Η Θερμοεκτονωτική Βαλβίδα

Γράφει ο Δημήτρης Μενεγάκης
Μηχανολόγος Μηχανικός

Πριν μπω στο σημερινό μου θέμα θα ήθελα να ξεκινήσω με αυτόν τον πρόλογο. Κάποιος φίλος αναγνώστης του περιοδικού μας, αναφερόμενος στα άρθρα μου σχετικά με τα θέματα των εξετάσεων για την αδειοδότηση και την αξιολόγηση για πιστοποίηση με ρώτησε για ποιο λόγο δεν δίνω λιγόλογες άμεσες απαντήσεις στις συγκεκριμένες ερωτήσεις της ύλης, αντί να κάνω λεπτομερέστατη ανάπτυξη του θέματος. Έδωσα την απαιτούμενη εξήγηση στο φίλο ψυκτικό Τ.Π. Παίρνοντας όμως αφορμή από το τηλεφώνημά του, θέλω να δώσω μια εξήγηση και σε άλλους αναγνώστες μου, που ενδέχεται να έχουν την ίδια απορία με τον Τ.Π. φίλοι μου, από μαθητής ακόμη, ήμουνα ενάντια στην «παπαγαλία» και την αποστήθιση. Είναι μέθοδος αντιπαιδαγωγικές, που δίνουν εφήμερες γνώσεις και σε πολύ σύντομο διάστημα, ο «παπαγαλίσας» εγκέφαλος δεν θυμάται τίποτα, ιδιαίτερα στις περιπτώσεις των εξετάσεων, που για την κάθε ερώτηση δίνονται τρεις παραπλήσιες απαντήσεις, που όμως μια μόνο απ’ αυτές είναι η σωστή, δηλαδή αυτή που περιμένει ο εξεταστής. Μπορεί λοιπόν κάποιος υποψήφιος να μάθει «παπαγαλιστί» ότι στην τάδε ερώτηση, σωστή απάντηση είναι η (β), στην επόμενη η (α) και πάει λέγοντας. Εκτός όμως από αντιπαιδαγωγικές, είναι και μέθοδες πάρα πολύ χρονοβόρες. Παραδέχομαι όμως ότι στη χώρα μας τόσο η «παπαγαλία» όσο και η αποστήθιση, αμείβονται με το παραπάνω, γι’ αυτό και θεριεύουν όλο και πιο πολύ. Γι’ αυτούς τους λόγους θα συνεχίσω τη σωστή και πλήρη ανάπτυξη του κάθε θέματος, μέσα στην οποία υπάρχει βέβαια η ζητούμενη απάντηση, υπάρχουν όμως και πολλές ακόμη πληροφορίες, που εγώ θεωρώ απαραίτητες για τη «μια για πάντα «κατανόηση του κάθε θέματος.

Θα κλείσω αυτόν τον πρόλογό μου δίνοντας μια συμβουλή, αναφερόμενος στον τρόπο με τον οποίο πρέπει να διαβάζετε κάτι που επιδιώκετε να μάθετε, ώστε χωρίς πολύ κόπο και χρόνο να το μαθαίνετε τόσο σίγουρα που να σας μένει για πάντα. Πριν αρχίσετε λοιπόν το διάβασμα, ρωτήστε τον εαυτό σας αν είναι ώρα κατάλληλη για διάβασμα. Αν η απάντηση είναι αρνητική, τότε μην το ξεκινήσετε. Αφήστε για κάποια άλλη στιγμή. Όταν έλθει αυτή η κατάλληλη στιγμή κάνετε πρώτα μια σύντομη ανάγνωση του θέματος για να μπείτε μόνο στο πνεύμα του. Στη συνέχεια διαβάστε το αργά – αργά, γράφοντας στη μαγνητοταινία του εγκέφαλου ακόμη και τις πιο σημαντικές λεπτομέρειες. Μια μόνο προσεκτική ανάγνωση (δηλαδή μελέτη) είναι αρκετή για τη μάθηση. Δεν χρειάζεται δεύτερη ανάγνωση, ούτε μια πολύωρη και κοπιαστική αποστήθιση, γιατί τότε γίνεται «παπαγαλία» με όλα τα κουσούρια, που αναφέραμε παραπάνω.

