Клапаны Danfoss ICV и ICM

В 2004 году на рынке холодильного оборудования компанией «Данфосс» были представлены клапаны семейства ICV. Данная группа включает в себя две серии клапанов: сервоприводные механические регуляторы ICS, управляемые пилотами с диапазоном размеров от Ду25 до Ду65, и электроприводные клапаны ICM в диапазоне размеров от Ду20 до Ду65. Представленная инновационная серия клапанов характеризуется модульной конструкцией.

Представленная инновационная серия клапанов характеризуется модульной конструкцией, такими решениями, как магнитная муфта для передачи крутящего момента от привода к исполнительному механизму клапана, универсальность и многовариантность конструкции, позволяющая получать различные регулирующие функции в одной и той же точке размещения клапана.

Данная серия клапанов была выведена на рынок как альтернатива существующим на тот момент уже около 25 лет клапанам РМ. Но поскольку клапаны РМ существовали в диапазоне размеров от Ду20 до Ду125, новая серия ICV клапанов не могла полностью заменить существующий ряд РМ клапанов, несмотря на явные преимущества инновационных решений конструкции и превосходные регулирующие характеристики, меньшие размеры и вес.

Обе серии клапанов присутствовали на рынке в указанном объёме до 2009 г. Базируясь на опыте использования клапанов РМ и пятилетнем опыте использования клапанов ICM малого размера, в2009 году были выпущены ICV клапаны большого размера от Ду100 до Ду150. В начале 2010 года серия была доукомплектована клапаном ICS 80. C добавлением клапана ICS80 ряд регуляторов ICV серии стал непрерывным и полностью перекрыл возможности регуляторов РМ.

Концепция

Как упоминалось ранее, серия клапанов ICV состоит из ряда сервоприводных механических регуляторов ICS, управляемых пилотными клапанами, и ряда клапанов ICM с приводом в виде шагового цифрового двигателя (рис.1). Обе серии ICV клапанов используют единый корпус и могут в процессе использования по желанию эксплуатационной организации быть заменены с одного типа на другой без замены тела смонтированного на трубопроводе. Как показано на рисунке 1, ICS клапан состоит из таких частей: корпус, функциональный модуль, крышка + управляющий пилот. ICM клапан состоит из корпуса, функционального модуля, крышки и привода. У клапанов ICM от Ду20 до Ду65 функциональный модуль объединен с крышкой и составляет единое целое. Перечень пилотов, использующихся с РМ клапанами, был дополнен пилотами высокого давления и, как и раньше, полностью совместим со всей линейкой ICS клапанов.

Рис. 1. Конструкция клапанов серии ICV

Применения клапанов. 

Основные клапаны чаще всего используются в больших коммерческих и промышленных системах охлаждения, поскольку могут быть использованы для широкого ряда задач. Например, они могут быть использованы, чтобы регулировать давление испарения, давление конденсации, дифференциальное давление, давление в картере, производительность, а также многое другое. Выполняемая функция зависит от того, какой управляющий пилот установлен.

Конструкция клапанов ICS. Стандартно клапаны ICS доступны в версиях с одним и тремя пилотами. В однопилотной версии пилот ввинчивается в порт, размещенный в крышке клапана. Трехпилотная версия снабжена крышкой с тремя портами и допускает использование трех пилотных клапанов одновременно. Однопилотная версия может быть использована, чтобы выполнять только одну функцию, как например, поддержание давления испарения
или давления конденсации. Функциональный модуль устанавливается в корпусе и может быть легко заменен без участия в этом процессе присоединений к трубопроводу.

Функция электромагнитного клапана. Самое простое использование основного клапана – в качестве электромагнитного клапана. С этой целью одинопилотная версия основного клапана оснащается пилотным клапаном EVM. Электромагнитные клапаны чаще всего используются в формате нормально закрытого клапана (НЗ), это означает, что клапан закрыт, когда питание на катушку не подается.

Регулирование давления испарения. Регуляторы давления испарения устанавливаются за испарителем. Например, в системе с несколькими испарителями, где данный испаритель должен работать с более высоким давлением, чем другие испарители в той же системе. Регуляторы давления испарения также часто используются с чиллерами, дабы обеспечивать дополнительную защиту против замерзания воды в испарителе.

