بررسی تله های بخار های ترمودینامیکی

منتشر شده در 1399/09/09 | بازدید : 37 بار | زمان مطالعه : 10 دقیقه

بررسی تله های بخار های ترمودینامیکی

تله های ترموستاتیک در پاسخ به دمای بخار اطراف کار می کنند. عملکرد و مزایای 3 نوع مختلف در اینجا در نظر گرفته شده است - تله های انبساط مایع ، تله های ترموستاتیک بیمتال (دو فلزی) و فشار متعادل. هر کدام به روشی متفاوت عمل می کنند و متناسب با انواع خاصی از کاربردها هستند.

تله بخار انبساط مایع

این یکی از ساده ترین تله های ترموستاتیک است و در شکل 11.2.1 نشان داده شده است. یک عنصر پر روغن با گرم شدن منبسط می شود تا دریچه را در سمت نشیمنگاه ببندد. این تنظیم اجازه می دهد تا دمای تخلیه تله بخار بین 60 درجه سانتیگراد و 100 درجه سانتیگراد تغییر کند ، که باعث می شود در هنگام راه اندازی ، دستگاه برای خلاص شدن از مقدار زیادی هوا و میعانات سرد عمل کند.

همانطور که می دانید درجه حرارت بخار اشباع شده با فشار متفاوت است.

شکل 11.2.2 منحنی اشباع بخار را نشان می دهد ، همراه با خط پاسخ دمای ثابت (X - X) تله بخار انبساط مایع ، تنظیم شده در 90 درجه سانتیگراد.

از شکل 11.2.2 می توان دریافت که وقتی فشار در فشار P1 است ، میعانات باید فقط مقدار کمی خنک شوند (ΔT1) و در تله ماندن آنها قابل قبول است. با این حال ، اگر فشار به P2 افزایش یابد ، میعانات برای عبور از دام بخار مجبور به خنک شدن بیشتر (ΔT2) می شوند. این خنک سازی فقط در لوله بین فرآیند و تله بخار اتفاق می افتد و اگر دمای تخلیه دام ثابت بماند ، فرایند غرقاب می شود.

مزایای تله بخار انبساط مایع:

  • تله های انبساط مایع را می توان به گونه ای تنظیم کرد که در دمای پایین تخلیه شود ، و دارای یک امکان عالی "تخلیه سرد" باشد.
  • همانند تله بخار فشار متعادل ، تله بخار انبساط مایع در هنگام سرما کاملاً باز است و باعث تخلیه هوای مناسب و حداکثر ظرفیت میعانات در بارهای اولیه می شود.
  • از تله بخار انبساط مایع می توان به عنوان یک تله تخلیه شروع کننده در شبکه بخار که در آن یک پایه خنک کننده طولانی با میعانات خنک کننده غرق می شود استفاده کرد.و قادر به مقاومت در برابر لرزش و شرایط چکش آب است.

معایب تله بخار انبساط مایع:

  • لوله انعطاف پذیر عنصر می تواند توسط میعانات خورنده یا سوپرهیت از بین برود.
  • از آنجا که تله بخار انبساط مایع میعانات را در دمای 100 درجه سانتیگراد یا کمتر تخلیه می کند ، هرگز نباید از آن برای کاربردهایی که خواستار حذف فوری میعانات از فضای بخار هستند استفاده شود.
  • اگر قرار است تله بخار تحت شرایط انجماد قرار گیرد ، دام و لوله های مربوط به آن باید به خوبی عایق بندی شوند.
  • تله بخار انبساط مایع به طور معمول به خودی خود یک محلول دام نیست ، زیرا معمولاً برای کار موازی با آن به دام بخار دیگری نیز احتیاج دارد. با این حال ، اغلب می توان از آن در مواردی استفاده کرد که نرخ راه اندازی مورد توجه قرار نگیرد ، مانند هنگام تخلیه سیم پیچ های گرمایشی مخزن کوچک.