Στο σημείο αυτό θέλω να σας αναφέρω σαν παράδειγμα τον τρόπο με τον οποίο διαβάσατε μόνο μια φορά ένα ενδιαφέρον μυθιστόρημα, ή ένα παιδικό παραμύθι, που όμως το θυμάστε μια ολόκληρη ζωή, χωρίς να χρειάστηκε να το διαβάσετε περισσότερο από μια φορά. Με αυτόν τον πρόλογο θέλω να μπω στο σημερινό μου θέμα που είναι η θερμοεκτονωτική βαλβίδα. Οι περιγραφές και τα σχήματα δανείστηκαν από το βιβλίο μου «Ψυκτικές Μηχανές Πλοίων»Ο προορισμός της είναι να εκτονώνει το ψυκτικό υγρό, δηλαδή να το μετατρέπει σε υγρό ατμό, που τον ψεκάζει σαν ένα παγωμένο νέφος, μέσα στον αεροψυκτήρα – εξατμιστή. Επί πλέον, ρυθμίζει την ποσότητα του ψυκτικού υγρού που θα εκτονώνεται κάθε στιγμή, ανάλογα με τις ανάγκες του αεροψυκτήρα και του χώρου.

Περιγραφή

Στο σχ.1 φαίνεται μια θερμοεκτονωτική βαλβίδα σε τομή, καθώς και τα εξαρτήματα που την απαρτίζουν. Το κέλυφος 14 κατασκευάζεται από σφυρήλατο ορείχαλκο και μέσα σ’ αυτό υπάρχει ένας ευαίσθητος πτυσσόμενος θάλαμος 9, κατασκευασμένος από λεπτά φύλλα ορείχαλκου, που μπορεί να συστέλλεται και να διαστέλλεται με τη βοήθεια της πίεσης του αερίου του θερμοστοιχείου 2, που μεταφέρεται σ’ αυτόν με τον τριχοειδή σωλήνα 1. Το θερμοστοιχείο 2.

Είναι μια μικρή φιάλη (αμπούλα) γεμάτη με ψυκτικό υγρό και μάλιστα ομότιμο εκείνου που χρησιμοποιείται στην εγκατάσταση. Αυτό το θερμοστοιχείο είναι συνέχεια υπό την άμεση επίδραση της θερμοκρασίας του αεροψυκτήρα με τον οποίο εφάπτεται και είναι συνδεδεμένο μ’αυτόν  σε συγκεκριμένη θέση, που θα δούμε παρακάτω. Ο πτυσσόμενος θάλαμος είναι στηριγμένος σταθερά στο πάνω μέρος και μπορεί να κινείται μόνο προς τα κάτω, από το ελεύθερο μέρος του. Ο πτυσσόμενος θάλαμος 9 συνδέεται με τη βελονοειδή βαλβίδα 12 με τη βοήθεια του βάκτρου 7. Η κωνική βελόνη μπορεί να πλησιάζει ή να απομακρύνεται από την έδρα της 10, που είναι προσαρμοσμένη στο χώρο παροχής του ψυκτικού υγρού. Αυτή η έδρα έχει μια σχολαστικά υπολογισμένη κωνική οπή, που είναι το προφύσιο που θα εκτονώσει το ψυκτικό υγρό και θα το ψεκάσει στον αεροψυκτήρα εξατμιστή, μέσω του χώρου 11.