Регулирование давления конденсации. Регуляторы давления конденсации используются, чтобы предохранять температуру конденсации от слишком большого понижения, особенно в период холодного времени года. Они могут быть установлены в трубопровод горячего газа перед конденсатором или на линии слива конденсата. Если регулятор установлен перед конденсатором, на линии слива конденсата должен всегда устанавливаться обратный клапан, в противном случае хладагент может переместиться обратно в более холодный конденсатор, и клапан расширения не сможет гарантировать нормальную производительность во время пуска зимой.

Регулирование давления в картере (всасывания) компрессора. Регулятор давления в картере желательно использовать, если компрессор (чаще всего компрессор морозильной камеры) должен быть защищен против чрезмерно высокого давления всасывания. Регулятор устанавливается во всасывающей линии.

Регулирование производительности (байпасирование горячего газа).Регуляторы производительности используются в системах, где необходима автоматическая регулировка производительности в течение подведения частичной тепловой нагрузки. Величина контролируемого значения для перепуска горячего газа – это немного меньшее значение, чем давление всасывания при полной нагрузке и стабильных условиях работы системы. Когда количество подводимого в испаритель тепла уменьшается, всасывающее давление понижается, отношение производительности компрессора и испарителя смещается в пользу компрессора, регулятор производительности открывается и позволяет газу перетекать из стороны высокого давления на сторону низкого давления. Это предохраняет дальнейшее понижение давления на низкой стороне. Стоимость такого решения ниже по сравнению с решением использования компрессорной станции с несколькими компрессорами. В последнем случае, стабилизация давления всасывания достигается переключением количества включенных компрессоров. Недостаток решения управления перепуском горячего газа – излишнее потребление энергии.

Регулирование давления в ресивере. Как правило, регулирование давления в ресивере используется в комбинации с регулированием давления конденсации. Регулятор давления в ресивере необходим для обхода конденсатора при запуске в зимнее время и перепуск блокируется, когда нормальное рабочее состояние системы достигнуто. Такое размещение гарантирует быстрое увеличение давления перед расширительным клапаном даже при низких температурах окружающей среды и позволяет избежать нежелательных остановок системы.

Регулирование перепада давления (дифференциала). В системах с оттаиванием горячим газом применяют регуляторы перепада давления, поскольку в таких системах горячий газ должен пройти через испаритель навстречу подающейся жидкости в течение оттаивания. В таком регуляторе должна также быть предусмотрена возможность принудительного отключения поддержания заданного дифференциала, когда система не оттаивается.

Рис. 2. Регулирующие характеристики двух типов

Новые возможности и параметры клапанов

На данный момент нет лучшей альтернативы клапанам ICV, благодаря таким отличительным преимуществам, как:

• Компактная конструкция. Клапан значительно меньше по размерам в сравнении с конкурентными аналогами или клапаном РМ соответствующего типоразмера.
• Малый вес. ICV клапаны намного легче (в некоторых случаях в 3-4 раза меньше по весу, чем аналоги).
• Отличные характеристики по поддержанию заданных параметров. V-образный порт регулирующего конуса гарантирует точное поддержание оптимальных значений регулирования даже при частичной нагрузке (рис.2). Такая особенность модуля позволяет добиться не только точного поддержания клапаном заданных параметров, но также уменьшить энергопотребление холодильной установки.
• Высокие значения рабочего давления. Спроектированы для индустриальных применений с максимальным рабочим давлением 52 бара для всего диапазона клапанов и температур. Пригоден для использования при большом перепаде давлений.
• Отсутствие динамических уплотнений. Такая конструкция позволяет увеличить срок службы клапана и полностью исключает износ корпуса.
• Корпус изготовлен из низкотемпературной стали. Это позволяет его использовать в широком диапазоне применений и рабочих температур.
• Типы присоединений: сварка, пайка и резьбовое (DIN, ANSI, SD, SA, SOC, JIS), фланцевое присоединение не используется. Корпус основного клапана ICS монтируется непосредственно на трубопровод. Нет необходимости использовать прокладки, уменьшается возможность утечек хладагента и эксплуатационные затраты по сравнению с конкурентными аналогами.
• Широкий спектр применений. ICS 20-150 и ICM 20-65 пригодны для всех основных хладагентов, включая R717 и R744 (CO2), а также некоррозионные газы и жидкости.
• Модульная концепция. Каждый корпус клапана доступен с несколькими типами присоединений и вариантами размеров. Возможна реконструкция клапанов ICS 25-80 – путем смены функционального модуля можно превратить сервоприводный клапан ICS в электропроводный ICM и наоборот, ICM 20-65 можно превратить в сервоприводный клапан ICS. Простой и быстрый сервис благодаря возможности смены функционального модуля.• Шток ручного открытия клапана. В случаях, когда это необходимо, основной клапан можно открыть вручную, используя шток, располагающийся в центре крышки. Во время нормальной работы этот шток должен всегда возвращаться в свою начальную позицию (завинчивается против часовой стрелки до упора). Для принудительного ручного открытия клапанов ICM применяется специальный магнитный колпачок.

