ВЕНТИЛЬ ТЕРМОРЕГУЛИРУЮЩИЙ С БЕЗОПАСНЫМ ОТКАЗОМ Российский патент 2008 года по МПК G01K13/02 G05D23/00 F25B41/00 

Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано для автоматического пропорционального регулирования степени заполнения испарителя холодильной машины холодильным агентом в зависимости от перегрева паров холодильного агента на выходе из испарителя, а также для возобновления подачи холодильного агента в испаритель холодильной машины при разгерметизации манометрической системы вентиля терморегулирующего.

Известны вентили терморегулирующие фирмы «Danfoss», Дания, типов ТЕ2, ТЕ5, ТЕ12, ТЕ20, ТЕ55, РНТ85 (каталог фирмы «Danfoss» 1996797 г., стр.28,29), а также типов TUA/TUAE (каталог фирмы «Danfoss» RC.1A.C1.02, 1997 г., стр.5).

Известны вентили терморегулирующие фирмы «Parker», США, типов D и S (каталог фирмы «Parker» TXV-3, 1990 г., стр.16,17).

Вентили терморегулирующие типов ТЕ2, TE5, TE12, ТЕ20, TUA/TUAE, D, S содержат корпус с входной и выходной камерами, манометрическую систему с дистанционным термобаллоном, механизм, изменяющий начальное усилие пружины настройки, сопло и клапан, регулирующие расход холодильного агента, шток, кинематически связывающий клапан с мембраной манометрической системы.

Отличительной особенностью вентиля терморегулирующего типа ТЕ55 является наличие в его конструкции двух клапанов, имеющих равную эффективную площадь, жестко закрепленных на одном штоке и работающих одновременно, что исключает влияние входного давления холодильного агента на работу вентиля терморегулирующего и повышает его мощность.

Вентиль терморегулирующий типа РНТ85 является вентилем непрямого действия и состоит из управляющего устройства (в качестве которого применяются вентили терморегулирующие типа ТЕ5 или TE12) и исполнительного механизма, представляющего собой клапан, перемещаемый поршнем под действием разности давлений, действующих на поршень.

Известен сбалансированный вентиль терморегулирующий для холодильных систем по патенту США № 4,750,334, приоритет от 26.03.1987 г., отличающийся наличием во входной камере вентиля терморегулирующего поршня, который одним основанием взаимодействует с мембраной манометрической системы, а на другое основание действует входное давление холодильного агента. При этом площадь поперечного сечения поршня соответствует эффективной площади клапана, что исключает влияние входного давления на работу вентиля терморегулирующего.

Известен вентиль терморегулирующий по патенту США № 5,238,219, приоритет от 13.03.1992 г., содержащий сменную втулку (выполняющую функции сопла), которая устанавливается во входной камере вентиля терморегулирующего со стороны манометрической системы и взаимодействует с клапаном, связанным с мембраной манометрической системы при помощи двух штоков.

Наиболее близкими к предлагаемому техническому решению являются вентили терморегулирующие типа ЕМС фирмы «Sporlan», США (бюллетень фирмы «Sporlan» 10-10-4 от 02.1998 г.), характеризующиеся оптимальной нагрузкой на испаритель, работоспособностью в широком диапазоне мощности и экономией электроэнергии. Вентили терморегулирующие типа ЕМС в зависимости от исполнения могут иметь два или три проходных сечения.

Одно проходное сечение, предназначенное для обеспечения большой мощности, необходимой в начальной фазе процесса охлаждения, образовано полым поршнем, являющимся основным клапаном и внутренним отверстием корпуса, которое связано с входной камерой вентиля терморегулирующего.

Второе проходное сечение, предназначенное для обеспечения минимальной мощности, необходимой для поддержания заданной температуры в камере охлаждения, образовано внутренним отверстием поршня и дополнительным клапаном, связанным кинематически при помощи двух штоков с мембраной манометрической системы.

При работе вентиля терморегулирующего типа ЕМС с минимальной мощностью большое проходное сечение закрыто и регулирование расхода хладагента происходит за счет дополнительного клапана. Во время начальной фазы охлаждения, когда требуется максимальная мощность, мембрана манометрической системы прогибается настолько глубоко, что открывается основной клапан, который, работая совместно с дополнительным клапаном, значительно увеличивает эффективность охлаждения.

Известны также вентили терморегулирующие типа ЕМС, у которых имеется третье проходное сечение - перепускное сопло. Это сопло придает работе вентиля терморегулирующего более пологую расходную характеристику и рекомендуется к применению при температурах кипения холодильного агента ниже минус 18°С.

