Проблема заправки хладагентом

6 июн 2021
Нехватка хладагента в контуре может объясняться случайными утечками. В то же время, избыточная заправка как правило является следствием ошибочных действий персонала, вызванных его недостаточной квалификацией.

Чтобы ограничить число ошибок подобного рода, нам представляется небесполезным привести здесь некоторые уточнения обычных ответов на отдельные вопросы, касающиеся непростой темы заправки контура хладагентами.

А) Для чего нужен ресивер в холодильном контуре?
Для того, чтобы лучше понять назначение жидкостного ресивера, в качестве примера возьмем схему установки на рис 16.1, находящейся в рабочем состоянии.
ENERGETIK.UZ

Температура в охлаждаемом объеме относительно высокая и регулирующий термостат запускает компрессор.
В этот момент температура воздуха на входе в испаритель составляет 25°С.
Давление кипения стабилизировалось на уровне 5 бар, что для R22 соответствует температуре кипения, равной 6°С.
Сознательно пренебрегая потерями давления во всасывающей магистрали компрессора, можно считать, что полный температурный напор на испарителе Абполн составляет около 25 — 6=19К.
Если температура, измеренная в термобаллоне ТРВ, равна, например, 13°С, это означает, что установка отрегулирована на перегрев около 7 К.
Наконец отметим, что в момент, когда термостат запустил компрессор, воздух на входе в испаритель довольно горячий. Следовательно, кипение хладагента в испарителе весьма интенсивное и необходимо очень сильно открыть ТРВ, чтобы поддерживать перегрев на уровне 7 К

Поскольку ТРВ открыт сильно, давление кипения и массовый расход хладагента высокие. Следовательно, холодопроизводительность очень хорошая и в испарителе находится много жидкого хладагента (конечно, при нормальной заправке контура хладагентом в момент, когда его много в испарителе, количество хладагента в конденсаторе и ресивере сравнительно небольшое).

Вновь возьмем ту же самую установку немного позже, когда температура воздуха на входе в испаритель понизилась до 21°С, и посмотрим, как изменились значения ее основных параметров (для простоты будем считать, что давление конденсации хорошо отрегулировано и существенно не изменилось).
Поскольку температура воздуха на входе в испаритель понизилась на 4°С, теперь для того, чтобы поддерживать постоянным перегрев газа, который выходит из испарителя, необходим более длинный участок трубопровода.

Это означает, что ТРВ должен обязательно закрываться (см. раздел 7 "Влияние температуры охлаждаемого воздуха").
Итак, для поддержания постоянной величины перегрева, равной 7 К, ТРВ обязательно должен быть открыт меньше, чем когда температура воздуха была равной 25°С (см. рис. 16.2).
ENERGETIK.UZ

Поскольку ТРВ закрыт сильнее, это означает, по сравнению с предыдущим вариантом, что давление кипения уменьшается и массовый расход хладагента становится меньше. Следовательно, холодопроизводительность падает, а в испарителе содержится меньше жидкости, чем ранее.
Таким образом, уменьшение количества жидкости в испарителе приводит к его увеличению в конденсаторе и в ресивере.

Заметим, что при относительно стабильном значении давления конденсации полный температурный напор на испарителе не меняется и остается равным примерно 19 К, а это означает, что температура кипения будет порядка 21 - 19 = 2°С (что применительно к R22 соответствует давлению кипения 4,3 бар).
Более того, поскольку ТРВ отрегулирован таким образом, чтобы поддерживать перегрев на уровне 7 К, а кипение происходит теперь при 2°С, температура термобаллона ТРВ будет порядка 2 + 7 = 9°С.

Заметим, что при температуре в охлаждаемом объеме 21°С не только увеличивается количество жидкости в ресивере и конденсаторе, но и падает массовый расход жидкости, циркулирующей в контуре, поэтому внизу конденсатора скорость циркуляции жидкости заметно уменьшиться.
Поскольку количество жидкости, находящееся в контакте с наружным воздухом, увеличивается и время контакта также возрастает, переохлаждение будет улучшаться.
Итак, в установке, снабженной ТРВ, чем больше падает температура воздуха на входе в испаритель, тем больше перекрывается ТРВ, снижая массовый расход и уменьшая холодопро-изводительность.
Одновременно в испарителе остается все меньше и меньше жидкости, а в ресивере уровень жидкости повышается.

Одно из назначений ресивера заключается в том, чтобы в точности у^ компенсировать колебания массового расхода жидкости, обусловленные реакцией ТРВ на изменения тепловой нагрузки.

Б) Если емкость жидкостного ресивера слишком мала?
Представим себе, что емкость жидкостного ресивера очень мала, а установку заправляли в то время, когда температура в охлаждаемом объеме была относительно высокой.
По мере того, как температура в охлаждаемом объеме будет падать, ТРВ начнет закрываться, чтобы поддерживать заданный перегрев. Уровень жидкости в ресивере начнет подниматься, а поскольку емкость ресивера небольшая, он быстро наполнится.
С этого момента уровень жидкости внутри конденсатора начнет подниматься, приводя к снижению поверхности теплообмена и, следовательно, к повышению давления конденсации, сопровождаясь признаками чрезмерной заправки контура (см. раздел 36 "Регулировка вентилем высокого давления. Анализ неисправностей ").
Отметим, что при малой емкости жидкостного ресивера и заправке установки хладагентом при низкой температуре окружающей среды, мы будем наблюдать признаки нехватки хладагента в контуре, когда температура окружающей среды начнет повышаться.
В заключение укажем, что недостаточная емкость жидкостного ресивера никогда не позволит обеспечить удовлетворительную заправку установки.

