Van điều chỉnh áp suất

 

1. Van điều chỉnh áp suất bốc hơi

 

Van điều chỉnh áp suất bốc hơi là loại van tự động giữ cho áp suất bốc hơi không thay đổi (áp suất cửa vào của van). Hình 1 giới thiệu van điều chỉnh áp suất bốc hơi tác động trực tiếp.

 

 

Hình 1. Kết cấu của van điều chỉnh áp suất bay hơi kiểu KVP của Danfoss

 

1. Nắp bảo vệ; 2. Đệm kín; 3. Vít điều chỉnh; 4. Lò xo chính; 5. Thân van; 6. Hộp xếp cân bằng; 7. Đĩa van; 8. Đế van; 9. Cơ cấu đệm trục; 10. đầu nối áp kế; 11. Nắp;

12. Đệm kín; 13. Kim chèn kín   

 

Áp suất hơi vào van (áp suất bốc hơi) tác dụng lên phần dưới của nắp van. Khi áp suất bốc hơi tăng, van mở to, lưu lượng hơi qua van tăng làm cho áp suất bốc hơi tăng trở lại. Rất dễ dàng nhận thấy, khi độ mở của van tăng, lực tác động của lò xo cũng tăng, vì vậy van có thể giữ áp suất bốc hơi không thay đổi trong một phạm vi nhất định. Trị quy định của áp suất bốc hơi có thể thực hiện qua sự điều chỉnh độ căng của lò xo. Ngoài ra, khi phụ tải lạnh tăng làm cho áp suất bốc hơi tăng dần đến cửa van sẽ mở to hơn, lưu lượng hơi qua van tăng làm cho phụ tải lạnh tăng, do đó van này cũng phần nào có tác dụng điều chỉnh năng suất lạnh.

 

Van điều chỉnh áp suất bốc hơi trực tiếp thường dùng trong hệ thống lạnh công suất nhỏ. Trong hệ thống công suất lớn, người ta dùng kết hợp van chủ với van dẫn giữ áp suất không đổi để thực hiện việc khống chế.

 

Khi hệ thống lạnh có nhiều kho lạnh có nhiệt độ khác nhau (áp suất bốc hơi khác nhau), ví dụ trong một kho lạnh có nhiều phòng lạnh có nhiệt độ khác nhau thể hiện trong hình 2, kho lạnh 1 có nhiệt độ 5 ⁰C, kho lạnh 2 có nhiệt độ 2⁰C và kho lạnh 3 có nhiệt độ -10⁰C thì vị trí và cách bố trí các van thể hiện trên sơ đồ nguyên lý hình 2. Van điều áp chỉ đặt sau dàn lạnh của phòng 5⁰C và phòng 2⁰C, còn sau dàn lạnh của phòng lạnh có nhiệt độ thấp nhất là -10⁰C thì chỉ đặt van một chiều. Nhờ có lắp đặt van điều áp mà các phòng lạnh hoạt động đạt yêu cầu mong muốn, nếu không sử dụng van điều áp thì tất cả dàn lạnh của các phòng lạnh phải hoạt động cùng áp suất bốc hơi thấp nhất, điều này dễ dẫn đến biến chất của các sản phẩm trữ ở các kho lạnh có nhiệt độ cao và sự hao hụt sản phẩm trữ tăng do độ ẩm không khí trong phòng bị giảm quá thấp (vì nhiệt độ bề mặt dàn lạnh dàn lạnh rất thấp nên độ khử ẩm không khí qua dàn lạnh rất mạnh, không khí khô thì sản phầm bốc hơi nhiều, độ hao hụt sản phẩm tăng).

