Из всех существующих расширительных устройств, капиллярное является, конечно, наиболее простым, поскольку оно представляет собой простой отрезок холодильной трубки малого диаметра, что делает его стоимость крайне низкой. Более того, оно не содержит никаких механических узлов и деталей и не располагает никакими системами настройки, что обеспечивает его высокую надежность и продолжительность работы в течение очень длительного времени.
Несмотря на некоторые условия, требующие строгого соблюдения при его использовании (о чем мы и будем говорить в настоящем разделе), многочисленные преимущества капиллярного расширительного устройства объясняют его выбор для оснащения им самых различных холодильных установок малой мощности, особенно когда они производятся крупными сериями: кондиционеры, домашние холодильники, небольшие тепловые насосы, холодильные шкафы...
А)Работа


Предметом настоящего раздела служит детальный анализ предосторожностей, которые необходимо соблюдать при любом вмешательстве в холодильный контур, оборудованный капиллярным расширительным устройством. Для начала изучим контур, представленный на рис. 51.1.
Принимая во внимание малую мощность установки, в ней используется, как правило, поршневой компрессор с герметичным корпусом. Пары, покидающие испаритель, чаще всего всасываются в верхней части компрессора (поз. 1).
Поэтому данная зона холодная, а верхушка кожуха тепловатая. Далее, всасываемые пары проходят через двигатель компрессора, который они охлаждают. Масло находится на дне корпуса (поз. 2), а поскольку нагнетаемые пары очень горячие, нижняя часть компрессора также горячая.

Иногда аномалии в работе установки вы можете обнаружить просто ощупывая герметичный кожух (опасайтесь ожога, зона 2 может быть очень горячей!).
Переохлажденная жидкость, которая выходит из конденсатора (поз. 3), дальше идет в фильтр или фильтр-осушитель (поз. 4). Этот фильтр необходим, чтобы предотвратить самую серьезную неисправность капилляра: его закупорку посторонними частицами (кусочки меди, крупинки припоя или флюса...), которые будут мешать прохождению жидкости, обусловливая появление неисправности типа "слишком слабый ТРВ". После дросселирования, жидкость, которая выходит из капилляра (поз. 5), проходит через испаритель и перегретые пары вновь возвращаются в компрессор.

На выходе из конденсатора мы не расположили жидкостной ресивер. Стоит ли, по вашему мнению, рекомендовать его установку? Почему?

Решение упражнения 1


Вначале нужно как следует усвоить, что капиллярное расширительное устройство ни что иное, как отрезок очень тонкой трубки, проходное сечение которой постоянно открыто.
В процессе работы, на входе в капилляр устанавливается давление конденсации, а на выходе из него - давление кипения. Однако когда компрессор останавливается, капилляр остается постоянно открытым и жидкости ничто не мешает продолжить проникновение в капилляр (а потом в испаритель) до тех пор, пока давление в испарителе и в конденсаторе полностью не сравняются. В результате, при остановке компрессора, конденсатор опорожняется, а испаритель заполняется хладагентом (см. рис. 51.2).
Если установить еще и жидкостной ресивер, его содержимое сможет без труда переместиться в испаритель и совершенно переполнить его, тем более, что испаритель "холодный". Тогда при ближайшем запуске компрессора это вызовет губительный для него гидроудар!
О
Вот почему жидкостной ресивер никогда не устанавливают в контурах, оборудованных капиллярным расширительным устройством!
Заметим, что испаритель должен быть сконструирован таким образом, чтобы исключать любую возможность стекания жидкости под действием силы тяжести на вход компрессора при его остановках (поэтому на схемах испаритель всегда запитан снизу).

Б) Преимущество выравнивания давлений при остановках


Сила тока, потребляемая компрессором, напрямую зависит от величины давления нагнетания (см. раздел 10. "Влияние величины давления нагнетания на силу тока, потребляемого электромотором компресора ").
Мы увидели, что при остановке компрессора давления в испарителе и конденсаторе выравниваются (см. рис. 51.3). Однако, когда компрессор запускается, давление нагнетания поднимается не мгновенно, а медленно повышается до тех пор, пока не достигнет номинального значения давления конденсации.
Это значит, что в течение всего периода выхода на номинальный режим, ток, потребляемый электромотором, вначале слабый, а затем постепенно растет одновременно с ростом давления нагнетания.
При остановке давления выравниваются

Таким образом, запуск компрессора происходит в облегченных условиях, без чрезмерных напряжений, при значительных ограничениях величины пускового тока. Выравнивание давлений при остановке, обусловленное наличием капилляра, позволяет, следовательно, благодаря облегченному режиму запуска, использовать небольшие электродвигатели. Вы можете легко себе представить особенную выгоду этого в экономическом плане для массового и крупносерийного производства установок, оборудуемых однофазными электродвигателями (домашние холодильники, кондиционеры...)!