Отличительные способности ICS клапанов:

• Полный комплект пилотов. Стандартный ряд пилотов, включая новые пилоты высокого давления, может быть использован со всеми типоразмерами ICS клапанов. Пилотные клапаны легко устанавливаются (ввинчиваются) в крышку ICS клапана, нет необходимости в пайке или сварке для присоединения пилотов или внешних пилотных линий.
• Запчасти. Для обеспечения простого сервисного обслуживания ICV 100-150 доступны запасные части клапанов.
• Присоединение манометра. В крышке клапана есть порт (резьбовой патрубок) для присоединения манометра, что дает возможность замера давления на входе в клапан.
• QPQ обработка. Поверхность функционального модуля проходит специальную QPQ обработку (нитроцементация). Поршень модуля снабжен стальным кольцом, гарантирующим особо точный контроль поддержания заданного значения контролируемого параметра.
• Свободное размещение пилотов в пространстве. Крышка ICS клапана может быть повернута в любое положение, что не влияет на работу клапана. Кроме того, при применении отдельного корпуса пилота любой пилотный клапан может быть вынесен за пределы основного клапана.

Отличительные способности ICM клапанов:

• Магнитная муфта – передача усилия при полной герметичности узла.
• QPQ обработка. Сервопоршень проходит специальную QPQ обработку (нитроцементация).
• Новый тип исполнения конуса клапана. Устойчивый к кавитации конус в A-исполнении клапана.
• Запчасти. Для обеспечения простого сервисного обслуживания ICM 100-150 доступны запасные части клапанов.
• PTFE уплотнение конуса клапана обеспечивает превосходную плотность закрытия клапана.
• Усовершенствованный дизайн. B конструкции клапанов ICM используется новый принцип баланса, что позволяет их использовать при больших значениях перепада давлений. В конструкции используется усовершенствованный керамический подшипник.

Совместно с выпуском клапанов ICM 100-150 компания «Данфосс» также представила новый привод ICAD 1200. Этот привод продолжает ряд существующих ранее приводов ICAD 600 и 900, но в новом улучшенном исполнении и с новыми функциональными возможностями и особенностями, такими как:

• Датчик измерения перемещений, для отображения позиционирования клапана (только для ICAD 1200).
• Улучшенный промышленный дизайн с улучшенной панелью управления (IP67 = NEMA 6).
• Подвод питания сo стандартным разъемом M12 для простого монтажа и обслуживания.
• Изолированная конструкция привода, предотвращающая обмерзание без использования электрического обогревателя.
• Обновленное ПО с новыми улучшенными функциями для новых применений:
• Выбор различных скоростей открытия и закрытия при выполнении функции ВКЛ/ВЫКЛ
• Контроль перегрева привода
• Определение поломки клапана
• Инверсная работа
• Защитная крышка, рекомендуемая для наружных применений.

(c) Николай Прокопенко, инженер отдела «Холодильная техника и ондиционирование» «Данфосс ТОВ»