تله  بخار فشار متعادل

یک پیشرفت بزرگ در تله بخار انبساط مایع ، تله فشار متعادل است که در شکل 11.2.4 نشان داده شده است. دمای عملکرد آن تحت تأثیر فشار بخار اطراف است. عنصر عامل یک کپسول است که حاوی مخلوط ویژه مایعات و آب با نقطه جوش زیر آب است. در شرایط سرما که در هنگام راه اندازی وجود دارد ، کپسول آرام است. سوپاپ از نشیمنگاه خود کاملاً باز است و اجازه می دهد هوا بدون محدودیت خارج شود. این ویژگی همه فشارهای متعادل است و توضیح می دهد که چرا آنها برای تهویه هوا مناسب هستند.

با عبور میعانات از تله بخار فشار متعادل ، گرما به مایع درون کپسول منتقل می شود. مایع قبل از رسیدن بخار به تله بخار می رسد. فشار بخار درون کپسول باعث انبساط آن شده و دریچه بسته می شود. از دست دادن گرما از دام ، آب اطراف کپسول را خنک می کند ، بخار متراکم می شود و کپسول منقبض می شود ، دریچه را باز می کند و میعانات را آزاد می کند تا دوباره بخار نزدیک شود و چرخه تکرار شود (شکل 11.2.5).

دیفرانسیل زیر دمای بخار که تله بخار کار می کند توسط غلظت مخلوط مایع در کپسول کنترل می شود. عنصر "دیواره نازک" به تغییرات فشار و دما پاسخ سریع می دهد. نتیجه همان خط پاسخ است که در شکل 11.2.6 نشان داده شده است.

 

عناصر اولیه تله بخار  از نوع ساخت و ساز غیر آهنی در معرض آسیب توسط چکش هستند. معرفی عناصر فولاد ضد زنگ قابلیت اطمینان را به میزان قابل توجهی بهبود بخشید. شکل 11.2.7 نمای منفجر شده ای از یک آرایش دام بخار با فشار متعادل مدرن را نشان می دهد که مقاومت قابل توجهی در برابر صدمات ناشی از چکش آب ، گرم شدن بیش از حد و خوردگی دارد.

مزایای تله بخار فشار متعادل:

  • کوچک ، سبک و دارای ظرفیت زیادی برای اندازه آن است.
  • شیر هنگام راه اندازی کاملاً باز است و اجازه می دهد هوا و سایر گازهای غیر قابل تغلیظ آزادانه تخلیه شوند و در بیشترین بار ، حداکثر میزان میعانات را از بین می برند.
  • بعید است که این نوع تله بخار هنگام کار در موقعیت در معرض یخ زدگی قرار گیرد (مگر اینکه پس از دام ، در لوله میعانات بالا بیاید ، که باعث می شود آب در هنگام خاموش شدن بخار آب به عقب برگردد و دام را غرق کند).
  • تله بخار فشار متعادل مدرن به طور خودکار خود را متناسب با تغییرات فشار بخار تا حداکثر فشار عملیاتی خود تنظیم می کند. همچنین تا دمای 70 درجه سانتیگراد گرمازدگی را تحمل خواهد کرد.
  • نگهداری از تله بخار ساده است. کپسول و صندلی سوپاپ به راحتی برداشته می شوند و جایگزین ها را می توان در عرض چند دقیقه و بدون برداشتن دام از خط نصب کرد.

معایب تله بخار فشار متعادل:

  • تله های بخار فشار متعادل به سبک قدیمی دارای دمنده ای بودند که در معرض آسیب های چکش یا میعانات خورنده قرار داشتند. کپسول های فولادی ضد زنگ جوش داده شده که اخیراً معرفی شده اند ، بهتر قادر به تحمل چنین شرایطی هستند.
  • به طور مشترک با تمام تله های ترموستاتیک دیگر ، تا زمانی که دمای میعانات به زیر دمای بخار نرسد ، نوع فشار متعادل باز نمی شود (اختلاف دقیق دما توسط سیال مورد استفاده برای پر کردن عنصر تعیین می شود).

تله بخار بیمتال ( دو فلزی )

همانطور که از نام آن پیداست ، تله های بخار دو فلزی با استفاده از دو نوار فلزات غیر مشابه با هم در یک عنصر جوش داده می شوند. هنگام گرم شدن عنصر منحرف می شود. (شکل 11.2.8):

در مورد این عنصر ساده باید دو نکته مهم را در نظر گرفت:

  • عملکرد تله بخار در یک درجه حرارت ثابت مشخص صورت می گیرد ، که ممکن است نیازهای سیستم بخار را که احتمالاً در فشارها و دماهای مختلف کار می کند را برآورده نکند (شکل 11.2.9 را ببینید).
  • از آنجا که توان اعمال شده توسط یک نوار دو فلزی تنها کم است ، ممکن است از جرم بزرگی استفاده شود که واکنش کندی در برابر تغییرات دما در سیستم بخار داشته باشد.

