Особенности работы капиллярных трубок в системах кондиционирования - УКЦ

Капиллярные трубки относятся к расширительным устройствам и представляют собой дроссель постоянного сечения (регулирующий кран), где разность давлений конденсации (Рк ) и кипения (Р0) хладагента обеспечивается за счет гидравлического сопротивления по всей длине. Конструктивно капиллярная трубка представляет собой медный или латунный трубопровод. Данное расширительное устройство не содержит механических движущихся узлов и деталей и не требует никаких средств peгулирования и настройки в отличие от терморегулирующих вентилей (ТРВ), что обеспечивает высокую надежность и продолжительность работы в течение достаточно длительного времени, а также низкую стоимость капиллярной трубки.

Эти преимущества объясняют широкое применение устройства в холодильных системах малой мощности: кондиционерах, бытовых холодильниках и морозильниках, а также холодильных шкафах и прилавках.

Лучшими считаются трубки с калиброванным каналом. Их пропускная cпособность составляет 3,5 — 8,5 л/мин (см. таблицу), которая проверяется ротаметром или другим расходомером, либо по эталонам, по соглашению между потребителем и заводом–изготовителем.

За рубежом к капиллярным трубкам предъявляют жесткие требования в отношении их размеров, материала и качества изготовления. Наружный диаметр имеет допуск d Н ± 0,051 мм, внутренний d BH ±0,025мм. В расчетном режиме они должны обеспечивать пропускную способность протекания хладагента в количестве, точно равном массовой производительности компрессора.

Наружная и внутренняя поверхности трубок должны быть чистыми, канал не загрязнен пылью, маслом или окалиной. Проверка на герметичность проводится под водой при давлении 4–5 МПа, а по требованию потребителя — 7–8 МПа.

Капиллярная трубка, соединяющая линии нагнетания и всасывания, уравнивает давление в холодильной системе при остановке компрессора (рис. 1).

Рис.1 Кривые изменения давления в холодильном агрегате за цикл работы: 1 – давление в нагнетательной трубке (РК); 2 – давление в отсасывающей трубке (РO)

При остановке конденсатор освобождается от хладагента, а прибор охлаждения заполняется им. Поэтому при наличии капиллярной трубки в холодильном контуре, отпадает необходимость применения ресивера, поскольку в противном случае возможен гидравлический удар в компрессоре из–за переполнения прибора охлаждения жидким хладагентом.

При пуске компрессора давление нагнетания повышается до номинального значения давления конденсации постепенно. Это означает, что ток, потребляемый электродвигателем, растет одновременно с ростом давления нагнетания. Таким образом, запуск компрессора осуществляется в облегченных условиях, без особых усилий, при малых значениях пускового тока, что позволяет использовать электродвигатели небольшой мощности с малым пусковым моментом.

К холодильному агрегату с капиллярной трубкой предъявляются следующие требования:

В качестве недостатков здесь можно назвать:

Заправку систем кондиционирования необходимо производить с учетом всех особенностей их работы. Так, если воздух, поступающий на вход воздухоохладителя, работающего на хладагенте R22, имеет температуру t B1 =25°С, то кипение хладагента в приборе происходит интенсивно. Когда процесс кипения в воздухоохладителе закончится, перегрев паров хладагента на входе в компрессор будет составлять около ? t пер =+15°С.

Если температуру воздуха на входе в воздухоохладитель понизить до t B1 =20°C, то это приведет к уменьшению интенсивности кипения жидкого хладагента. При этом, капиллярная трубка будет подавать в прибор охлаждения прежнее количество хладагента, температура кипения которого сдвигается к его выходу из аппарата. В результате величина перегрева паров хладагента к концу цикла теплообмена в приборе охлаждения достигнет значения ? t пер = +7°С.

В случае дозаправки кондиционера при температуре поступающего воздуха t B1 = +25°С, хладагент нужно добавлять в паровую фазу до тех пор, пока величина перегрева не достигнет нормального значения ? t пер = + 7°C , что обеспечит эффективную работу воздухоохладителя. Температура воздуха на входе в воздухоохладитель (t B1 ) и перегрев паров хладагента ( ? t пер ) тоже будут понижаться.

Если отключение компрессора осуществлять термостатом, настроенным на +20°С, то в компрессор может попасть жидкий хладагент и вызвать гидравлический удар. То есть, перегрев зависит от температуры воздуха, поступающего в воздухоохладитель, что необходимо учитывать при заправке холодильной установки.

Расход жидкого хладагента G kt через капиллярную трубку зависит от перепада давления конденсации (Рк) и давления кипения (РO): Gkt= f( ? Р), ? Р=Р К –Р О.

Для каждого хладагента, заправленного в холодильную систему, существуют зависимости, позволяющие определять падение давления. Чем выше давление конденсации Рк, тем больше расход хладагента, проходящего через капиллярное устройство в воздухоохладитель.

