Система регулирования давления

Полезная модель относится к холодильной технике и может быть использована для регулирования давления всасывания в компресс и степени заполнения испарителя, преимущественно в низкотемпературных парокомпрессионных холодильных машинах малой производительности, работающих на многокомпонентных смесях хладагентов. Техническим результатом является обеспечение точности регулирования давления всасывания в компрессор и оптимальной степени заполнения испарителя хладагентом. В системе регулирования давления дросселирующее устройство снабжено штоком, закрепленном в резьбовой втулке, жестко зафиксированной на одном из торцов цилиндрического корпуса. Посредством электрического двигателя шток вращается и перемещается в полости цилиндрического регулирующего органа, механически связанного с сильфоном, установленным внутри цилиндрического корпуса, механически соединенным с ним и охватывающим цилиндрический регулирующий орган, Один конец регулирующего органа выполнен в виде иглы для изменения проходного сечения выпускного отверстия в корпусе. Управление электрическим двигателем осуществляется блоком управления, вырабатывающим управляющий сигнал на основе датчика давления всасывания компрессора холодильной машины, и обеспечивающий порот вала двигателя на заданный угол. Электрический двигатель может быть выполнен шаговым, а блок управления -программным. Дополнительно может быть введен датчик температуры хладагента испарителя. 1 н.з.п. ф-лы, 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Полезная модель относится к холодильной технике и может быть использована для регулирования давления всасывания в компрессор и степени заполнения испарителя холодильной машины, преимущественно в низкотемпературных парокомпрессионных холодильных машинах малой производительности, работающих на многокомпонентных смесях хладагентов.

Наиболее близким к заявляемой модели является управляемое дросселирующее устройство (RU 2027959 C1, МПК 8: F25DB 41/06, 27.01.1995), которое содержит герметичный цилиндрический корпус с впускным и выпускным отверстиями, регулирующий орган для изменения проходного сечения выпускного отверстия, установленный во внутренней полости герметичного цилиндрического корпуса, привод для перемещения регулирующего органа вдоль продольной оси герметичного цилиндрического корпуса, блок управления, выходом соединенный с приводом, и датчик параметра холодильной машины, выходом подключенный ко входу блока управления. Регулирующий орган выполнен виде ферромагнитной пули, перекрывающей выпускное отверстие, положение которой относительно перекрываемого выпускного отверстия задается электромагнитной катушкой, управление которой осуществляется блоком управления, на вход которого поступает сигнал от датчика температуры.

Недостатки известного дросселирующего устройства заключаются в следующем.

Так как электромагнитная катушка расположена непосредственно на корпусе дросселирующего устройства, значительная часть тепла, выделяющегося при работе, передается к потоку хладагента. Теплопритоки от электромагнитной катушки могут быть сопоставимы с величиной холодопроизводительности в случае использования дросселирующего устройства в низкотемпературных холодильных машинах малой мощности.

Так как электромагнитная катушка создает силу, действующую на ферромагнитную пулю только в сторону, по направлению к закрытию проходного сечения, то при низких температурах хладагента (ниже минус 100°C) возможно примерзание ферромагнитной пули к дросселирующей шайбе. В таком случае, силы создаваемой перепадом давления может оказаться недостаточно, чтобы оторвать пулю от шайбы, что приведет к закупореванию дросселирующего устройства.

Кроме того, ферромагнитная пуля не имеет жесткой связи с блоком управления, то есть позиционирование пули относительно неподвижной дросселирующей шайбы обеспечивается за счет равновесия магнитной силы и силы, создаваемой перепадом давления между впускным и выпускным отверстиями дросселирующего устройства. В результате в случае неравномерности потока хладагента возможно возникновение колебаний ферромагнитной пули, что может привести к колебаниям давления всасывания компрессора и нестабильной работе холодильной машины.

Техническим результатом является обеспечение точности регулирования давления всасывания в компрессор и оптимальной степени заполнения испарителя холодильной машины хладагентом во всех режимах ее работы.

Указанный технический результат достигается тем, что в дросселирующем устройстве для холодильной машины, содержащем герметичный цилиндрический корпус с впускным и выпускным отверстиями, регулирующий орган для изменения проходного сечения выпускного отверстия, установленный во внутренней полости герметичного цилиндрического корпуса, привод для перемещения регулирующего органа вдоль продольной оси герметичного цилиндрического корпуса, блок управления, выходом соединенный с приводом, и датчик параметра холодильной машины, выходом подключенный к входу блока управления, внутри герметичного цилиндрического корпуса установлен сильфон, охватывающий регулирующий орган, выполненный цилиндрической формы, одним концом механически соединенный с одним торцом сильфона, другой торец которого механически соединен с одним торцом герметичного цилиндрического корпуса, в центре которого выполнено выпускное отверстие, а другой конец цилиндрического регулирующего органа выполнен в виде иглы, в основании которой во внутренней полости регулирующего органа установлен упорный элемент, в качестве датчика параметра холодильной машины использован датчик давления всасывания компрессора, и снабжено штоком, закрепленным в резьбовой втулке, жестко зафиксированной на другом торце герметичного цилиндрического корпуса, при этом шток выполнен с возможность вращательно-продольного перемещения внутри полости регулирующего органа до упорного элемента, а привод выполнен в виде электрического двигателя, с возможностью поворота его вала на заданный угол и механически соединен со штоком дросселирующего устройства.

