اکسپنشن ولو الکتریکی همان شیر انبساط الکترونیکی یا برقی است که وظیفه آن کنترل مقدار سیال سرد کننده در چرخه تبرید سیستم‌های سرمایشی است. این شیرهای الکتریکی نسبت به شیرهای انبساط مکانیکی به دلیل پیشرفت تکنولوژی و دانش دارای دقت بالاتری هستند. کاربرد این شیرها بیشتر در دستگاه‌هایی است که باید مقدار سیال سرد کننده ورودی به اوپراتور بطور دقیقی تنظیم شود. و همانطورکه بیان شد تنها مشکل این شیرها قیمت بالای آن‌ها است.
شیر انبساط یا اکسپنشن ولو الکتریکی چیست؟
شیر انبساط یا اکسپنشن ولو یکی از اجزا و قطعات مهم سیستم سرمایشی است. نقش این قطعه در این چرخه تبرید کنتل مقدار ورود سیال سرد کننده به اوپراتور می‌باشد؛ بنابراین شیر انبساط قاددر است میزان سوپرهیت شدن گاز خروجی از اواپراتور را کنترل نماید. شیر انبساط دارای انواع مختلفی است که در این مقاله به بررسی آ‌ها می‌پردازیم.
در بین انواع اکسپنش های ولو در صنعت تهویه مطبوع و برودت صنعتی، شیرهای انبساط حرارتی (مکانیکی) و الکترونیکی کاربرد وسیعی دارند. در این مقاله قصد داریم شما را با شیر انبساط یا اکسپنشن ولو الکتریکی و طرز کار آن آشنا کنیم.
اجزای شیر انبساط برقی یا اکسپشن ولو الکتریکی چیست؟
اکسپنشن ولو شامل دو بخش بدنه اصلی شیر و حسگر دما می باشد.
1.بدنه اصلی شیر: این بدنه تشکیل شده از یک استپ موتور است که بوسیله سیگنال الکتریکی کنترل می شود.
2.استپ موتور: اساس کار این موتور، حرکت چرخ دنده‌ای است که موقعیت یک پین را در مجرای عبوری مبرد تغییر می‌دهد.
این موتورها چرخش را بصورت پیوسته انجام نداده و تحت کنترل یک کنترلر الکترونیکی هستند. بر این اساس می‌توانند به ازای هر سیگنالی فرستاده شده به اندازه کسری از یک دور کامل، دوران کنند.
تعداد سیگنال‌های ارسال شده توسط کنترلرها ذخیره می‌شود و سرعت حرکت این موتورها 200گام برثانیه بوده و می‌تواند سریعا به موقعیت قبلی برگردد. در این صورت کنترلر قادر است در هر لحظه موقعیت شیر را به موقعیت قبلی برگرداند. در نتیجه شیر می‌تواند جریان سیال سرد کننده را دقیق تنظیم نماید.
شیرهای انبساط الکترونیکی معمولا بیشتر از 1500 گام کنترلی داشته و مقدر هر گام برابر0.0000783 اینچ که دقت بالایی این شیرها را نشان می‌دهد.
3.حسگر دما: این حسگر یک ترمیستور بوده که سیگنال مناسب را به هنگام تغییر دما به استپ موتور می فرستد.
4.ترمیستور: یک مقاومت الکتریکی بوده که در خط خروجی اوپراتور نصب می‌شود. با تغییر دما مقدار مقاومت ترمیستور تغییر می‌کند؛ همچنین مقدار جریان برق متناسب با تغییر مقاومت تغییر می‌کند. سیگنال ایجاد شده در نتیجه این تغییرات توسط سیم به استپر اکسپنشن ولو منتقل می‌شود.
انواع شیر انبساط یا اکسپنشن ولو الکتریکی
شیرهای انبساط در چرخه تبرید وظیفه کنترل مقدار جریان ماده سرد کننده را در سیستم‌های سرمایشی و تهویه مطبوع برعهده دارند. انواع این شیرهای انبساط به شرح زیر است:
- شیر انبساط حرارتی (Thermal Expansion valve)
- شیر دستی (Manual valve)
- لوله موئین (Capillary tube)
- شیر اتوماتیک (Automatic valve)
- شیر انبساط الکترونیکی (Electronic Expansion valve)
- شیر شناور فشار پایین (Low-pressure float valve)
- شیر شناور فشار بالا (Low-pressure float valve)
1.شیر انبساط الکترونیکی مجهز به موتور پله ای (Stepper motor)
شیر انبساط الکترونیکی با موتور پله ای در بسیاری از سیستم‌های کنترلیِ دستگاه‌های صنعتی بویژه در چیلرهای تراکمی هوا خنک و چیلرهای تراکمی آب خنک به علت عملکرد مناسب و دقت بالا کاربرد وسیعی دارند. همچنین در حال حاضر از شیرهای انبساط الکترونیکی در مینی چیلرها و روفتاپ پکیج نیز استفاده می شود.
شیرهای انبساط مجهز به موتور پله ای در مقابل شیرهای انبساط پالسی و شیرهای آنالوگ عملکرد بهتری دارند، بنابراین شرکت‌های تولید کننده دستگاه‌های برودتی از این نوع شیرها استفاد بیشتری می‌کنند.
