بخش دوم :
جهت کسب اطلاعات بیشتر در این زمینه، بخش قبلی را مطالعه کنید.
مقدمه
در سیستم‌های تبرید، عملکرد بهینه و پایدار چیلرها و سایر تجهیزات سرمایشی وابسته به دقت تنظیم و نصب اجزای کنترلی است که مهم‌ترین آن‌ها شیر انبساط و بالب حس‌کننده آن می‌باشد. شیر انبساط مکانیکی و لوله مویی، به عنوان قلب کنترلی جریان مبرد، وظیفه دارند تا میزان دقیق مبرد وارد شده به اواپراتور را تنظیم کنند و از بازگشت مایع به کمپرسور جلوگیری نمایند. نصب صحیح بالب و تنظیم دقیق شیر انبساط، نه تنها بر راندمان سرمایشی و پایداری سیستم اثر مستقیم دارد، بلکه از بروز مشکلات جدی مانند یخ‌زدگی اواپراتور، برگشت مایع و آسیب به کمپرسور جلوگیری می‌کند. با توجه به حساسیت عملکرد این قطعات، محل نصب بالب باید دقیقاً در نزدیکی خروجی اواپراتور و در موقعیت مناسبی قرار گیرد تا دمای واقعی بخار خروجی را اندازه‌گیری کند. همچنین، طول و قطر لوله مویی باید مطابق طراحی سیستم باشد تا اختلاف فشار و جریان مبرد بهینه باقی بماند و سوپرهیت مناسب در اواپراتور حفظ شود. کمبود یا شارژ بیش از حد مبرد، ورود روغن کمپرسور، و انتخاب نادرست سایز شیر، از عواملی هستند که می‌توانند تعادل حساس سیستم تبرید را بر هم زده و منجر به کاهش راندمان و افزایش هزینه‌های نگهداری شوند. بنابراین، درک دقیق نحوه نصب بالب، تنظیم شیر انبساط، و کنترل جریان مبرد در لوله مویی، برای مهندسان و تکنسین‌های سرویس و نگهداری ضروری است تا عملکرد پایدار، ایمنی سیستم و طول عمر تجهیزات تضمین گردد. این مقاله تلاش دارد با ارائه راهنمایی جامع، نکات فنی و اثرات کمبود یا اضافی بودن مبرد و روغن را بر عملکرد شیر انبساط و سیستم تبرید بررسی کند و راهکارهای اصلاحی آن‌ها را تشریح نماید.
محل و نحوه صحیح نصب بالب شیر انبساط
نصب صحیح بالب شیر انبساط (Sensing Bulb) از اهمیت بالایی برخوردار است، زیرا محل و وضعیت قرارگیری آن به طور مستقیم بر دقت کنترل سوپرهیت و عملکرد کل سیستم تبرید تأثیر می‌گذارد. بالب باید بر روی خط مکش و در نزدیکی خروجی اواپراتور نصب شود تا بتواند دقیق‌ترین دمای بخار خروجی را اندازه‌گیری کند. فاصله مناسب نصب معمولاً بین ۱۰ تا ۲۰ سانتی‌متر پس از اواپراتور در نظر گرفته می‌شود و محل اتصال آن باید به صورت افقی باشد. در هنگام نصب باید دقت شود که لوله مویین بالب از قسمت بالایی وارد شود تا از تجمع احتمالی مایع مبرد در لوله و بازگشت آن به شیر جلوگیری شود.
محل دقیق قرارگیری بالب بسته به قطر خط مکش متفاوت است :
• برای لوله‌هایی با قطر کمتر از ۲۰ میلی‌متر، نصب بالب در قسمت بالایی لوله (ساعت ۱۲) مناسب‌تر است.
• اما در لوله‌هایی با قطر ۲۰ میلی‌متر و بیشتر، بهترین موقعیت نصب در زاویه ساعت ۴ یا ۸ می‌باشد؛ زیرا در پایین‌ترین نقطه لوله معمولاً روغن جمع می‌شود و می‌تواند مانع تماس حرارتی مؤثر بین لوله و بالب شود. همچنین باید از نصب بالب به‌صورت عمودی تا حد امکان پرهیز کرد، چرا که در این حالت احتمال خطای اندازه‌گیری دما افزایش می‌یابد. در صورتی که نصب عمودی اجتناب‌ناپذیر باشد، باید بالب را در قسمت بالایی تله روغن و در بخش صعودی لوله مکش قرار داد تا از تماس مستقیم با روغن یا مایع مبرد جلوگیری شود. با رعایت این نکات، بالب می‌تواند دمای واقعی بخار خروجی از اواپراتور را با دقت بالا تشخیص داده و عملکرد شیر انبساط در کنترل سوپرهیت و پایداری سیستم تبرید بهینه گردد.