Электрический двигатель выполнен шаговым, а блок управления - программным.

Дополнительно введен датчик температуры хладагента испарителя, выходом соединенный со вторым входом блока управления.

На фиг. 1 представлена конструкция дросселирующего устройства.

На фиг. 2 - схема системы регулирования давления всасывания компрессора холодильной машины

Дросселирующее устройство содержит цилиндрический корпус 1, внутри которого расположен регулирующий орган 2 цилиндрической формы. Один конец регулирующего органа выполнен в виде иглы 3, а противоположный его торец механически соединен с одним торцом сильфона 4, установленном внутри цилиндрического корпуса и охватывающим регулирующий орган. Другой конец сильфона механически соединен с одним торцом цилиндрического корпуса 1, в центре которого выполнено выпускное отверстие с проходным сечением Б. В результате указанного соединения сильфона и регулирующего органа обеспечивается герметизация полости А корпуса дросселирующего устройства, через которую проходит хладагент. Возле указанного торца цилиндрического корпуса 1 выполнено впускное отверстие. В основании иглы 3 во внутренней полости регулирующего органа 3 установлен упорный элемент 5. Дросселирующее устройство снабжено штоком 6, с которым механически связан вал привода, выполненного в виде электрического двигателя 7, например шагового двигателя, с которым соединен выход блока управления 8, на вход которого поступает сигнал от датчика параметра холодильной машины. Электродвигатель выполнен с возможностью поворота на заданный блоком управления угол, для обеспечения вращательно-поступательного перемещения штока вместе с регулирующим органом. Для этого шток 6 расположен в резьбовой втулке 9, жестко зафиксированной на другом торце цилиндрического корпуса 1.

В качестве датчика параметра холодильной машины может быть использован датчик (10) давления всасывания компрессора, который в системе регулирования давления холодильной машины, представленной на фиг. 2, устанавливается на входе компрессора 11 холодильной машины. Холодильная машина содержит конденсатор 12, рекуперативный теплообменник 13, испаритель 14. Дросселирующее устройство 15, устанавливается между рекуперативным теплообменником 13 и испарителем 14 системы регулирования давления холодильной машины.

Система регулирования давления с дросселирующим устройством 15, выполненным в соответствии с фиг. 1, работает следующим образом.

Хладагент поступает в дросселирующее устройство из теплообменника 13 через входной патрубок впускного отверстия. За счет меньшей площади проходного сечения Б происходит понижение давления потока хладагента в выпускном отверстии. Давление P₁ на входе дросселирующего устройства равно давлению нагнетания холодильной машины, а давление P₂ на выходе (выпускное отверстие) из дросселирующего устройства - давлению всасывания холодильной машины. Таким образом, давление в полости А дросселирующего устройства равное давлению P₁ значительно выше атмосферного и, как правило, для парокомпрессионных машин составляет около 3 МПа.

Давление P₂ всасывания компрессора непрерывно измеряется датчиком давления 10. Сигнал, пропорциональный величине измеренного давление всасывания компрессора поступает на вход блока 8 управления, который может быть выполнен в виде программного блока управления. В блоке управления происходит сравнение величины измеренного давления с заданным эталонным давлением всасывания компрессора. Если давление соответствует значению давления (диапазону значений давления), которое необходимо поддерживать, то перемещение иглы, а следовательно изменения проходного сечения Б не происходит. Если давление всасывания выше или ниже заданного значения, то программный блок управления формирует сигнал управления электроприводом, приводящий к повороту вала шагового двигателя 7 в определенную сторону с определенной скоростью. Если текущее давление P ₂ выше заданного значения, то шаговый двигатель 7 поворачивается в сторону, обеспечивающую перемещение регулирующего органа с иглой 3 в прямом направлении (в сторону выпускного отверстия), уменьшая при этом проходное сечение Б выпускного отверстия. Перемещение иглы 6 в прямом направлении (в сторону выпускного отверстия) обеспечивается за счет штока 6 дросселирующего устройства, поступательное перемещение которого обеспечивается за счет его вращения шаговым электродвигателем 7 в резьбовой втулке 9, положение которой жестко зафиксировано относительно корпуса 1. Шток дросселя толкает регулирующий орган в прямом направлении. Для минимизации трения между штоком 6 дросселирующего устройства и иглой 6 установлен упорный элемент 5 шарообразной формы.

В случае, если текущее значение давления всасывания компрессора ниже заданного значения, шаговый двигатель вращается в другую сторону, перемещая регулирующий орган с иглой 3 в противоположную сторону, при этом проходное сечение Б выпускного отверстия увеличивается.