 

 

Hình 2. Nguyên lý lắp đặt van điều áp trong kho lạnh với nhiều phòng có nhiệt độ khác nhau

 

1. Phòng trữ rau (+5⁰C), 2. Phòng trữ sữa và một số sản phẩm (2⁰C), Phòng trữ thịt cá (10⁰C)

 

4. Van tiết lưu nhiệt, 5. Van điều chỉnh áp suất, 6. Máy nén, 7. Dàn ngưng, 8. Bình chứa

 

 2. Van đều chỉnh áp suất ngưng tụ      

 

Khi vận hành hệ thống lạnh, sự thay đổi áp suất ngưng tụ có ảnh hưởng rất lớn đến tính năng hoạt động của máy lạnh, nếu áp suất ngưng tụ tăng cao, nhiệt độ gas thỉa sau khi nén sẽ tăng lên, tỷ số nén tăng, năng suất lạnh giảm, công tiêu hao tăng. Áp suất ngưng tụ thường tăng vào mùa hè, do đó vào mùa này cần cố gắng tìm cách giảm áp suất ngưng tụ để đảm bảo tính kinh tế vận hành máy lạnh đồng thời nâng cao độ tin cậy của thiết bị. Khi vận hành thiết bị vào mùa đông, áp suất ngưng tụ có thể quá thấp, áp suất ngưng tụ quá thấp sẽ dẫn đến những điều bất lợi cho van tiết lưu: độ chênh lệch áp suất trước và sau van nhỏ quá, động lực dùng cho cung cấp lỏng không đủ, làm cho khả năng hoạt động của van tiết lưu giảm đi rất nhiều (lưu lượng giảm), chất lỏng trước van rất dễ sôi, ảnh hưởng nghiêm trọng đến khả năng lưu động của van. Một mặt khác là làm thiếu lỏng cung cấp cho bình bốc hơi, năng suất lạnh của tổ máy giảm mạnh.

 

Có thể nhận thấy khi vận hành hệ thống lạnh, áp suất ngưng tụ chỉ cho phép biến động trong phạm vi hợp lý, quá cao hoặc quá thấp đều không tốt. Vì vậy cần phải điều khiển áp suất ngưng tụ. Đối với hệ thống lạnh vận hành liên tục toàn năm thì việc khống chế áp suất ngưng tụ càng quan trọng.

 

Chủng loại bình ngưng khác nhau thì phương pháp khống chế áp suất ngưng tụ cũng khác nhau, nhưng dù chủng loại bình ngưng nào thì cuối cùng cũng đều dùng phương pháp thay đổi khả năng trao đổi nhiệt của bình ngưng để thực hiện điều khiển áp suất ngưng tụ. Tăng khả năng trao đổi nhiệt của bình ngưng, áp suất ngưng tụ giảm và ngược lại.

 

a. Khống chế áp suất ngưng tụ của bình ngưng giải nhiệt bằng nước

 

 

Hình 3. Điều khiển áp suất ngưng tụ của bình ngưng giải nhiệt bằng nước

 

a. Dùng áp suất ngưng tụ trực tiếp phát tín hiệu

 

b. Dùng nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng để phát tín hiệu

 

1. Máy nén, 2. bình ngưng giải nhiệt bằng nước, 3. Bình chứa lỏng,

 

4. Van điều khiển lưu lượng nước dùng áp suất khống chế.

 

5. Van điều khiển lưu lượng dùng nhiệt độ khống chế. 

 

 

Trong loại bình ngưng giải nhiệt bằng nước (loại vỏ bọc chùm ống), người ta điều khiển lưu lượng nước giải nhiệt để khống chế áp suất ngưng tụ. Có thể dùng áp suất ngưng tụ trực tiếp phát tín hiệu điều khiển, đồng thời cũng có thể gián tiếp dùng tín hiệu nhiệt độ ra của nước giải nhiệt bình ngưng để phát tín hiệu điều khiển, cơ cấu chấp hành chính là van điều chỉnh áp lưu lượng nước. Hệ thống điều khiển loạI này được thể hiện trên hình 3

 

Van điều khiển lưu lượng nước là một loại van điều khiển dạng tỷ lệ, có hai loại: một loại căn cứ tín hiệu phat là áp suất ngưng tụ để điều khiển lưu lượng nước giải nhiệt, một loại khác là căn cứ nhiệt độ nước giải nhiệt ra khỏi bình ngưng để điều khiển lưu lượng nước.

 

Ngoài ra, mỗi loại có thể căn cứ vào dung lượng khác nhau để sử dụng dạng tác động trực tiếp hoặc dạng tác động gián tiếp. Đối với đường ống nhỏ hơn 25mm lực đóng mở van nhỏ, người ta thường dùng dạng tác động trực tiếp, còn đối với đường ống lơn hơn 32mm lực đóng mở lớn nên thường dùng loại tác động gián tiếp.