نحوه تنظیم شیر انبساط مکانیکی
شیر انبساط مکانیکی (TEV/TXV) دارای یک پیچ تنظیم دستی است که به‌وسیله آن می‌توان مقدار جریان مبرد ورودی به اواپراتور و در نتیجه میزان سوپرهیت (Superheat) را تنظیم کرد. تنظیم صحیح این پیچ نقش بسیار مهمی در پایداری سیستم تبرید و جلوگیری از مشکلاتی مانند یخ‌زدگی یا برگشت مایع به کمپرسور دارد.
در این شیر، جهت چرخاندن پیچ تنظیم تأثیر مستقیمی بر مقدار جریان مبرد دارد :
• اگر پیچ را در جهت عقربه‌های ساعت (به سمت داخل) بچرخانید، فنر داخلی فشرده‌تر می‌شود و فشار بیشتری بر دیافراگم وارد می‌کند. در نتیجه، شیر تمایل بیشتری به بسته شدن پیدا می‌کند و مبرد کمتری وارد اواپراتور می‌شود.
• برعکس، اگر پیچ را در خلاف جهت عقربه‌های ساعت (به سمت بیرون) بچرخانید، فشار فنر کاهش یافته و شیر بازتر می‌شود، بنابراین مبرد بیشتری به داخل اواپراتور جریان می‌یابد.
در هنگام انجام تنظیمات، باید دقت شود که هر بار چرخش پیچ بسیار جزئی باشد؛ معمولاً بیش از ¼ دور (یک چهارم گردش) مجاز نیست. پس از هر تنظیم کوچک، لازم است بین یک تا سه ساعت صبر کرد تا سیستم به تعادل جدید برسد و تغییرات دما و فشار به‌درستی ارزیابی شوند. تنظیم نادرست این پیچ می‌تواند منجر به سوپرهیت بیش از حد (در صورت بسته بودن زیاد شیر) یا سیلابی شدن اواپراتور و آسیب به کمپرسور (در صورت باز بودن بیش از حد شیر) گردد. بنابراین، توصیه می‌شود این تنظیمات توسط تکنسین ماهر و با استفاده از ابزار دقیق اندازه‌گیری فشار و دما انجام گیرد تا راندمان سیستم در حالت بهینه حفظ شود.
عملکرد لوله مویی در سیستم‌های تبرید
لوله مویی یکی از ساده‌ترین و متداول‌ترین کنترل‌کننده‌های جریان مبرد در سیستم‌های تبرید است و معمولاً در اواپراتورهایی که اختلاف فشار بین ورودی و خروجی آن بیش از ۵ PSI است استفاده می‌شود. این لوله از یک طرف به بخش فشار ضعیف دیافراگم و از طرف دیگر به لوله مکش متصل می‌گردد، تا در صورت افزایش افت فشار در خروجی اواپراتور، فشار محرک شیر با فشار مکش در محل نصب بالب برابر شود. در مسیر سیستم، مبرد پس از خروج از کندانسور و عبور از فیلتر درایر، از طریق لوله مویین به اواپراتور وارد می‌شود. فشار مبرد مایع قبل از ورود به لوله مویین بسیار بالا است، در حالی که فشار اواپراتور کمتر است. طراحی لوله مویی به گونه‌ای است که هنگام کارکرد کمپرسور، بین ابتدا و انتهای لوله اختلاف فشار ایجاد می‌شود. این اختلاف فشار موجب می‌شود مبرد مایع در اواپراتور به دلیل کاهش فشار، سریعاً به جوش آمده و تبخیر شود.
لوله‌های مویی از یک لوله با طول ثابت و قطر کوچک تشکیل شده‌اند و معمولاً بین چگالنده و اواپراتور نصب می‌شوند. جریان مبرد از طریق این لوله محدود می‌شود به دلیل :
• مقاومت اصطکاکی بالا ناشی از طول زیاد و قطر کوچک لوله
• اثر خفگی ناشی از تشکیل تدریجی گاز در لوله هنگام کاهش فشار مایع از فشار اشباع
این ویژگی‌ها باعث می‌شود لوله مویی جریان مبرد از چگالنده به اواپراتور را محدود و مدرج کند و اختلاف فشار عملکردی لازم بین دو واحد را حفظ نماید.