Перемещение регулирующего органа в обратном направлении обеспечивается следующим образом: при повороте вала двигателя происходит перемещение штока 6 в обратном направлении, он перестает давить на регулирующий орган, поскольку не имеет жесткой связи с ним, а за счет высокого давления в полости А происходит растягивание сильфона 4, с которым соединен регулирующий орган. За счет того, что полость А находится под высоким избыточным давлением на регулирующий орган действует значительной величины сила, заставляя его перемещаться в направлении открытия проходного сечения выпускного отверстия. Поэтому даже при примерзании иглы к корпусу дросселирующего устройства, что возможно при низких температурах потока хладагента, при попадании влаги в систему обеспечивается открытие проходного сечения Б.

Как только давление, измеренное датчиком давления 10, станет равным заданному эталонному значению, программный блок управления 8 выдаст сигнал на шаговый двигатель о необходимой остановке в текущем положении. Дальнейшее вращение двигателя начнется только при отклонении давления от заданного значения.

Шаговый двигатель 7 позволяет поворачивать шток 6 дросселирующего устройства в любом направлении на любой заданный угол, определяемый программным блоком управления.

Применение именно шагового двигателя, а не обычного электродвигателя обосновано тем, что точность угла поворота его вала очень высока, т.е. он позволяет поворачивать шток на угол, заданный с точностью около 1/16 градуса. Кроме того такой двигатель позволяет задавать время поворота на 1 шаг (угол, являющийся характеристикой конкретного двигателя) с точностью около 0,001 с. Таким образом, обеспечивается точное положение иглы относительно проходного отверстия Б в конкретный момент времени и, соответственно, перепад давления между входом и выходом из дросселирующего устройства можно задать с высокой точностью. Также обеспечивается точная скорость поворота штока и, соответственно, скорость изменения перепада давления.

В программном блоке управления могут быть использованы известные схемы и принципы преобразования входных сигналов в выходные управляющие сигналы.

Представленная система регулирования с использованием дросселирующего устройства, выполненного в соответствии с фиг. 1, позволяет изменять площадь проходного сечения Б от 0 до 100% от номинальной величины. При этом конструкция дросселирующего устройства позволяет выполнять проходное сечение таким образом, что его номинальная величина будет равна площади входного патрубка, что позволит регулировать давление в широких пределах и обеспечит точность регулирования давления.

Конструкция дросселирующего устройства позволяет отказаться от использования сальников уплотнения, что значительно снижает риск утечки многокомпонентного хладагента.

Кроме того, в низкотемпературной части холодильной машины находится только дросселирующее устройство. Система управления может быть вынесена наружу, в не холодную зону холодильной машины, обеспечивая минимальные потери холода в низкотемпературной части холодильной машины.

Оптимальное давление всасывания в компрессор для парокомпрессионных холодильных машин на многокомпонентных смесях хладагентов зависит от их назначения. Для холодильных машин, предназначенных для поддержания постоянной низкой температуры необходимо поддержание величины давления всасывания постоянной. В то же время для холодильных машин, предназначенных для охлаждения объектов от температуры окружающей среды до низкой температуры, для увеличения скорости оптимальным является постепенное уменьшение давления всасывания в компрессор с понижением температуры охлаждения. В этом случае на вход программного блока управления подают два сигнала: с датчика давления всасывания в компрессор и датчика температуры хладагента в испарителе.

1. Дросселирующее устройство для холодильной машины, содержащее герметичный цилиндрический корпус с впускным и выпускным отверстиями, регулирующий орган для изменения проходного сечения выпускного отверстия, установленный во внутренней полости герметичного цилиндрического корпуса, привод для перемещения регулирующего органа вдоль продольной оси герметичного цилиндрического корпуса, блок управления, выходом соединенный с приводом, и датчик параметра холодильной машины, выходом подключенный к входу блока управления, отличающееся тем, что внутри герметичного цилиндрического корпуса установлен сильфон, охватывающий регулирующий орган, выполненный цилиндрической формы, одним концом механически соединенный с одним торцом сильфона, другой торец которого механически соединен с одним торцом герметичного цилиндрического корпуса, в центре которого выполнено выпускное отверстие, а другой конец цилиндрического регулирующего органа выполнен в виде иглы, в основании которой во внутренней полости регулирующего органа установлен упорный элемент, в качестве датчика параметра холодильной машины использован датчик давления всасывания компрессора, и снабжено штоком, закрепленным в резьбовой втулке, жестко зафиксированной на другом торце герметичного цилиндрического корпуса, при этом шток выполнен с возможность вращательно-продольного перемещения внутри полости регулирующего органа до упорного элемента, а привод выполнен в виде электрического двигателя с возможностью поворота его вала на заданный угол и механически соединен со штоком дросселирующего устройства.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что электрический двигатель выполнен шаговым, а блок управления - программным.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что дополнительно введен датчик температуры хладагента испарителя, выходом соединенный со вторым входом блока управления.