Δεν είναι υπερβολή να πούμε ότι αυτή η κωνική οπή κάνει όλη τη δουλειά. Στην είσοδο αυτής της μικρής κωνικής τρύπας το ψυκτικό υγρό έχει υψηλή θερμοκρασία και πίεση ίση με την πίεση κατάθλιψης του συμπιεστή και στην έξοδό της το υγρό έχει γίνει παγωμένος υγρός ατμός, με χαμηλή πίεση, ίση περίπου με την πίεση αναρρόφησης του συμπιεστή. Αυτή η μικρή κωνική τρύπα είναι το σύνορο ανάμεσα στην περιοχή υψηλών πιέσεων και χαμηλών πιέσεων ολόκληρου του δικτύου της ψυκτικής εγκατάστασης. Η πίεση του αερίου του θερμοστοιχείου προσπαθεί να διατηρεί τη βελονοειδή βαλβίδα συνέχεια ανοιχτή, δηλαδή μακριά από την έδρα της. Ένα σχολαστικά υπολογισμένο ελατήριο 15 προσπαθεί να κρατά συνέχεια τη βελονοειδή βαλβίδα κλειστή στην έδρα της. Πάνω σ’ αυτό το ελατήριο ενεργεί και ο ρυθμιστικός κοχλίας 17, με τον οποίο κάνουμε τις ρυθμίσεις μας.

Λειτουργία

Ψυκτικό υγρό από το δοχείο υγρού, σε κατάσταση κορεσμού, μπαίνει στη θερμοεκτονωτική βαλβίδα σε θερμοκρασία λίγο πιο υψηλή από τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος, περίπου 30oC, με πίεση υψηλή, ίση με την πίεση κατάθλιψης του συμπιεστή και με χαμηλή ενθαλπία, περίπου 7 kcal/kg. Καθώς το ψυκτικό υγρό περνά μέσα από την έδρα της βελόνης στραγγαλίζεται, η πίεση του πέφτει και γίνεται ίση με την πίεση αναρρόφησης του συμπιεστή, στην έξοδο της βαλβίδας. Στο σημείο αυτό το ψυκτικό υγρό έχει εκτονωθεί, δηλαδή:

• Έχει πέσει η πίεσή του
• Έχει αυξηθεί η ταχύτητά του (ψεκασμός)
• Έχει πέσει η θερμοκρασία του, περίπου στους -15^oC και
• Έχει αυξηθεί ο όγκος του (δηλαδή έχει διογκωθεί).

Όλα αυτά σημαίνουν πρακτικά ότι το ψυκτικό υγρό έχει μετατραπεί σε υγρό με βαθμό ξηρότητας  χ=0,2 δηλαδή λίγο πιο πάνω από τη μηδενική ξηρότητα που είχε στην αρχή της εισόδου στη βαλβίδα. Σ’ αυτή την κατάσταση μπαίνει τώρα στον αεροψυκτήρα – εξατμιστή, μέσα στον οποίο επικρατεί χαμηλή πίεση και μάλιστα ίση με την πίεση αναρρόφησης του συμπιεστή, με αποτέλεσμα ο υγρός ατμός απορροφώντας λανθάνουσα θερμότητα από το περιβάλλον του εξατμιστή, π.χ. από τον ψυκτικό θάλαμο και τα αποθηκευμένα ευπαθή προϊόντα, να γίνεται πρώτα ξηρός και σταδιακά υπέρθερμος, οπότε αναρροφάται από το συμπιεστή.Η ποσότητα των ατμών που μπαίνουν στον αεροψυκτήρα κάθε στιγμή εξαρτάται από τη θέση της βελόνης και την απόσταση από την κωνική της έδρα. Η θέση της βελόνης εξαρτάται από την πίεση που εξασκεί το αέριο του θερμοστοιχείου στον πτυσσόμενο θάλαμο, η οποία είναι ανάλογη της θερμοκρασίας του αεροψυκτήρα. Εξαρτάται όμως και από τη δύναμη που εξασκεί το ελατήριο με την τάση του. Το σχ.2 είναι ένα σκαρίφημα της θερμοεκτονωτικής βαλβίδας, που εύκολα μπορεί να το θυμάται κάθε υποψήφιος και με τη βοήθεια αυτού του σκαριφήματος να περιγράφει εύκολα τη λειτουργία της θερμοεκτονωτικής.