Недостатками рассмотренных конструкций вентилей терморегулирующих являются их низкая надежность и, как следствие, ограниченная область применения из-за их невозможности поддерживать работоспособность холодильной установки после разгерметизации манометрической системы и утечки ее наполнителя, что становится особенно актуальным в тех случаях, когда электродвигатель компрессора холодильной установки охлаждается за счет испарителя этой же установки.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности вентилей терморегулирующих и расширение области их применения за счет обеспечения возможности продолжения эксплуатации после разгерметизации манометрической системы и утечки из нее наполнителя.

Поставленная цель достигается за счет того, что в предлагаемом вентиле терморегулирующем с безопасным отказом применен дополнительный клапан, расположенный соосно основному клапану, кинематически связывающий основной клапан с упругим чувствительным элементом манометрической системы и обеспечивающий расход холодильного агента при разгерметизации манометрической системы. При этом дополнительный клапан участком боковой поверхности взаимодействует с ответной боковой поверхностью сквозного отверстия основного клапана, создавая зону перекрытия потоку холодильного агента, обеспечивающую интервал между температурами, соответствующими закрытию основного клапана и открытию дополнительного клапана (и наоборот). Величина зоны перекрытия определяется длиной участка боковой поверхности дополнительного клапана, находящейся в непосредственном контакте с ответной боковой поверхностью сквозного отверстия основного клапана.

На фиг.1 показана схема вентиля терморегулирующего с безопасным отказом. Основной клапан открыт, дополнительный клапан закрыт.

На фиг.2 показана схема работы дополнительного клапана вентиля терморегулирующего с безопасным отказом. Основной клапан закрыт, дополнительный клапан открыт.

На фиг.3 показаны расходные характеристики вентиля терморегулирующего с безопасным отказом.

Вентиль терморегулирующий с безопасным отказом состоит из манометрической системы 1 с упругим чувствительным элементом 2 и дистанционным термобаллоном 3, корпуса 4, имеющего входную камеру 5, выходную камеру 6 и камеру 7 для отбора давления кипения из испарителя. Внутри корпуса 4 установлены: основной клапан 8, взаимодействующий с соплом 9, возвратная пружина 10, стакан 11, обеспечивающий осевое перемещение основного клапана 8, дополнительный клапан 12, взаимодействующий со сквозным отверстием основного клапана 8, шток 13, кинематически связывающий дополнительный клапан 12 и основной клапан 8 с упругим чувствительным элементом 2, пружина настройки 14, регулировочный винт 15.

Вентиль терморегулирующий с безопасным отказом работает следующим образом.

При изменении температуры перегрева паров холодильного агента на выходе из испарителя холодильной установки, воспринимаемого дистанционным термобаллоном 3, выше значения температуры статического перегрева (СП) паров холодильного агента, устанавливаемого регулировочным винтом 15, вращение которого изменяет начальное усилие пружины настройки 14, повышается давление наполнителя в манометрической системе 1, действующее на упругий чувствительный элемент 2. С противоположной стороны на упругий чувствительный элемент 2 действует давление кипения холодильного агента в испарителе. Перемещаясь под действием разности этих давлений, упругий чувствительный элемент 2 передает движение через шток 13 и дополнительный клапан 12 основному клапану 8. Основной клапан 8 начинает открываться, увеличивая расход холодильного агента через проходное сечение, образованное основным клапаном 8 и соплом 9. При достижении в испарителе холодильной установки рабочей температуры перегрева (РП) паров холодильного агента основной клапан 8 обеспечивает номинальный расход холодильного агента (Q ном), составляющий 60-70% от максимального расхода (Q мак). С уменьшением нагрузки на испаритель и соответственно понижением температуры перегрева паров холодильного агента давление наполнителя в манометрической системе 1 снижается и основной клапан 8 начинает закрываться, сокращая расход холодильного агента.

Характеристика работы основного клапана 8 показана на фиг.3 кривыми 1 и 2, где кривая 1 описывает процесс увеличения температуры перегрева паров холодильного агента и соответственно увеличения расхода холодильного агента через основной клапан 8, кривая 2 - уменьшение температуры перегрева.

При разгерметизации манометрической системы 1 давление наполнителя в ней резко падает. Упругий чувствительный элемент 2 под воздействием усилия пружины настройки 14 сжимается, закрывая основной клапан 8 и открывая дополнительный клапан 12, направляя таким образом холодильный агент через проходное сечение, образованное дополнительным клапаном 12 и сквозным отверстием основного клапана 8, обеспечивая аварийное заполнение испарителя холодильным агентом.