عملکرد هر تله بخار را می توان با پاسخ آن به منحنی اشباع بخار اندازه گیری کرد. پاسخ ایده آل از نزدیک منحنی را دنبال می کند و دقیقاً زیر آن است. یک عنصر دو فلزی ساده تمایل دارد به تغییرات خطی به صورت خطی واکنش نشان دهد.

شکل 11.2.9 مشخصه خط مستقیم یک عنصر دو فلزی ساده نسبت به منحنی اشباع بخار را نشان می دهد. با افزایش فشار بخار بالاتر از P1 ، اختلاف بین دمای اشباع بخار و دمای عملکرد دام افزایش می یابد. غرقاب با فشار سیستم افزایش می یابد ، عدم توانایی دام در پاسخ به تغییر شرایط فشار را برجسته می کند.

لازم به ذکر است که در فشارهای زیر P1 ، دمای عملکرد تله بخار در واقع بالاتر از دمای اشباع است. این باعث می شود تله بخار در فشارهای پایین بخار عبور کند. ممکن است اطمینان حاصل شود که دام بخار در طول ساخت تنظیم شده است تا اطمینان حاصل شود که این قسمت از منحنی اشباع همیشه بالاتر از خط کار است. با این حال ، به دلیل عملکرد خطی عنصر ، اختلاف بین این دو با فشار سیستم حتی بیشتر می شود و اثر غرقابی را افزایش می دهد.

واضح است که ، این عملیات رضایت بخشی برای هر تله  بخار نیست ، و تلاش های مختلفی برای بهبود وضعیت توسط تولید کنندگان انجام شده است. بعضی از ترکیبات دو مجموعه مختلف برگ دو فلزی در یک پشته استفاده می کنند که در دماهای مختلف کار می کنند (شکل 11.2.10).

نتیجه معمول خط پاسخ تقسیم شده مشابه آنچه در شکل 11.2.11 نشان داده شده است. این یک بهبود در شکل 11.2.9 است ، اما هنوز دقیقاً از منحنی اشباع پیروی نمی کند. یک مجموعه از برگهای دو فلزی منحرف می شود تا پاسخ P1 به P2 را بدهد. در دمای بالاتر ، مجموعه دوم برگهای دو فلزی به پاسخ P2 به P3 کمک می کند. واضح است که اگرچه از طراحی قبلی بهبود یافته است ، اما از نظر پیروی از منحنی اشباع هنوز رضایت بخش نیست.

طراحی ابتکاری تر ، عنصر ترموستاتیک فنر دیسک است که در شکل 11.2.12 نشان داده شده است. عنصر ترموستاتیک از مجموعه ای از دیسک های دو فلزی تشکیل شده است. این دیسک ها ، اگر مستقیماً بین میل سوپاپ و نشیمنگاه کار کنند (مانند برخی از تله های بخار ترموستاتیک) ، با تغییر فشار باعث تغییر دمای تخلیه میعانات می شوند (منحنی "A" ، شکل 11.2.13). با قرار دادن واشر فنری بین دیسک ها و یک فرورفتگی در صندلی ، این امر مقداری از انبساط دو فلزی را در فشار کم جذب می کند ، بنابراین با تغییر فشار باید تغییر دما بیشتر شود. شکل واشر فنر نسبت به فنر سیم پیچ ترجیح داده می شود زیرا باعث افزایش نیرو در یک نرخ تصاعدی بیشتر از سرعت خطی می شود. این اثر تا 15 بار گرم انجام می شود تا زمانی که فنر به پایین فرورفتگی منحرف شود و به این معنی است که دمای تخلیه میعانات از منحنی اشباع بخار با دقت بیشتری پیروی می کند (منحنی "B" ، شکل 11.2.13). میزان تخلیه نیز توسط کلاک دینامیکی که تمایل به تولید تخلیه انفجار دارد ، بهبود می یابد.