 

b. Khống chế áp suất bình ngưng giải nhiệt bằng gió

 

Đối với bình ngưng giải nhiệt bằng gió, để khống chế áp suất ngưng tụ người ta thực hiện theo hai cách sau:

 

- Điều chỉnh về phía không khí

 

- Điều chỉnh về phái môi chất lạnh

 

Điều chỉnh về phía không khí

 

Điều chỉnh về phía không khí chủ yếu là thay đổi lưu lượng không khí qua dàn ngưng tụ. Phương pháp thay đổi lưu lượng không khí gồm có:

 

- Thay đổi tốc độ động cơ quạt

 

- Thay đổi độ đóng mở của gió (thay đổi trở lực) ở cửa ra hoặc cửa vào.

 

- Thay đổi số quạt gió vận hành (khi bố trí nhiều quạt gió hoạt động song song).

 

Trong điều khiển bằng thay đổi tốc độ quạt, tín hiệu có thể dùng là áp suất ngưng tụ hoặc có thể lấy tín hiệu phát là nhiệt độ môi trường không khí xung quanh. Qua bộ điều khiển tốc độ quạt, thay đổi điện áp đặt lên động cơ điện của quạt làm thay đổi tốc độ hoạt động của quạt. Khi sử dụng tín hiệu phát là nhiệt độ môi trường, thì việc điều chỉnh tương đối ổn định, sự dao động của áp suất ngưng tụ nhỏ.

 

Sử dụng phương pháp điều chỉnh cửa gió là làm tiết lưu không khí để giảm tốc độ gió qua bình ngưng, giảm khả năng trao đổi nhiệt, dẫn đến làm tăng áp suất ngưng tụ.

 

Loại sử dụng đóng – tắt bớt một số quạt thích hợp cho trường hợp dàn ngưng tụ bố trí nhiều quạt. Dùng nhiệt độ môi trường để khống chế số quạt vận hành cần lưu ý là tối thiểu phải cso một quạt vận hành, đối với bình ngưng chỉ có một quạt thì không thể sử dụng phương pháp này.

 

Phương pháp điều chỉnh về phía không khí tương đối hiểu quả khi nhiệt độ môi trường không quá thấp (trên 4⁰C), nó điều chỉnh thuận tiện, tin cậy. Nhưng nếu nhiệt độ môi trường quá thấp thì không thể sử dụng phương pháp này.

 

Điều chỉnh áp suất về phía môi chất lạnh.

 

Phương pháp điều chỉnh áp suất ngưng tụ về phía môi chất lạnh thể hiện trên hình 4

 

 

 

Hình 4. Dùng phương pháp điều khiển áp suất về phía môi chất lạnh để điều chỉnh áp suất ngưng tụ bình ngưng giải nhiệt gió.

 

1. Máy nén, 2. Bình ngưng tụ, 3. Van điều chỉnh cao áp, 4. Van điều chỉnh chênh lệch áp suât, 5. Bình chứa cao áp, 6. Van tiết lưu, 7. Bộ bốc hơi

 

Trên đường ra khỏi bộ ngưng tụ 2 lắp đặt một van điều chỉnh cao áp 3, giữa đường gas thải của máy nén 1 và đường vào bình chứa 5 có lắp đặt một đừng ống thông ngang, trên đường ống thông ngang có lắp đặt van điều chỉnh chênh lệch áp 4. Sử dụng sự phối hợp hoạt động của hai van 3 và 4 để thực hiện điều chỉnh. Van điều chỉnh cao áp là van điều chỉnh dạng tỷ lệ nó chịu sự khống chế của áp suất trước van (áp suất ngưng tụ), độ mở của nó chịu sự khống chế của áp suất ngưng tụ với áp suất chỉnh định thì van đóng kín, khi đạt đến trị chỉnh định van bắt đầu mở. Khi hoạt động bình thường van mở hết cỡ. Van điều chỉnh chênh lệch áp là van điều chỉnh sựu không chế của chênh lệch áp trước và sau van, khi chênh áp lớn van mở to, khi chênh áp nhỏ van mở bé, khi độ chênh áp nhỏ hơn trị chỉnh định mở thì van đóng kín.