В) Проблема заправки хладагентом
Проблема заправки установки несомненно является наиболее сложной проблемой для установок, оснащенных капиллярными расширительными устройствами. Для лучшего понимания этой проблемы рассмотрим поведение небольшой установки, работающей на R22 и заправленной по всем правилам.
Когда воздух, поступающий на вход испарителя, достаточно теплый (например, 25°С), кипение хладагента происходит очень интенсивно. Последняя молекула жидкости выкипает довольно рано {см. точку А на рис. 51.4) и перегрев весьма значительный (около 15 К). Верхушка герметичного кожуха относительно горячая (например, 35°С), а низ компрессора очень горячий (примерно 60°С).
Представим, что несколько позже температура воздуха на входе в испаритель упала до 20°С. Поскольку воздух стал холоднее, чем раньше, интенсивность кипения снизилась, однако капилляр продолжает подавать в испаритель почти то же самое количество R22, поэтому точка выкипания последней молекулы жидкости начинает сдвигаться к выходу из испарителя (точка В на рис. 51.4). Вот почему по мере снижения температуры воздуха на входе в испаритель перегрев падает и к концу цикла достигает, к примеру, 7 К. Верхушка кожуха становится слегка тепловатой (скажем, 30°С), но низ компрессора по-прежнему остается очень горячим.

Теперь представим, что после общения с клиентом, ремонтник хочет дозаправить этот кондиционер. Поскольку у него нет ни заправочного мерного цилиндра, ни весов, он решает произвести дозаправку, медленно добавляя хладагент в контур в паровой фазе.
При температуре воздуха на входе в испаритель 25°С, он добавляет хладагент до тех пор, пока не достигнет нормального перегрева (например, 7 К). Температура герметичного кожуха становится нормальной, кондиционер работает и хорошо охлаждает воздух. Со спокойной душой наш ремонтник покидает рабочее место (см. рис. 51.5)
Но, по мере снижения температуры в охлаждаемом помещении, температура воздуха на входе в испаритель и перегрев продолжают падать. Если задающий термостат настроен на отключение компрессора при достижении 20°С, то есть основание для того, чтобы в компрессор стала попадать жидкость (см. рис. 51.6)
Заметим, что чем больше падает перегрев, тем больше снижается, по отношению к нормальной, температура герметичного кожуха (как вверху, так и внизу).

Итак, мы ознакомились с первой опасностью приблизительной заправки: перегрев зависит от температуры воздуха на входе в испаритель.
Для лучшего понимания другой проблемы рассмотрим схему на рис. 51.7.


Схема иллюстрирует впрыск воды в открытый воздух (следовательно, при давлении окружающей среды, равном атмосферному) при помощи капилляра.
Если вода поступает на вход в капилляр при избыточном давлении 3 бара (перепад давления на капилляре API равен 3 бар), в атмосферу впрыскивается некоторое ее количество Ml.
При понижении давления подачи воды на входе в капилляр до 1 бар (изб.), перепад давления на нем АР2 ссотавит только 1 бар. Нетрудно понять, что количество поступающей в атмосферу воды М2 при этом также станет гораздо меньше.

Итак, если перепад давления АР на концах капилляра падает, расход воды через него так же снижается.







Очевидно, то же самое происходит, если вместо воды использовать хладагент, например, R22 (см. рис. 51.8).
Иначе говоря, расход жидкости через капилляр будет тем больше, чем выше перепад между давлением конденсации и давлением кипения.
То есть, чем больше повышается давление конденсации, тем больше возрастает расход хладагента, поступающего через капилляр.




Это явление не проходит бесследно для работы установки. Чтобы лучше понять это, изучим схему на рис. 51.9.
Представим, что при температуре в охлаждаемом объеме 20°С давление конденсации составляет 14,3 бар (+40°С), а давление кипения равно 4,1 бар (+1°С).
Это значит, что перепад на капилляре АР составляет 10,2 бар. При этом темпертура перегретого пара на входе в компрессор равна 8°С, то есть перегрев равен 8 - 1 = 7 К.


Представим теперь, что по какой-либо причине (забился конденсатор, возросла температура воздуха на входе в него...) давление конденсации повысилось, например, до 18,5 бар (см. рис. 51.10). Поскольку давление конденсации повысилось, компрессор стал всасывать меньше газа (см. раздел 9. "Влияние давления на массовый расход и холодопроизво-дительность "), и давление кипения так же повысилось (например, до 4,6 бар).
Следовательно, перепад давления на капилляре растет с 10,2 бар до 13,9 бар, что приводит к заметному повышению количества жидкости, поступающей в испаритель. Последняя молекула жидкости приближается к компрессору и перегрев, измеренный на всасывающем патрубке, снижается (в нашем примере он не более 6-4 = 2 К).
Таким образом, мы смогли увидеть вторую опасность приблизительной заправки: перегрев во всасывающей магистрали зависит от величины давления конденсации.



