط الکترونیکی
- شیرهای انبساط ترموستاتیکی (مکانیکی)
شیر های انبساطی مکانیکی و الکترونیکی از رایج‌ترین شیرهای انبساط برای کنترل دبی مبرد در سیستم های تهویه مطبوع و برودتی می باشند.
شیر انبساط ترموستاتیکی
شیر انبساط ترموستاتیکی یا حرارتی که با نام شیر مکانیکی نیز شناخته می‌شود رایج ترین شیر انبساط به کار رفته در دستگاه های برودتی و تهویه مطبوع است و با علامت اختصاری TEV یا TXV نمایش داده می شود. که مخفف عبارت انگلیسی (Thermal Expansion Vales) می‌باشد.
در اکسپنشن ولو های مکانیکی میزان جریان مبرد که به درون اواپراتور وارد می‌شود توسط 2 عامل کنترل می شود:
- فشار ورودی اواپراتور
- درجه حرارت خروجی اواپراتور
اجزای شیر انبساط ترموستاتیکی
اجزای شیر انبساط ترموستاتیکی عبارتند از:
- صافی
- سوزن
- دیافراگم
- بدنه شیر
- حباب حسگر
- محفظه عبور مبرد
- دریچه اتصال متعادل کننده خارجی
- فنر تنظیم فشار استاتیکی سوپرهیت
برای آنکه بتوانیم نحوه عملکرد شیر انبساط ترموستاتیکی را مورد ارزیابی قرار دهیم ابتدا باید انواع فشار های وارده به دیافراگم شیر انبساط را بررسی کنیم.
- فشار فنر که به سمت بالا می باشد.
- فشار اواپراتور که به سمت بالا می باشد.
- فشار حباب حسگر که به سمت پایین می باشد.
فشار شیر انبساط ترموستاتیکی
فشارهای ذکر شده به طور مداوم و با توجه به شرایط کاری سیستم تهویه نسبت به یکدیگر در حال تغییر می‌باشند تا میزان مبرد ورودی به داخل اواپراتور توسط شیر انبساط تنظیم شود. میزان فشار فنر شیر انبساط مکانیکی توسط شرکت سازنده آن تنظیم می‌شود که این مقدار تعیین کننده میزان سوپرهیت در خروجی اواپراتور است. اگر از حالت کالیبره که توسط شرکت سازنده انجام شده است خارج شود، برای سیستم تهویه مشکلاتی را ایجاد می‌کند و باید توسط کارشناسان آموزش دیده و طبق دستورالعمل های کمپانی سازنده شیر مکانیکی مجدداً کالیبره و تنظیم شود.
شیر انبساط ترموستاتیکی بر اساس میزان دمای بخار سوپرهیت خروجی از اواپراتور، دبی مبرد ورودی به اواپراتور را تنظیم می کند. حباب حسگر دما در خروجی اواپراتور نصب می شود و دمای بخار سوپرهیت مبرد خروجی از اواپراتور را اندازه گیری می کند. سنسور به وسیله یک لوله مویین به قسمت فوقانی دیافراگم شیر مکانیکی وصل می شود.
نحوه تنظیم فشار انبساط ترموستاتیکی
- هنگامی که مبرد مایع از فضای کوچک اطراف سوزن موجود در بدنه شیر عبور می‌کند فشارش شدیداً افت می‌کند.
- سپس به فشار تبخیر می‌رسد.
- با کاهش این فشار مایع مبرد به ذرات بسیار ریزی تبدیل می شود.
- این ذرات به وسیله شیر توزیع و لوله ها وارد لوله های مسی اواپراتور می‌شود.
- با انجام انتقال حرارت به تدریج بخار می‌شود.
- در انتهای اواپراتور تمامی مایع مبرد به بخار مبرد تبدیل می‌شود.
- هنگام خروج از اواپراتور این بخار به صورت سوپرهیت است که دمای آن از دمای بخار اشباع بالاتر است.
- اگر ظرفیت سرمایش افزایش پیدا کند دمای سوپرهیت خروجی از اواپراتور نیز افزایش پیدا می‌کند.
- افزایش دما باعث افزایش فشار اشباع در ناحیه فوقانی دیافراگم شیر انبساط می گردد
- با توجه به اینکه دیافراگم به سوزن شیر متصل است و با افزایش فشار در بالای دیافراگم سوزن به سمت پایین حرکت می کند.
- این عمل باعث می شود ناحیه عبور مبرد بزرگتر شود و مقدار مبرد عبوری از آن افزایش پیدا کند.