 

Quá trình điều chỉnh áp suất ngưng tụ như sau: vào mùa đông trước khi mở máy nén áp suất trong bình ngưng và bình chứa lỏng đều rất thấp, van 3 và van 4 đều đóng kín. Sau khi mở máy, áp suát bình ngưng tăng dần cho đến gần đạt trị quy định mở van 3 thì nó vẫn ở trạng thái đóng, gas thải từ máy nén ngưng tụ và tích lỏng lại trong bình ngưng, vì môi chất lỏng tích lại trong bình ngưng nên diện tích truyền nhiệt hữu hiệu của bình ngưng bị giảm xuống, áp suất ngưng tụ dần dần tăng cao. Vì mục đích chính của việc điều chỉnh là làm sao duy trì áp suất cao bình thường tại bình chứa để van tiết lưu có chủ động lực cung cấp lỏng, do đó khi có sự chênh lệch áp suất trước và sau van thì van điều khiển chênh áp 4 mở ra, gas sau khi nén được chảy thông vào bình chứa làm cho áp suất bình chứa lỏng tăng lên. Khi áp suất bình ngưng tăng quá giá trị giới hạn mở của van 3 thì van này mở ra. Vì sự tiết lưu của van 3 nên sự chênh áp trước sau van điều khiển chênh áp 4 vẫn tồn tại, độ mở của van vẫn được duy trì. Khi vận hành đạt đến trạng thái ổn định, van 3 mở, một phần lỏng tích trong bình ngưng chảy xuống bình chứa, van 4 mở nhỏ, một phần gas nóng vẫn thông vào bình chứa. Quá trình vận hành cứ tiếp tục, van 3 mở to dần và van 4 khép nhỏ dần đến khi van 3 mở hết cỡ còn van 4 đóng kín lại, hệ thống lạnh hoạt động với thông số yêu cầu.     

 

3. Van điều điều chỉnh áp suất bình chứa KVD

 

Van điều chỉnh áp suất bình chứa KVD mở khi áp suất trong bình chứa (lối ra của van) giảm xuống dưới mức qui định hay dưới giá trị đặt trên van. KVD chỉ mở theo áp suất ở cửa ra mà không phụ thuộc vào áp suất dao động ở cửa vào vì van được trang bị hộp xếp cân bằng.

 

Thiết bị điều chỉnh áp suất bình chứa

 

Trong nhiều trường hợp vận hành máy lạnh, áp suất bình chứa đóng vai trò qua trọng trong việc cấp đầu đủ lỏng cho các dàn bay hơi khi chế độ làm việc thay đổi, đặc biệt ở chế độ làm việc mùa đông, nhiệt độ nước làm mát hoặc không khí làm mát (giải nhiệt) có nhiệt độ thấp làm cho áp suất ngưng tụ giảm, áp suất của bình chứa sẽ giảm theo. Để duy trì áp suất của bình chứa, người ta thường đưahơi nóng từ máy nén trực tiếp đi vào bình chứa.

 

Hình 1, 2 sau giới thiệu van điều chỉnh áp suất bình chứa kiểu KVD của Danfoss.

 

 

Hình 1. Hình dạng bên ngoài của van KVD           Hình 2. Cấu tạo van điều chỉnh áp suất bình chứa KVD

 

1. Nắp bảo vệ; 2. Đệm kín; 3. Vít điều chỉnh; 4. Lò xo điều chỉnh; 5. Thân van; 6. Hộp xếp cân bằng; 7. Tấm van; 8. Đế van; 9. Cơ cấu giảm xung; 10. Đầu nối áp kế; 11. Mũ

 

Van điều chỉnh áp suất bình chứa KVD mở khi áp suất trong bình chứa (lối ra của van) giảm xuống dưới mức qui định hay dưới giá trị đặt trên van. KVD chỉ mở theo áp suất ở cửa ra mà không phụ thuộc vào áp suất dao động ở cửa vào vì van được trang bị hộp xếp cân bằng.

 

Các thông số kỹ thuật của van:

 

- Môi chất sử dụng là CFC, HCFC, HFC.