Характеристика работы дополнительного клапана 12 при разгерметизации термочувствительной системы 1 показана на фиг.3 кривой 3. С целью защиты компрессора холодильной установки от гидравлической перегрузки, вызванной резким открытием дополнительного клапана 12 при аварийном режиме работы, расход холодильного агента через дополнительный клапан (Q ав) не должен превышать 50-60% от номинального расхода (Q ном).

Для исключения возможности открытия дополнительного клапана 12 сразу же после закрытия основного клапана 8 при исправной манометрической системе 1 в конструкции вентиля терморегулирующего с безопасным отказом предусмотрена зона перекрытия (ЗП), которая равна разности температур t₁ и t₂, где t₁ - температура, соответствующая закрытию основного клапана 8, a t₂ - температура, соответствующая открытию дополнительного клапана 12. Конструктивно величина зоны перекрытия определяется длиной участка боковой поверхности (L) дополнительного клапана 12, находящегося в непосредственном контакте с ответной боковой поверхностью сквозного отверстия основного клапана 8.

В случае понижения температуры термобаллона 3 до значения, соответствующего нижнему пределу зоны перекрытия, начинает работать дополнительный клапан 12, обеспечивая минимальный расход холодильного агента. Характеристика работы дополнительного клапана 12 показана на фиг.3 кривыми 4 и 5.

С увеличением нагрузки на испаритель увеличивается температура перегрева паров холодильного агента в испарителе холодильной установки и соответственно повышается давление наполнителя в манометрической системе 1. Под действием возрастающего давления наполнителя упругий чувствительный элемент 2, перемещаясь, закрывает дополнительный клапан 12. Процесс закрытия дополнительного клапана 12 сопровождается резким повышением температуры перегрева паров холодильного агента в испарителе и, как следствие, способствует быстрому открытию основного клапана 8. Вентиль терморегулирующий с безопасным отказом начинает работать как обычный вентиль терморегулирующий.

Применение предлагаемого вентиля терморегулирующего с безопасным отказом позволяет повысить надежность вентилей терморегулирующих и расширить область их применения за счет возможности продолжения их эксплуатации после разгерметизации манометрической системы и утечки из нее наполнителя.

Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано для автоматического пропорционального регулирования степени заполнения испарителя холодильной машины холодильным агентом в зависимости от перегрева паров холодильного агента на выходе из испарителя, а также для возобновления подачи холодильного агента в испаритель холодильной машины при разгерметизации манометрической системы вентиля терморегулирующего. Изобретение направлено на повышение надежности вентилей терморегулирующих и расширение области их применения за счет возможности продолжения их эксплуатации после разгерметизации манометрической системы и утечки из нее наполнителя. Этот технический результат обеспечивается за счет того, что вентиль терморегулирующий с безопасным отказом содержит корпус с входной и выходной камерами, манометрическую систему с дистанционным термобаллоном, основной и дополнительный клапаны для регулирования расхода холодильного агента в зависимости от температуры перегрева паров холодильного агента в испарителе, шток, пружину настройки и механизм, регулирующий начальное усилие пружины. На дополнительном клапане имеется участок боковой поверхности, находящийся в непосредственном контакте с ответной боковой поверхностью сквозного отверстия основного клапана, создавая зону перекрытия потоку холодильного агента, обеспечивающую интервал между температурами, соответствующими закрытию основного клапана и открытию дополнительного клапана (и наоборот). Величина зоны перекрытия определяется длиной участка контакта боковой поверхности дополнительного клапана с основным клапаном. 3 ил.

Вентиль терморегулирующий с безопасным отказом, содержащий корпус с входной и выходной камерами, манометрическую систему с дистанционным термобаллоном, основной и дополнительный клапана для регулирования расхода холодильного агента в зависимости от температуры перегрева паров холодильного агента в испарителе, шток, пружину настройки и механизм, регулирующий начальное усилие пружины, отличающийся тем, что на дополнительном клапане имеется участок боковой поверхности, находящийся в непосредственном контакте с ответной боковой поверхностью сквозного отверстия основного клапана, создавая зону перекрытия потоку холодильного агента, обеспечивающую интервал между температурами, соответствующими закрытию основного клапана и открытию дополнительного клапана (и наоборот), причем величина зоны перекрытия определяется длиной участка контакта боковой поверхности дополнительного клапана с основным клапаном.