از آنجا که لوله مویی و کمپرسور به‌طور متوالی در سیستم قرار دارند، ظرفیت عبور لوله مویی باید برابر ظرفیت پمپ کردن کمپرسور در شرایط طراحی باشد. اگر مقاومت لوله بیش از حد باشد (مثلاً لوله خیلی بلند یا قطر آن خیلی کوچک باشد)، ظرفیت عبور مبرد کمتر از ظرفیت کمپرسور خواهد شد. نتیجه این حالت :
• خالی شدن اواپراتور از مبرد
• تجمع مبرد در پایین چگالنده
این شرایط باعث کاهش فشار مکش و افزایش فشار چگالش می‌شود. به بیان دیگر، محدودیت بیش از حد لوله مویی باعث کاهش راندمان تبخیر و افزایش دمای چگالش شده و در نهایت عملکرد کلی سیستم تبرید را تحت تأثیر قرار می‌دهد. بنابراین، طول و قطر لوله مویی باید دقیقاً مطابق طراحی سیستم انتخاب شود تا جریان مبرد، ظرفیت تبخیر اواپراتور و فشارهای کاری در محدوده بهینه باقی بمانند و تعادل عملکرد کمپرسور و اواپراتور حفظ گردد.
تأثیر کمبود شارژ مبرد بر عملکرد شیر انبساط
شیر انبساط، چه مکانیکی و چه الکترونیکی، بر اساس فشار ورودی اواپراتور عمل می‌کند و جریان مبرد ورودی به اواپراتور را کنترل می‌نماید. قطر ورودی شیر معمولاً کوچک‌تر از قطر خروجی است و اتصالات آن می‌تواند به شکل دنده‌ای، فلنجی یا لحیم‌کاری باشد. زمانی که میزان مبرد موجود در اواپراتور کاهش می‌یابد، فشار داخل اواپراتور نیز کاهش پیدا می‌کند. این کاهش فشار باعث می‌شود که شیر انبساط به‌اشتباه مبرد بیشتری وارد اواپراتور کند تا اختلاف فشار بین ورودی و خروجی جبران شود. در شرایط کمبود مبرد، به این معنی است که کل سیستم به اندازه کافی مبرد ندارد تا برودت مورد نیاز را تامین کند. خط مایع باید همیشه پر از مبرد مایع سابکول شده باشد، اما در شرایط کمبود، مقدار مایع در خط کافی نیست. در نتیجه، ورودی شیر انبساط نیز کمبود مایع دارد و خروجی آن مبرد کافی به اواپراتور نمی‌رساند. این وضعیت باعث می‌شود که آخرین قطره مبرد در اواپراتور سریع‌تر تبخیر شود. در نتیجه، بخار مبرد بیشتری با هوای گرم در تماس قرار می‌گیرد و سوپرهیت در اواپراتور افزایش می‌یابد.
افزایش سوپرهیت و کمبود مبرد در اواپراتور باعث کاهش ظرفیت برودتی سیستم می‌شود. پیامد این کاهش ظرفیت، افزایش دمای محیط و دمای هوای ورودی به اواپراتور است. همچنین، دمای هوای خروجی از اواپراتور نیز بالا می‌رود، زیرا تبادل حرارتی بین مبرد و هوا کمتر از حد مطلوب انجام می‌شود و سیستم توانایی خنک‌سازی محیط را از دست می‌دهد. به طور خلاصه، کمبود مبرد موجب عملکرد ناپایدار شیر انبساط، افزایش سوپرهیت و کاهش ظرفیت برودتی سیستم می‌شود و اگر این وضعیت ادامه یابد، ممکن است به کمپرسور و سایر اجزای سیستم تبرید آسیب جدی وارد شود.
عوامل ایجاد کمبود مبرد و اقدامات اصلاحی
کمبود مبرد در سیستم‌های تبرید و چیلرهای تراکمی معمولاً ناشی از دو عامل اصلی است:
1. نشتی مبرد در سیستم
2. شارژ اولیه ناکافی مبرد
برای تشخیص و رفع این مشکل، اولین قدم هر کارشناس یا تکنسین مجرب، بررسی کامل سیستم به منظور یافتن نشتی‌های احتمالی است. این بررسی باید شامل تمام بخش‌های خط مایع، اواپراتور، شیر انبساط، لوله‌های مویی، کندانسور و اتصالات باشد تا هر گونه خروج مبرد شناسایی شود. پس از شناسایی محل یا محل‌های نشتی، باید عملیات رفع نشتی (Leak Repair) با دقت انجام گیرد. تنها پس از اطمینان از اینکه سیستم کاملاً عاری از نشتی است، می‌توان مقدار کافی مبرد را به سیستم اضافه کرد (Recharge) تا فشار و حجم مبرد به سطح طراحی بازگردد.
این روش جلوگیری از کمبود مبرد و حفظ عملکرد بهینه شیر انبساط و کل سیستم تبرید را تضمین می‌کند و از آسیب احتمالی به کمپرسور و سایر اجزای سیستم جلوگیری می‌نماید.