- اگر ظرفیت سرمایش کاهش پیدا کند. دمای سوپرهیت خروجی از امپراتور نیز کاهش پیدا می‌کند.
- فشار ایجاد شده از سمت حباب حسگر دما در قسمت فوقانی دیافراگم نیز کم می شود.
- باعث می شود سوزن شیر انبساط به سمت بالا حرکت کند
- ناحیه عبور مبرد کوچکتر می شود.
- میزان مبرد عبوری به داخل اواپراتور نیز کاهش پیدا کند.
محل نصب حباب حسگر شیر انبساط مکانیکی
بالب حسگر شیر انبساط باید بر روی خط مکش و به فاصله ۱۰ تا ۲۰ سانتی متر در خروجی اواپراتور نصب شود. این بالب باید به صورت افقی بر روی لوله بسته شود و برای جلوگیری از بازگشت مایع به شیر حتماً باید لوله بالب از بالای آن وارد شود. بال بر روی لوله با قطر کمتر است ۲۰ میلیمتر معمولاً در بالای آن نصب می شود ولی در لوله های با قطر خارجی ۲۰ میلیمتر و بیشتر معمولاً در موقعیت ساعت ۴ یا ۸ نصب می شود.
زیرا در لوله ساکشن روغن جمع می شود و سرمای کافی به بالا نمی رسد. در صورتیکه امکان نصب لوله بار به صورت افقی وجود نداشته باشد باید آن را بالاتر از تله روغن و در قسمت عمودی لوله مکش نصب کرد.
بیشتر بخوانید: انتخاب مینی چیلر
تنظیم شیر انبساط مکانیکی
اکسپنشن ورد های مکانیکی دارای پیچ تنظیم دستی می باشد و در صورت چرخش پیچ تنظیم دستی در جهت عقربه های ساعت مبرد کمتری وارد اواپراتور می شود. در هر بار چرخش باید کمتر از یک چهارم دور پیچ را بچرخانیم و منتظر باشیم و بعد از یک تا سه ساعت تاثیرات تغییر در شیر انبساط را ملاحظه کنیم. در صورت آنکه پیچ تنظیم شیر انبساط را مخالف عقربه های ساعت بچرخانیم مبرد بیشتری وارد اواپراتور می شود.
انواع شیر انبساط ترموستاتیکی
شیرهای انبساط مکانیکی به دو دسته تقسیم می شوند
- شیر با متعادل کننده داخلی
- شیر با متعادل کننده خارجی
در صورتیکه اواپراتور افت فشار بالایی داشته باشد از شیر انبساط با متعادل کننده خارجی استفاده می شود. در این نوع از شیر ها، فشار خروجی اواپراتور توسط یک لوله به زیر دیافراگم منتقل می شود و شیر پاسخ صحیح به سوپرهیت می دهد و سوپرهیت اضافه تولید نمی‌کند.
این قطعه با متعادل کننده خارجی بر اساس فشار خروجی اواپراتور کار می‌کند و شیر ترموستاتیکی با متعادل کننده داخلی بر اساس فشار ورودی اواپراتور کار می کند.
مزایای استفاده از شیرهای انبساط مکانیکی
- عملکرد مداوم
- تنظیم راحت و دستی آن
- هزینه تعمیر و نگهداری کم
- قیمت کمتر نسبت به شیرهای انبساط الکترونیکی
معایب استفاده از شیرهای انبساط مکانیکی
- عدم کنترل حرارت زیاد
- برای اختلاف فشار های پایین مناسب نیستند.
- دقت کمتر نسبت به شیرهای انبساط الکترونیکی
شیر انبساط الکترونیکی
با پیشرفت تکنولوژی شیرهای انبساط الکترونیکی تولید شده اند که نسبت به شیرهای انبساط مکانیکی دقت بالاتری دارند. شیر انبساط الکترونیکی برای تنظیم میزان سوپرهیت در سیستم های تبرید مورد استفاده قرار می گیرد. این نوع از شیر ها کنترل دقیق تری بر روی جریان مبرد دارند و در دستگاه هایی که به تنظیم دقیق مقدار مبرد ورودی به اواپراتور نیازمند است از شیر الکترونیکی استفاده می شود.