Όταν η θερμοκρασία του αεροψυκτήρα ανεβαίνει, ανεβαίνει αντίστοιχα και η πίεση του αερίου γόμωσης του θερμοστοιχείου. Αυτή η αυξημένη πίεση διαστέλλει τον πτυσσόμενο θάλαμο, τον αναγκάζει να κινηθεί προς τα κάτω, οπότε το βάκτρο απομακρύνει τη Βελόνη από την έδρα της, με αποτέλεσμα να αυξάνεται η ποσότητα του ψυκτικού υγρού που θα εκτονωθεί, διοχετεύοντας στον αεροψυκτήρα – εξατμιστή μεγαλύτερη ποσότητα ατμών, για να καλύψει την ανάγκη.

Αντίθετα, όταν η θερμοκρασία κατεβαίνει, πέφτει η πίεση του αερίου του θερμοστοιχείου. Αυτή η πτώση πίεσης αναγκάζει τον πτυσσόμενο θάλαμο να συσταλεί και να κινηθεί προς τα πάνω, αναγκάζοντας το βάκτρο να πλησιάσει τη βελόνη στην έδρα της, με αποτέλεσμα να ελαττώνεται η ποσότητα του ψυκτικού υγρού που θα εκτονωθεί, διοχετεύοντας έτσι στον αεροψυκτήρα – εξατμιστή μικρότερη ποσότητα ατμών. Στην κίνηση αυτή βοηθά και η τάση του ελατηρίου. Περιγράφοντας με δύο σύντομα λόγια τη λειτουργία αυτής της πανέξυπνης συσκευής θα λέγαμε ότι το ψυκτικό υγρό μπαίνει σ’ αυτήν με πίεση υψηλή ίση με την πίεση κατάθλιψης του συμπιεστή και με θερμοκρασία περιβάλλοντος και βγαίνει από αυτή σαν ένα παγωμένο νέφος, που με μεγάλη ταχύτητα και χαμηλή πίεση ίση με την πίεση αναρρόφησης του συμπιεστή, ψεκάζεται μέσα στον αεροψυκτήρα και μάλιστα ζυγισμένο, στην απαιτούμενη κάθε στιγμή ποσότητα. Κατά τη λειτουργία το αέριο γόμωσης του θερμοστοιχείου είναι 5o-6oC θερμότερο από τους ατμούς στην έξοδο του αεροψυκτήρα. Αυτή η διαφορά θερμοκρασίας αναφέρεται στο ίδιο σημείο, που είναι το σημείο πρόσδεσης του θερμοστοιχείου και ονομάζεται ΥΠΕΡΘΕΡΜΟΤΗΣ (superheat). Αυτή η υπερθερμότητα  είναι απαραίτητη για τη δημιουργία των διαφορικών δυνάμεων που απαιτούνται για τη σωστή λειτουργία της θερμοεκτονωτικής βαλβίδας.

Τοποθέτηση

Η θερμοεκτονωτική βαλβίδα τοποθετείται (κατά τα γνωστά) στο σωλήνα εισόδου των ατμών στον αεροψυκτήρα – εξατμιστή. Το θερμοστοιχείο προσδένεται στην έξοδο των ατμών, δηλαδή στο σωλήνα αναρρόφησης του συμπιεστή, κοντά στον αεροψυκτήρα και σε απόσταση όχι μεγαλύτερη από το 1m, πάντοτε σε οριζόντιο τμήμα του σωλήνα, είναι δε απόλυτα απαραίτητο να εφάπτεται σωστά σε όλο το μήκος της αμπούλας και να μονώνεται μαζί με το τμήμα του σωλήνα στο οποίο εφάπτεται. Ο τριχοειδής σωλήνας του θερμοστοιχείου μπορεί να περνά από χώρο θερμότερο ή ψυχρότερο εκείνου, τη θερμοκρασία του οποίου προορίζεται να ρυθμίζει, χωρίς να επηρεάζεται η σωστή λειτουργία και η ρυθμιστική ικανότητα της βαλβίδας, που εξαρτάται αποκλειστικά και μόνο από τη θερμοκρασία του θερμοστοιχείου. Το ίδιο ακριβώς ισχύει και για την ίδια βαλβίδα.