طرز کار اکسپنشن ولو الکترونیکی موتور پله ای
موتور پله ای موجود در شیر انبساط، یک موتور الکترونیکی جریان مستقیم و بدون ذغال است؛ که در آن به وسیله یک مارپیچ حرکت دورانی چرخدنده تبدیل به حرکت خطی می‌شود.
نکته مهم در مورد دقت بالای این موتور به تعداد مگنت ها یا همان سیم پیچ ها بر می‌گردد. هر چه تعداد سیم پیچ‌ها بیشتر باشد، بازه حرکت چرخدنده و مارپیچ کوچکتر می‌شود؛ در نتیجه دقت آن‌ها بالا می‌رود.
موتور پله ای می‌تواند طبق ترتیب مغناطیس ایجاد شده در سیم پیچ‌ها، به طور پیوسته در جهت ساعت گرد و پاد ساعت گرد حرکت کند. در نتیجه این حرکت، در مارپیچ متصل به گیربکس یا چرخدنده نیز حرکت رفت و برگشتی ایجاد می‌شود. بنابراین دبی جرمی سیال سرد کننده ورودی به اپراتور با دقت و پیوسته کنترل می‌گردد.
به علت وجود مکانیزم چرخدنده ها یا همان گیربکس قدرت خروجی موتور پله ای افزایش می‌یابد؛ که همین دلیل استفاده بیشتر این شیر انبساطی پله ای در سیستم‌های کنترلی است. زیرا نحوه کارکرد گیربکس، گشتاور خروجی موتور را افزایش داده و باعث افزایش قدرت خروجی آن می‌شود.
2.اکسپنشن ولو الکتریکی پالسی (Pulse-Width-Modulated )
شیرهای انبساط الکترونیکی از نوع پالسی دارای مکانیزم دیجیتال صفر و یک یا (خاموش و روشن) می‌باشند؛ و عامل زمان می‌تواند به عنوان یک کنترلر مقدار ماده سرد کننده ورودی به اپراتور عمل کند. براین اساس در این نوع شیرها سورتن شیر یا همان پین یا درحالت کاملا بسته یا در حالت کاملا باز قرار دارد.
ظرفیت اوپراتور و مقدار ورودی سیال سرد کننده به اوپراتور بر اساس کنترل زمانِ فعال بودن مغناطیسِ سیم پیچ‌ها یا کویل‌های مغناطیسی، کنترل می‌شوند. دقت کنید که زمان فعال بودن مغناطیس را پهنای پالس(pulse width) می‌گویند.
در اکسپنشن ولو الکترونیکی پالسی سیگنال‌های زمانی چگونه عمل می‌کنند؟
اکسپنشن ولو الکترونیکی پالسی به دلیل اثر مغناطیس در لحظه باز و بسته شده و بطور ناگهانی حرکت پیستون یا پین شیر صورت می‌گیرد. در نتیجه امکان دارد ارتعاشی ایجاد شده و پدیده چکش آبی بوجود آید.
برای جلوگیری از اتفاق چکش آبی، یک سوراخ کوچک روی پین یا پیستون شیرهای انبساط پالسی تعبیه شده است. وجود این سوراخ کوچک باعث انتقال بخشی از سیال سردکننده شده و شبیه یک دمپر از بروز پدیده چکش آبی جلوگیری می‌کند.
بهتر است از این نوع شیرهای انبساط پالسی در اوپراتورهای صفحه ای به کار نرود؛ زیرا ارتعاشات حاصل از آن باعث ایجاد تنش شده و عمر اوپراتورهای صفحه ای را کاهش خواهد داد.
3.شیر انبساط الکتریکی آنالوگ (Analog Valves)
در شیرهای انبساط الکترونیکیِ آنالوگ پین یا پیستون شیر از بازه کاملا باز تا کاملا بسته در موقعیت‌های مختلفی می‌تواند قرار بگیرد. بنابراین شیرهای انبساط الکترونیکیِ آنالوگ نسبت به شیرهای انبساط الکترونیکیِ پالسی از لحاظ نظری و تئوری می‌توانند مقدار جریان ورودی سیال مبرد به اوپراتور را بهتر کنترل نمایند. البته به لحاظ عملکردی نسبت به شیرهای مجهز به موتور پله ای و شیرهای پالسی دارای کارکرد ضعیف‌تری هستند؛ زیرا مدار کنترلی شیرهای آنالوگی دارای پیچیدگی بیشتری نسبت به دو نوع شیر انبساطی موتور پله ای و پالسی است..
مزایای شیر انبساط الکترونیکی
- عملکرد به مراتب سریعتر
- دقت بسیار بالا
- مصرف انرژی کم
- قابلیت اطمینان بالاتر
- قابلیت استفاده برای انواع مبردها
- آلودگی صوتی کمتر نبست به شیر انبساط ترموستاتیکی
- ابعاد کوچکتر نسبت به اکسپنشن ولو ترموستاتیکی
- قابل استفاده برای سیستم‌های برگشت‌پذیر
- بهینه سازی دما و جلوگیری ازافزایش بیش از حد گرما
معایب اکسپنشن ولو الکتریکی چیست؟
شیرهای انبساط الکترونیکی دارای هزینه بالایی هستند و یکی از مهم ترین و شاید تنها ترین عیب این شیرها همین هزینه بالای آن‌ها باشد. البته استفاده از آن‌ها برای همه دستگاه‌ها بخصوص برای سیستم‌هایی با بار سرمایشی بالا، با وجود هزینه بالا توجیه پذیر است.