В) Как определить размеры жидкостного ресивера?
С точки зрения чисто функциональной нет никаких технических противопоказаний к тому, чтобы снабдить установку жидкостным ресивером с емкостью большей, чем нужно.
Однако увеличение размеров ресивера приводит к увеличению размеров установки в целом и повышает ее стоимость. Более того, чем больше размеры ресивера, тем больше он будет содержать хладагента, намного превышая действительно потребное его количество, в то время, как стоимость хладагентов в настоящее время довольно высокая и есть опасения, что она будет увеличиваться все больше и больше!

Кроме того, в период, когда проблемы окружающей среды, вызванные выбросами в атмосферу хлорфторутлеродов (CFC), заставили принять международные соглашения по запрету производства некоторых хладагентов (Rll, R12, ...) и снижению количества используемых в установках хладагентов, не кажется ни справедливым, ни реалистичным применение жидкостных ресиверов переразмеренного объема.

Выбираемый многими конструкторами компромисс между маленьким и очень большим ресиверами заключается в том, чтобы объем ресивера мог вместить все количество хладагента, заправляемое в установку с целью максимального упрощения обычных операций по техническому обслуживанию. Это позволяет ремонтнику, закрыв выходной вентиль на жидкостном ресивере, отвакуумировать с помощью компрессора жидкостную и всасывающую магистрали, а также испаритель, как бы собирая всю жидкость в конденсаторе и жидкостном ресивере.

Если компрессор снабжен технологическими вентилями, не будет никаких проблем с обслуживанием любого элемента контура (за исключением конденсатора и ресивера), причем во время этого обслуживания потери хладагента будут минимальными (только в газовой фазе, оставшейся в жидкостной и всасывающей магистралях).

Г) Может ли давление конденсации подняться во время вакуумирования?
При закрытом выходном вентиле жидкостного ресивера и вакуумировании жидкостной и всасывающей магистралей с помощью компрессора (до давления, например, равного 0,1 бар) давление на входе в ТРВ постоянно падает, пока не достигнет значения, равного 0,1 бар.
Это падение давления на входе в ТРВ приведет к резкому снижению холодопроизводи-тельности (см. раздел 8.1 "Производительность ТРВ "), а также к значительному падению тепловыделения в конденсаторе, который в этом случае быстро становится переразмеренным, а значит:
давление конденсации, напротив, будет иметь тенденцию к снижению во время вакуумировании (см. рис. 16.3)!
ENERGETIK.UZ

Поскольку конденсатор во время вакуумирования с помощью компрессора при закрытом выходном вентиле жидкостного ресивера является как бы переразмеренным, давление конденсации абсолютно не должно подниматься. В противном случае это указывает либо на недостаточную емкость жидкостного ресивера, либо на плохое прохождение жидкости из конденсатора в жидкостной ресивер, либо, что бывает наиболее часто, на избыток хладагента в установке.

Заметим также, что отдельные конструкторы предпочитают вместо установки жидкостного ресивера использовать переразмеренный конденсатор с воздушным охлаждением (см. рис. 16.4).
ENERGETIK.UZ

В этом случае нижняя часть конденсатора выполняет функции жидкостного ресивера.
В процессе функционирования нижние трубки такого конденсатора оказываются постоянно залитыми жидкостью и обдуваемыми холодным наружным воздухом.
Это позволяет обеспечить оптимальное охлаждение жидкости.
Такая конструкция дает возможность достичь гораздо более лучшего переохлаждения хладагента по сравнению с классическим вариантом жидкостного ресивера и тем самым заметно повысить КПД установки.

Д) Как узнать, достаточно пи хладагента заправлено в установку?
Анализ симптомов, вызванных, с одной стороны, недостатком хладагента в установке и, с другой стороны, чрезмерной заправкой (эти две неисправности рассматриваются в следующих разделах), позволяет в сочетании с пояснениями, которые мы сейчас дадим, довольно точно ответить на этот непростой вопрос.

Напомним, что заправка может считаться нормальной только тогда, когда испаритель заполнен жидкостью в достаточной степени, то есть перегрев находится в нормальных пределах (для испарителя с прямым циклом расширения это, как правило, составляет от 4 до 7 К), что предполагает правильную настройку ТРВ и, следовательно, поддержание давления конденсации на должном уровне, поскольку от этого зависит производительность ТРВ.

Более того, мы видим, что благодаря колебаниям уровня жидкости в ресивере температура воздуха на входе в испаритель не должна быть ни слишком высокой, ни слишком низкой по отношению к нормальному эксплуатационному диапазону, предусмотренному для функционирования данной установки.
Напомним еще раз, что лучшим индикатором, указывающим на нормальную величину заправки хладагентом, является переохлаждение. Слабое переохлаждение говорит о том. что заправка недостаточна, сильное указывает на избыток хладагента. Заправка может считаться нормальной, когда переохлаждение жидкости на выходе из конденсатора с воздушным охлаждением поддерживается в нормальных для данной установки пределах (часто между 4 и 7 К) при температуре воздуха на входе в испаритель близкой к номинальным условиям эксплуатации.
Переохлаждение может рассматриваться как надежный индикатор правильности заправки только в установках с термостатическим расширительным вентилем.

Пособие для ремонтника
Патрик Котзаогланиан

HVAC