شیر انبساط الکترونیکی توسط یک کنترل کننده الکترونیکی کنترل می شود و با توجه به سیگنال هایی که توسط این کنترل کننده به آن ارسال می شود، اقدام به باز و بسته کردن شیر می‌کند و میزان مبرد وارد شده به اواپراتور را کنترل می‌کند. کنترل کننده فشار و دما را به وسیله سنسور های نصب شده در خط ساکشن دریافت می کند و با توجه به نوع مبرد و سوپرهیت تعریف شده برای آن مبرد با ارسال یک سیگنال الکترونیکی فرمان باز یا بسته شدن شیر انبساط را صادر می کند. این عمل به منظور ثابت ماندن سوپرهیت انجام می شود.
برای باز یا بسته شدن شیر انبساط از یک موتور الکترونیکی کوچک استفاده می شود که این موتور الکترونیکی کوچک را استپ یا استپر موتور می‌نامند. حرکت استپر در بدنه شیر بیش از ۱۵۰۰ مرحله دارد که نشان دهنده میزان دقت در عبور مبرد است.
بیشتر بدانید: مینی چیلر 3 تن تبرید
اجزای شیر انبساط الکترونیکی
شیر انبساط الکترونیکی از اجزایی از جمله بدنه، سوزن تنظیم، استپر موتور، پورت تنظیم، اتصال ورودی، اتصال خروجی و مهره قفل شونده تشکیل شده است.
انواع شیرهای انبساط الکترونیکی
امروز سه نوع از شیرهای انبساط الکترونیکی مورد استفاده قرار می گیرند :
- شیر الکترونیکی مجهز به موتور پله ای
- شیر الکترونیکی پالسی
- شیر الکترونیکی آنالوگ
شیرهای انبساط الکترونیکی از نظر نوع استپر موتور به دو نوع زیر تقسیم می شوند
- تک قطبی
- دو قطبی
مزایای استفاده از شیرهای انبساط الکترونیکی
- مصرف انرژی کم
- از overheating جلوگیری می کنند
- کاملا مطمئن هستند و خطا ندارند
- باعث بهبود عملکرد کمپرسور می شود
- قابلیت استفاده برای انواع مختلف مبرد ها
- ابعاد کوچکتر نسبت به شیرهای انبساط مکانیکی
- عملکرد بسیار سریع نسبت به شیرهای انبساط مکانیکی
معایب استفاده از شیرهای انبساط الکترونیکی
- قیمت نسبتاً بالاتر شیرهای انبساط الکترونیکی نسبت به شیرهای انبساط مکانیکی
تاثیر انتخاب شیر انبساطی با سایز بالاتر
در صورت انتخاب شیر انبساط مکانیکی بزرگتر از ظرفیت اواپراتور، مبرد بیشتری وارد اواپراتور می شود. این امر باعث برفک زدن اواپراتور می‌گردد و باعث آسیب رسیدن به اواپراتور و کاهش ظرفیت چیلر می شود.
تاثیر شارژ زیاد مبرد بر عملکرد شیر انبساط
یکی از عواقب شارژ زیاد مبرد فرار روغن از کمپرسور می باشد. فرار روغن از کمپرسور بر روی ظرفیت چیلر تراکمی اثر می گذارد و باعث کاهش آن می‌شود. در چیلرهای فشار بالا و فشار پایین روغن به عنوان یک روان کننده و خنک کننده استفاده می شود. زمانی که روغن به لوله مویی می‌رود با مبرد مخلوط می شود که باعث می شود راندمان و ظرفیت چیلر کاهش پیدا کند.
تاثیر شارژ کم مبرد بر عملکرد شیر انبساط
اگر سیستم مورد نظر به اندازه کافی شارژ نشود و فشار داخل اواپراتور نیز کم می شود که باعث می‌شود مبرد بیشتر به داخل اواپراتور وارد شود. در صورتی که سیستم دچار کمبود مبرد شود، خط مایعی که باید پر از مایع سابکول باشد به اندازه کافی مایع در آن وجود ندارد که بتواند برودت لازم را تامین کند.
کمبود مایع در ورودی شیر انبساط باعث می شود که در خروجی آن این نیز مایع کم باشد و این امر باعث می شود که قطرات مایع در اواپراتور به سرعت تبخیر شوند. این امر باعث می شود گاز مبرد بیشتر با هوای گرم انتقال حرارت داشته باشد که باعث افزایش سوپرهیت در اواپراتور می شود. شارژ کم مبرد باعث کاهش ظرفیت برودتی می شود و به همین دلیل دمای آب ورودی به اواپراتور افزایش پیدا می کند. در نتیجه دمای آب خروجی از اواپراتور نیز افزایش پیدا می‌کند.