Когда капиллярным расширительным устройством оборудуются кондиционеры, есть еще одна проблема, которая может помешать их нормальной работе. Речь идет о скорости воздуха, проходящего через испаритель, поскольку, как правило, кондиционеры снабжены многоскоростными вентиляторами. Вновь напомним, что в кондиционерах большая скорость используется летом во время охлаждения помещений, чтобы предотвратить слишком низкую температуру воздушной струи на рабочих местах. Малая скорость включается зимой при подогреве, чтобы обеспечить обдув рабочих мест теплой струей воздуха.
Представим себе, что кондиционер настроен таким образом, чтобы поддерживать температуру в охлаждаемом помещении на уровне 20°С. Вентилятор испарителя работает с большой скоростью, через испаритель проходит значительный расход воздуха, работа протекает вполне нормально и перегрев в конце цикла совершенно нормальный (см. рис. 51.11).
В этот момент, если клиент переводит вентилятор на пониженную скорость (зачастую из-за того, что на большой скорости вентилятор издает повышенный шум), расход воздуха через испаритель падает. Поскольку расход воздуха через испаритель падает, жидкость кипит менее интенсивно и начинает продвигаться вперед к компрессору, в результате чего перегрев опасно уменьшается.
В этом случае сильно возрастает возможность появления губительных для компрессора гидроударов.
В самом деле, большинство причин появления неисправности типа "слишком слабый испаритель" могут обусловить возникновение гидроударов, опасных для установок данного типа вне зависимости от того, кондиционеры это или торговое оборудование, поскольку в них отсутствует ТРВ, способный контролировать количество жидкого хладагента, поступающего в испаритель (см. раздел 20.5. "Слишком слабый испаритель. Практические аспекты устранения неисправности ")

Г) Как правильно определить количество заправляемого хладагента?
Наилучшим способом заправки установки, оборудованной капиллярным расширительным устройством, является, несомненно, возможность скрупулезного соблюдения массы жидкости, рекомендуемой изготовителем. Следовательно, необходимо слить из установки весь хладагент, который может там находиться, потом произвести ее вакуумирование, а затем, при помощи мерного заправочного цилиндра или достаточно точных весов, залить в установку точно такое количество хладагента, которое соответствует указанному на табличке, прикрепленной к установке.
При ремонте установки прямо по месту ее нахождения ремонтник часто сталкивается с проблемой отсутствия у него мерного цилиндра или весов. Кроме того, иногда табличка с указанием массы заправляемого хладагента либо отсутствует, либо плохо прочитывается. Если агрегат невозможно доставить в мастерскую и ремонтник решает устранить неисправность на месте, он обязательно должен начать с поиска утечек и устранения их причины...
При заправке он должен очень осторожно начать подачу хладагента в установку (если можно, то в паровой фазе, за исключением смесевых хладагентов с температурным глайдом), постоянно измеряя при этом изменение перегрева на всасывающей магистрали компрессора (в торговом холодильном оборудовании зачастую можно будет также визуально контролировать начало появления инея на испарителе по мере снижения температуры воздуха).
В соответствии с условиями функционирования в момент заправки хладагентом, ремонтник должен помнить, что перегрев может опасно понижаться, если:
►  Падает температура в охлаждаемом объеме (обычно в момент ремонта она достаточно высока).
►  Повышается давление конденсации (повышение давления конденсации всегда можно спровоцировать, например, полностью закрыв конденсатор картоном, чтобы убедиться, что перегрев остается приемлемым).
►  Снижается интенсивность теплообмена на испарителе (в кондиционерах, например, по причине загрязнения воздушного фильтра, а в торговом холодильном оборудовании - из-за покрытия испарителя снежной "'шубой").
Заметим, что слишком большая заправка может вызвать работу с пониженным перегревом на всасывающей магистрали. Следовательно, избыток хладагента в контуре может оказаться причиной губительных гидроударов, которые создают опасность разрушения компрессора.
С другой стороны, недостаточная заправка может привести к работе с очень высоким перегревом во всасывающей магистрали. Тогда герметичный кожух будет плохо охлаждаться и двигатель компрессора станет сильно перегреваться. В таком случае останется только надеяться на нормальную работу встроенных средств защиты, иначе двигатель с большой вероятностью преждевременно выйдет из строя.
Напомним, наконец, что установки, оборудованные капиллярными расширительными устройствами, имеют пониженную заправку из-за того, что во время остановок компрессора давление в контуре выравнивается и возникает опасность переполнения испарителя, куда хладагент перетекает из конденсатора при остановках.

