انواع تله بخار
تله بخار یک جزء مهم از تمام سیستم های بخار (بجز سیستم های بخار یک لوله ای که برای گرمایش استفاده می شوند) است. سیال خروجی از تله بخار به صورت مایع است که در اثر دفع حرارت از بخار تشکیل شده است و هوا یا گازهای غیرقابل تقطیر را به نقطۀ خروج هدایت می کند. در اثر اتلاف حرارت غیرقابل اجتناب از لوله هایی که کاملا عایق نیستند و نیز از تجهیزات پایانه ( مانند رادیاتورها، فن کویل ها و مبدل های حرارتی ) مقداری کندانسیت در لوله های بخار تشکیل و در لوله کشی سیستم های بخار به جریان می افتد. به محض اینکه کندانسیت در سیستم جمع می شود، باید بلافاصله تخلیه شود زیرا :
1 . اگر چه کندانسیت دارای مقداری حرارت است ولی اگر برای استفاده از این حرارت، کندانسیت در داخل تجهیزات پایانه (مصرف کننده) باقی بماند سطح انتقال حرارت را کاهش خواهد داد. این امر مشکلات بهره برداری دیگری را نیز به همراه دارد زیرا باعث حبس شدن هوا در داخل کندانسیت می گردد که این نیز سطح انتقال حرارت را بیشتر کاهش خواهد داد. همچنین وجود گازهای غیرقابل تقطیری چون co2 موجب خوردگی می شوند. بازیافت حرارت از کندانسیت فقط برای مواردی مطلوب و معمول است که کندانسیت به دیگ بخار بازنگردد.
2 . بخار در خط اصلی و انشعابات بسیار سریع حرکت می کند، بنابراین وقتی کندانسیت در نقطه ای جمع شود که در آن بخار بتواند مقداری از آن را با خود حمل کند، به دلیل وقوع ضربۀ قوچ احتمال دارد خرابی های جدی به بار آورد. تلۀ بخار باید در اولین فرصت تمام کندانسیت را با هوا و گازهای غیرقابل تقطیری که ممکن است در سیستم وجود داشته باشد همراه با اندکی بخار زنده دفع کند. تله بخار یک شیر خودکار است که می تواند بخار را از کندانسیت یا سایر سیالات تشخیص دهد.
تله ها به صورت زیر گروه بندی می شوند :
الف . تله های ترموستاتیکی که به اختلاف درجه حرارت بخار و کندانسیت واکنش نشان می دهند.
ب . تله های مکانیکی که بر مبنای اختلاف چگالی بخار و کندانسیت عمل می کنند.
ج . تله های سینتیک که عملکرد آنها به اختلاف مشخصه های جریان بخار و کندانسیت متکی است.
3 . یک نوع تلۀ خاص که برای تمام کاربردها مناسب باشد وجود ندارد و غالبا در اکثر سیستم ها بیش از یک نوع تله بخار استفاده می شود.
4 . اندازۀ تله های بخار (بدون توجه به نوع آن) باید دقیقا برای هر کاربردی و بر مبنای مقدار کندانسیتی که منتقل می شود تعیین گردد زیرا کمتر یا بیشتر از حدّ بودن ظرفیت تلۀ انتخابی می تواند مشکلات جدّی ای را به همراه داشته باشد. کوچکتر بودن تله بخار ممکن است باعث انباشته شدن ناخواستۀ کندانسیت شود که نهایتا منجر به خرابی زودرس تله می گردد. اگرچه انتخاب تلۀ بزرگتر از حدّ نیاز باعث رفع مشکل مذکور می گردد ولی در صورت خراب شدن تله بخار ، مقدار زیادی بخار هدر خواهد رفت.
تله های بخار را باید بین مهره و ماسوره نصب کرد تا جابجایی و تعمیرات آن آسان شود.