Ρύθμιση

Ο κοχλίας ρύθμισης 17 (σχ.1) ρυθμίζει τη δύναμη που ασκεί το ελατήριο 15 στο συγκρότημα της βελονοειδούς βαλβίδας 12 και αντίστοιχα αυξομειώνει την πίεση στην οποία θα ανοίξει ή θα κλείσει η βαλβίδα. Έτσι:- Όταν στρέφεται προς τα δεξιά, αυξάνεται η ένταση του ελατηρίου, οπότε απαιτείται μεγαλύτερη πίεση εκ μέρους του πτυσσόμενου θαλάμου για να ανοίξει η βαλβίδα. Αυτό σημαίνει ότι η εξάτμιση θα γίνεται υπό υψηλότερη πίεση, άρα και θερμοκρασία, με αποτέλεσμα την άνοδο της θερμοκρασίας του ψυγείου.- Αντίθετα, όταν στρέφεται προς τα αριστερά, ελαττώνεται η ένταση του ελατηρίου, οπότε απαιτείται μικρότερη πίεση εκ μέρους του πτυσσόμενου θαλάμου για να ανοίξει τη βαλβίδα, πράγμα που σημαίνει ότι η εξάτμιση θα γίνεται υπό χαμηλότερη πίεση, άρα και θερμοκρασία, με αποτέλεσμα την πτώση της θερμοκρασίας του ψυγείου.

Τεχνικοί όροι που αναφέρονται στις θερμοεκτονωτικέςΠαρακάτω θα αναφέρουμε κάποιους όρους που αναφέρονται στις θερμοεκτονωτικές βαλβίδες και μας βοηθούν στη σωστή επιλογή του τύπου της βαλβίδας που θα εξυπηρετήσει μια συγκεκριμένη ψυκτική εγκατάσταση. Είναι οι όροι MOP-ORIFICE και Εξωτερικός Εξισωτής.MOP είναι τα αρχικά γράμματα της Βρετανικής ορολογίας Maximum Operating Pressure,που σημαίνει Μέγιστη Πίεση Λειτουργίας. Κατά την επιλογή μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε βαλβίδα με MOP ή χωρίς MOP. Όταν επιλέγουμε θερμοεκτονωτική βαλβίδα με MOP αυτό σημαίνει ότι η έγχυση των ατμών μέσα στον αεροψυκτήρα διακόπτεται σε μια προεπιλεγμένη μέγιστη πίεση εξάτμισης ή αναρρόφησης. Με τον τρόπο αυτό εμποδίζεται η αύξηση της πίεσης αναρρόφησης πέραν των επιθυμητών ορίων, προφυλάσσοντας έτσι τον συμπιεστή, από υπερπιέσεις. Πιο πρακτικά, όταν φθάσει στο MOP, η εντολή του θερμοστοιχείου παύει να προκαλεί άνοιγμα της βελονοειδούς βαλβίδας. Αν μεταβληθεί η αρχική ρύθμιση της βαλβίδας, τότε μεταβάλλεται και το MOP. Όταν η αρχική ρύθμιση αυξάνεται το MOP ελαττώνεται και αντίθετα, όταν η αρχική ρύθμιση χαμηλώνει, το MOP ανεβαίνει.ORIFICE  Το MOP εξασφαλίζεται με τη χρησιμοποίηση ενός μπέκ που έχει οπή απόλυτης ακρίβειας, που επιτρέπει να περάσει μια συγκεκριμένη ποσότητα ατμών σε μια χρονική μονάδα. Είναι το γνωστό μας ORIFICE (=μπέκ).