Поэтому в установках с капиллярными расширительными устройствами переохлаждение не может рассматриваться как определяющий показатель для оценки правильности величины заправки хладагентом.
Только на основе эксперимента ремонтник сможет точно установить момент, когда заправка будет достаточной. В случае сомнений, ремонтнику лучше всего через некоторое время еще раз прибыть на место работы установки, чтобы, при необходимости, довести величину заправки до требуемой.

Д) Проблема замены капилляра


К несчастью, иногда капилляр полностью или частично закупоривается. Главным образом, это происходит после перегорания двигателя компрессора или после ремонта контура, когда
он был произведен с отступлениями от правил. Если капилляр закупорен, в испаритель попадает очень мало жидкости (см. рис. 51.12). Следовательно, холодо-производительность падает, перегрев очень сильно возрастает и герметичный кожух нагревается до очень высокой температуры.
Внимание! Точно такие же признаки появляются при нехватке хладагента в контуре. Однако, при нехватке хладагента его недостает также и в конденсаторе, поэтому переохлаждение будет плохим. В то лее время, при закупоренном капилляре, недостаток хладагента в испарителе обязательно сопровождается его избытком в конденсаторе, поэтому при закупоренном капилляре переохлаждение вполне нормальное.

Есть еще один признак, позволяющий очень точно наверняка установить закупорку капилляра. Действительно, при остановке компрессора давление в контуре должно быстро выравниваться. Если капилляр закупорен, выравнивание давлений в контуре при остановках компрессора больше не происходит (при частичной закупорке выравнивание происходит тем медленнее, чем сильнее забит капиляр).

Внимание! Не смешивайте закупорку капилляра с нехваткой хладагента.
Если у вас нет устройства для чистки капилляров (например, ручного масляного насоса, который позволяет создавать довольно высокое давление масла и, таким образом, прочистить капилляр), всегда можно попытаться прочистить капилляр, например, его продувкой сжатым азотом высокого давления в направлении, обратном потоку жидкости. Можно также попробовать укоротить капилляр на несколько сантиметров со стороны входа в него, надеясь, что пробка находится именно там и будет таким образом исключена (см. рис. 51.13). К сожалению, это зачастую не дает успеха и тогда капилляр, также как и расположенный выше по потоку фильтр, заменяют (если бы фильтр соответствовал своему назначению, капилляр не закупорился бы).

Если у вас есть новый капилляр, поставленный изготовителем неисправного агрегата и в точности соответствующий засоренному капилляру, операция по замене производится достаточно просто. Однако, если вы хотите сами изготовить капилляр для замены, это может стать источником многочисленных неприятностей. В самом деле, для данной модели агрегата точное определение размеров капилляра является длительной и дорогостоящей операцией, в значительной степени связанной с проведением большого числа испытаний (поэтому использование капилляра оправдано только в массовом и крупносерийном производстве). Более того, если каждая модель данной серии агрегатов имеет различную холодопроизводительность, то параметры используемого в каждой из моделей капилляра будут тоже различными (по длине, а иногда и по диаметру)!

Все, кто когда-либо уже пробовал точно измерить диаметр капилляра, легко поймут, что ремонтник, располагая, как минимум, даже калибровочным инструментом, сможет измерить, зачастую приблизительно, только наружный диаметр.
Но, для одного и того же наружного диаметра, существует возможность выполнения капилляра с разными внутренними диаметрами (см. рис. 51.15).
В самом деле, достаточно перелистать каталоги различных поставщиков холодильного оборудования и комплектующих, чтобы убедиться, что для наружного диаметра капилляра 2,4 мм выпускаются капилляры с внутренними диаметрами 0,6; 0,8 и 1,2 мм. Точно так же, при наружном диаметре 3 мм существуют капилляры с внутренними диаметрами 1,0; 1,5 и 1,8 мм.
Неопытный ремонтник будет думать, что достаточно измерить длину и диаметр засорившегося капилляра, чтобы изготовить другой, точно такой же.
Если длину капилляра измерить достаточно легко, то определение диаметра, как правило, более сложная задача.
Действительно, существует, по меньшей мере, десяток типоразмеров внутренних диаметров, заключенных между 0,66 и 2,29 мм, а также десяток наружных диаметров, расположенных между 1,83 и 4,76 мм (см. рис. 51.14)1

Поэтому, измерение длины и наружного диаметра никоим образом не может позволить изготовить для замены капилляр, который будет работать точно так же, как первоначально установленный.
Теперь, чтобы изучить последствия установки неподходящего капилляра, рассмотрим в качестве примера небольшой кондиционер (см. рис. 51.16), который работает вполне нормально.
Воздух на входе в испаритель имеет температуру 20°С, манометр НД показывает 5 бар (то есть 6°С для R22), перегрев на всасывающей магистрали 5 К и температура герметичного корпуса вполне нормальная.