Рассмотрим это на примере. При температуре t B1 =20°С в охлаждаемом помещении давление конденсации для R22 составляет Р к =14,3 · 10 5 Па, а температура конденсации t K = +40°С, при этом Р 0 =4,1 · 10 5 Па, a t 0 = + 1°C . Это значит, что при данном перепаде давлений температура перегретого пара на входе в компрессор составляет t B1 =8°С, то есть величина перегрева равна ? t пер =t BН –t 0 = 7°С. Если температура воздуха t B1 на входе в конденсатор равна 26 0 С, то давление конденсации повышается до значения P k =18,5 · 10 5 Па, а следовательно, повышается и давление кипения Р0 = 4,6 · 10 5 Па. Увеличивается также перепад давления на капиллярной трубке с 10,2 · 10 5 Па до 13,9 · 10 5 Па, что может привести к увеличению расхода жидкого хладагента через нее: в воздухоохладитель будет поступать значительно большее его количество и жидкость не успеет полностью перейти в пар до компрессора. При этом, перегрев снижается, а вероятность возникновения гидравлического удара возрастает. Следовательно, при заправке следует учитывать значение давления конденсации Р к хладагента.

В системах кондиционирования используются многоскоростные вентиляторы, которые существенно влияют на нормальную работу данных установок. Поэтому необходимо всегда помнить и о скорости движения потока воздуха, проходящего через воздухоохладитель.

Если вентилятор перевести на пониженную скорость вращения, то расход воздуха через воздухоохладитель снижается, процесс кипения протекает менее интенсивно и продвигается к линии всасывания в компрессор. Перегрев паров хладагента уменьшается, а опасность появления гидравлического удара возрастает.

Таким образом, вероятность возникновения гидравлического удара в системах кондиционирования с капиллярными трубками определяется значениями следующих параметров:

Одним из основных условий заправки систем кондиционирования с капиллярной трубкой является и необходимость учета массы жидкого хладагента, рекомендуемой заводом–изготовителем. Поэтому заправку после ремонта следует производить в следующем порядке:

Если же инструкция отсутствует и количество вмещаемого хладагента в систему неизвестно, то необходимо, в первую очередь, убедиться в отсутствии утечек хладагента, а при наличии устранить их. Затем осторожно начать подавать хладагент в установку, постоянно измеряя величину перегрева ? t пер на всасывающей магистрали компрессора. Следует помнить, что снижение величины перегрева и избыток хладагента в контуре могут стать причинами появления гидравлического удара. В то же время, недостаток хладагента приводит к работе установки с высоким перегревом во всасывающей линии. В результате — неэффективное охлаждение электродвигателя и компрессора, его перегрев и выход из строя.

Основная неисправность капиллярных трубок — это полное или частичное их закупоривание (засорение). Обычно это возникает после перегорания обмоток электродвигателя, засорения примесями, поступающими через фильтр–осушитель, или из–за ошибок, допущенных в ходе ремонта холодильного контура.

Если капилляр закупорен, то в прибор охлаждения поступает недостаточное количество хладагента, холодопроизводительность снижается, перегрев возрастает, корпус компрессора сильно греется. Эти же признаки появляются и при недостаточном количестве хладагента в контуре.

При недостатке хладагента в конденсаторе, переохлаждение его незначительное, а при закупоренном капилляре нормальное, поскольку в конденсаторе хладагент содержится в избытке.

Таблица. Пропускная способность капиллярных трубок

Существует и другой признак установления закупоривания капиллярной трубки, основанный на выравнивании давления в контуре Р К ? Р О при остановке компрессора: процесс самовыравнивания протекает тем медленнее, чем сильнее закупорен (засорен) капилляр. Поэтому нельзя смешивать закупоривание капиллярной трубки с недостаточностью количества хладагента в холодильном контуре. Засоренный капилляр можно прочистить, например, продувкой сжатым азотом высокого давления в направлении, обратном потоку жидкого хладагента. Можно также укоротить его на несколько сантиметров со стороны входа в него хладагента. Если это не дает никаких результатов, то капиллярное устройство заменяют вместе с фильтром–осушителем (если бы он был исправен, то засорения капилляра бы не произошло).

При замене капиллярной трубки необходимо использовать капилляр, который предусмотрен заводом–изготовителем для данного типа холодильного агрегата. При несоответствии капилляра заданному расход жидкости через прибор охлаждения уменьшается (когда установлена слишком длинная капиллярная трубка или трубка заданной длины, но с меньшим внутренним диаметром). При этом перегрев на всасывании в компрессор повышается, корпус сильно перегревается. И наоборот, если установить слишком короткий капилляр (или той же длины, но с большим диаметром), то в воздухоохладитель будет поступать больше жидкого хладагента, чем при его нормальной работе. В результате перегрев на линии всасывания может понизиться до значения, при котором возможны гидравлические удары в компрессоре (давление кипения повышается, а температура корпуса становится ниже нормы).

Для подбора капиллярных трубок экспресс­методом существуют зависимости их пропускной способности (л/мин) от потребляемой мощности компрессора в системах кондиционирования, работающих на различных хладагентах.

Подробный расчет и подбор капиллярной трубки рассмотрен в книге Б.С. Бабакина "Диагностика работы дросселирующих устройств и контроллеры холодильных систем" (Рязань:Узоречье, 2004).

Московский государственный университет прикладной биотехнологии (МГУПБ), д.т.н. профессор Б.С. Бабакин