 

- Dải áp suất điều chỉnh: 3 --> 20 bar

 

- Áp suất làm việc lớn nhất là 28 bar

 

- Áp suất thử lớn nhất là 31 bar

 

- Nhiệt độ môi chất thấp nhất là -45˚C

 

- Nhiệt độ môi chất cao nhất là 130˚C

 

Cách lắp đặt tương tự như van NRD.

 

4. Van điều chỉnh áp suất hút hay áp suất cacte KVL

 

Van điều chỉnh áp suất hút không sử dụng cho các máy gia lạnh hoặc kết đông vì ở đây phải sử dụng hết công suất máy ở nhiệt độ cao để gia lạnh hoặc kết đông sản phẩm trong một thời gian tối thiểu để đảm bảo chất lượng sản phẩm.

 

Thiết bị dùng để điều chỉnh áp suất hút hay áp suất cacte

 

Nguyên lý hoạt động và cấu tạo của van  điều áp danfoss KVL 

 

Thiết bị điều chỉnh áp suất hút loại KVL được lắp đặt ngay phía trên đường hút của máy nén. Thiết bị này dùng để bảo vệ máy nén chống sự quá tải trong suốt quá trình khởi động sau khoảng thời gian dài hệ thống không sử dụng hoặc sau quá trình phá băng (áp suất cao trong dàn bay hơi). Hình 1 là hình dáng bên ngoài của van  điều áp danfoss KVL , hình 2 là cấu tạo của van điều chỉnh áp suất hút.

 

      

 

Hình 1. Hình dáng bên ngoài của thiết bị điều chỉnh áp suất hút KVL       Hình 2. Van điều chỉnh áp suất hút KVL của Danfoss

 

1. Mũ bảo vệ; 2. Đệm kín; 3. Vít điều chỉnh, vít cài đặt; 4. Lò xo chính; 5. Thân van; 6. Hộp xếp cân bằng; 7. Tấm van; 8. Đế van; 9. Cơ cấu chống xung.

 

Van  điều áp danfoss KVL  mở ra khi áp suất phía đầu ra của van giảm xuống dưới giá trị cài đặt, nghĩa là áp suất hút hay áp suất cacte giảm xuống dưới giá trị đặt không phụ thuộc vào áp suất đầu vào dao động ra sao vì van được trang bị một hộp xếp cân bằng ở phía môi chất vào. Diện tích bề mặt hiệu dụng của hộp xếp tương đương với diện tích bề mặt hiệu dụng của tấm van.

 

Cơ cấu chống xung làm giảm xung động thường xảy ra trong hệ thống lạnh đảm bảo các chi tiết làm việc tin cậy, tuổi thọ cao và độ chính xác cao.

 

Mục đích của việc khống chế áp suất hút là đảm bảo tránh quá tại cho động cơ máy nén trong trường hợp phụ tải dàn lạnh tăng đột ngột và kéo dài, áp suất và nhiệt độ ngưng tụ tăng cao, đặc biệt khi xả lạnh cho các hệ thống lạnh sau các thời gian dài dừng máy, cũng như sau chu kỳ xả băng.

 

Trong những máy lạnh nhiệt độ thấp, van điều chỉnh áp suất hút không những có thể giảm tối đa công suất động cơ lắp đặt mà còn giảm kích cỡ của dàn ngưng tụ.

 

 

Hình 3. Đồ thị sự phụ thuộc của công suất động cơ vào nhiệt độ hút và nhiệt độ ngưng tụ

 

Đồ thị hình 3 giới thiệu sự phụ thuộc của công suất động cơ yêu cầu vào nhiệt độ hút và nhiệt độ ngưng tụ.

 

Ví dụ: một máy lạnh có chế độ làm việc bình thường ở nhiệt độ sôi là -26˚C, nhiệt độ ngưng tụ là 35˚C. khi làm việc ổn định ở chế độ này, động cơ lắp dặt cho máy nén chỉ cần 2kW là đủ; nhưng vì khi xả lạnh, khi khởi động lại và khi phá băng, do tải lạnh của dàn lớn, nhiệt độ ngưng tụ bị tăng lên, nhiệt độ bay hơi cũng như nhiệt độ hơi hút về máy nén tăng, động cơ chọn cho máy nén phải tăng đến 4,5kW để có thể đảm bảo quá tải trong các điều kiện trên.