مزایای تله بخار دو فلزی:

 

  • تله های بخار دو فلزی معمولاً جمع و جور هستند ، اما می توانند ظرفیت میعانات گازی زیادی داشته باشند.
  • شیر در هنگام سرد بودن دام بخار کاملاً باز است و در شرایط "راه اندازی" قابلیت تخلیه هوا مناسب و حداکثر ظرفیت تخلیه میعانات را دارد.
  • از آنجا که میعانات به طور آزاد از خروجی تخلیه می شود ، این نوع دام بخار هنگام کار در موقعیتی در معرض یخ نمی زند. بدنه برخی از تله های بخار دو فلزی به گونه ای طراحی شده اند که حتی در صورت یخ زدگی نیز خسارتی نخواهند دید.
  • تله های بخار دو فلزی معمولاً قادر به مقاومت در برابر فشار چکش ، میعانات خورنده و فشارهای بالای بخار هستند.
  • عناصر دو فلزی می توانند در طیف وسیعی از فشارهای بخار کار کنند بدون اینکه نیازی به تغییر اندازه روزنه سوپاپ باشد.
  • اگر سوپاپ در پایین دست صندلی قرار داشته باشد ، در برابر جریان معکوس از طریق بخار تمایل پیدا می کند. اما اگر احتمال جریان معکوس وجود دارد ، باید یک شیر کنترل جداگانه در پایین دست دام نصب شود.
  • از آنجا که میعانات در دماهای مختلف زیر دمای اشباع تخلیه می شود و به شرط تحمل غرقاب شدن فضای بخار ، مقداری از آنتالپی آب اشباع شده می تواند به گیاه منتقل شود. این حداکثر انرژی را از میعانات گازی قبل از تخلیه آن برای هدر رفتن استخراج می کند ، و توضیح می دهد که چرا این تله ها در خطوط ردیاب استفاده می شوند که میعانات معمولاً به هدر می رود.
  • نگهداری از این نوع بخار دام مشکلات کمی را ایجاد می کند ، زیرا می توان قطعات داخلی را بدون برداشتن بدنه دام از خط تعویض کرد.
  • بخار فلاش تولید شده هر زمان که میعانات از فشار بالاتر به فشار کمتری تخلیه شود ، باعث افزایش فشار برگشتی در خط میعانات می شود. پایه خنک کننده اجازه می دهد تا میعانات خنک شوند ، در بخار میعانات بخار کمتری تولید می شود و در نتیجه به کاهش فشار برگشت کمک می کند.

 

معایب دام بخار دو فلزی:

  • هنگامی که میعانات زیر دمای بخار تخلیه می شود ، غرقاب شدن فضای بخار اتفاق می افتد مگر اینکه تله بخار در انتهای یک پایه خنک کننده طولانی نصب شود ، به طور معمول 1 تا 3 متر لوله باز نشده (شکل 11.2.14 را ببینید). تله های بخار دو فلزی برای حذف سریع میعانات برای دستیابی به حداکثر خروجی ضروری است ، مناسب نیستند.
  • برخی از تله های بخار دو فلزی در برابر انسداد کثیفی لوله به دلیل سرعت پایین جریان داخلی آسیب پذیر هستند. با این حال ، برخی از تله های دو فلزی دارای تر و تمیز سوپاپ های مخصوص هستند که انرژی تخلیه را باز می کنند تا شیر بیشتر باز شود. اینها به جای تخلیه دریبل مداوم ، به یک ویژگی تخلیه انفجار متناوب می پردازند و به همین دلیل تمیز می شوند. از این تریم های سوپاپی بعضاً به عنوان کلاک دینامیک یاد می شود.
  • اگر تله بخار دو فلزی در مقابل فشار قابل توجهی تخلیه شود ، میعانات باید تا دمای پایین تر از حد معمول قبل از باز شدن شیر خنک شود. فشار 50٪ ممکن است باعث کاهش دمای تخلیه تا 50 درجه سانتیگراد شود. ممکن است برای رسیدن به این شرایط افزایش طول پایه خنک کننده لازم باشد.
  • تله های بخار دو فلزی به سرعت در برابر تغییرات بار یا فشار واکنش نشان نمی دهند.