تأثیر انتخاب شیر انبساط مکانیکی با سایز بزرگ‌تر بر عملکرد سیستم
انتخاب شیر انبساط مکانیکی با ظرفیت بالاتر از ظرفیت طراحی اواپراتور می‌تواند عملکرد سیستم تبرید را به شدت تحت تأثیر قرار دهد. زمانی که سایز شیر بیشتر از حد نیاز باشد، مقدار مبرد ورودی به اواپراتور افزایش می‌یابد و این جریان اضافی موجب برفک زدن اواپراتور می‌شود. این اتفاق باعث می‌شود که سطح انتقال حرارت اواپراتور کاهش یابد و در نتیجه ظرفیت برودتی چیلر کاهش پیدا کند. علاوه بر آن، برفک زدگی می‌تواند جریان هوا را محدود کرده و فشار مکش کمپرسور را تغییر دهد که در نهایت منجر به کاهش راندمان کلی سیستم و افزایش مصرف انرژی می‌گردد. بنابراین، انتخاب دقیق سایز شیر انبساط مطابق با ظرفیت واقعی اواپراتور از اهمیت بالایی برخوردار است تا جریان مبرد متناسب با نیاز سرمایشی باشد و از مشکلات ناشی از ورود مبرد بیش از حد جلوگیری شود.
تأثیر شارژ زیاد مبرد و ورود روغن بر عملکرد شیر انبساط
ورود روغن کمپرسور به سیکل تبرید یکی از عواملی است که می‌تواند به شدت ظرفیت و راندمان چیلر تراکمی را کاهش دهد. هنگامی که روغن وارد لوله‌های سیستم می‌شود، به‌خصوص لوله مویین و شیر انبساط، با مبرد مخلوط شده و جریان مبرد را محدود می‌کند. در چیلرهای فشار بالا مانند R-12، R-22 و R-134a و همچنین در چیلرهای فشار پایین، روغن علاوه بر وظیفه روانکاری، نقش خنک‌کننده نیز دارد. اما زمانی که روغن بیش از حد وارد سیکل می‌شود، سطح داخلی لوله‌ها با روغن پوشیده می‌شود و این اثر خنک‌کنندگی مبرد را کاهش می‌دهد. نتیجه این پدیده، تاخیر در تبخیر مبرد و کاهش ظرفیت برودتی چیلر است. علاوه بر این، ذرات معلق و آلودگی‌های جمع شده در لوله مویین می‌توانند با روغن مخلوط شوند و خطر آسیب به قطعات حساس سیستم، از جمله کمپرسور و شیر انبساط، را افزایش دهند. این امر علاوه بر کاهش راندمان، می‌تواند هزینه‌های نگهداری و تعمیرات سیستم را به شکل قابل توجهی افزایش دهد. به طور خلاصه، شارژ بیش از حد مبرد و ورود روغن به سیکل تبرید باعث می‌شود جریان مبرد در شیر انبساط و لوله مویین محدود شود، اثر خنک‌کنندگی کاهش یابد و ظرفیت و عملکرد کلی چیلر به شدت تحت تأثیر قرار گیرد.
نتیجه‌گیری
عملکرد دقیق شیر انبساط مکانیکی و نصب صحیح بالب حس‌کننده، ستون اصلی کنترل جریان مبرد و حفظ تعادل حرارتی در سیستم‌های تبرید است. نصب نادرست بالب یا تنظیم اشتباه شیر، حتی در حد جزئی، می‌تواند باعث افزایش سوپرهیت، برگشت مایع به کمپرسور، یخ‌زدگی اواپراتور یا کاهش ظرفیت برودتی شود. همچنین، طول و قطر لوله مویی نقش کلیدی در حفظ اختلاف فشار مناسب و کنترل تدریجی جریان مبرد دارد و هرگونه انحراف از طراحی استاندارد، عملکرد سیستم را مختل می‌کند. کمبود مبرد ناشی از نشتی یا شارژ ناکافی، و شارژ بیش از حد مبرد همراه با ورود روغن به سیکل، از دیگر عواملی هستند که می‌توانند کنترل جریان مبرد را مختل کرده و راندمان سرمایشی را کاهش دهند. انتخاب شیر انبساط با ظرفیت مناسب و رعایت نکات نصب و تنظیم، راهکاری مؤثر برای جلوگیری از مشکلات فوق و حفظ طول عمر کمپرسور و اواپراتور است. در نهایت، رعایت دقیق اصول نصب، تنظیم و نگهداری شیر انبساط و لوله مویی، به همراه پایش دقیق شارژ مبرد و کنترل ورود روغن، نه تنها عملکرد پایدار و بهینه سیستم تبرید را تضمین می‌کند، بلکه باعث کاهش مصرف انرژی، افزایش ایمنی و کاهش هزینه‌های نگهداری و تعمیرات در طول عمر تجهیزات خواهد شد. رعایت این اصول، تفاوت میان سیستم تبریدی با عملکرد متوسط و سیستمی با کارایی بالا و عمر طولانی را رقم می‌زند.