تله های بخار ترموستاتیکی
در تله های بخار ترموستاتیکی یک عنصر بایمتال یا فانوسی باعث عمل کردن یک شیر می شود. هنگامی که کندانسیت وجود دارد این شیر باز می شود و در زمان وجود بخار، بسته خواهد شد. چون در ابتدای تشکیل کندانسیت، درجه حرارت آن برابر با درجه حرارت بخار است، بنابراین عضو ترموستاتیکی باید به گونه ای طراحی و تنظیم شود که فقط در درجه حرارت های کمتر از درجه حرارت بخار باز شود. در غیر این صورت همواره مقداری بخار زنده از درون تله خواهد گذشت. بنابراین اگر کندانسیت در تله یا بخشی از لوله های قبل از ساقۀ تخلیه (که هر دو فاقد عایق هستند) انباشته شود. کندانسیت مادون سرد خواهد شد.
در برخی از تله های ترموستاتیکی یک ستون آب دائمی در بعد از تله وجود دارد و بنابراین از اتلاف بخار جلوگیری می کند. در عین حال این امر موجب ممانعت از خروج هوا و گازهای غیرقابل تقطیر و باعث انباشته شدن بیش از حدّ کندانسیت در خطوط اصلی یا تجهیزات خواهد شد که می تواند مشکلاتی را در بهره برداری ایجاد کند. در تله هایی که انباشت کندانسیت وجود نداشته باشد، ممکن است قبل از بسته شدن شیر مقداری بخار تلف گردد.
اگرچه تله های فانوسی و بایمتال هر دو نسبت به درجه حرارت حساس هستند ولی عملکرد آنها بسیار متفاوت است.
تله های ترموستاتیکی فانوسی
تله های ترموستاتیکی فانوسی دارای سیال با درجه حرارت جوش کمتر از آب هستند. وقتی تله سرد باشد، جزء درون تله منقبض می شود و دهانۀ خروجی باز خواهد شد. همزمان با ورود کندانسیت گرم به درون تله و قبل از آنکه درجه حرارت کندانسیت به درجه حرارت بخار برسد سیال درون فانوس به جوش می آید و تبخیر می گردد. چون مایع موجود در فانوس در درجه حرارت کمتر از آب به جوش می آید، فشار مایع داخل فانوس بیشتر از فشار بخار خارج آن است و باعث منبسط شدن فانوس و بسته شدن دهانۀ تخلیۀ تله می گردد.
اگر فرض کنید که رابطۀ درجه حرارت و فشار برای مایع درون فانوس مانند آب باشد، موازنۀ نیروهای وارد بر فانوس تقریبا ثابت خواهد ماند و بستگی به تغییرات فشار بخار آب ندارد. بنابراین، در این نوع تله همیشه فشار متعادل است و در هر فشاری (در محدودۀ کار تله) می تواند استفاده شود. در عین حال از این تله در هنگامی که بخار مافوق گرم وجود دارد نباید استفاده شود زیرا درجه حرارت مستقل از فشار است و احتمال دارد فانوس خراب شود یا بترکد.
بهترین کاربرد تله های ترموستاتیکی نوع فانوسی ، سیستم های کم فشار با بارهای اندک ولی پایدار است. از این تله ها معمولا در اکثر سیستم های HVAC با رادیاتور و کنوکتور استفاده می شود.
تله های ترموستاتیک نوع بایمتال
تله های ترموستاتیک نوع بایمتال دارای یک عضو است که از دو فلز با ضریب انبساط متفاوت ساخته شده است. حرارت باعث تغییر شکل عضو می شود و دهانۀ شیر تله باز یا بسته می گردد. چون عضو بایمتال فقط نسبت به درجه حرارت حساس است، غالبا در خروجی این تله ها یک شیر نصب می شود به گونه ای که فشار بخار آب سعی به بازکردن آن دارد. اگرچه تعادل فشار در این نوع تله به اندازۀ تله فانوسی نیست ولی با طراحی صحیح عضو بایمتال، می توان منحنی فشار – درجه حرارت کار تله را به منحنی اشباع آب نزدیک کرد.
برخلاف تله های ترموستاتیکی فانوسی، در تله های ترموستاتیکی نوع بایمتال بخار آب مافوق گرم یا ضربۀ قوچ اثر نامطلوبی نخواهد داشت و بنابراین می توان از آنها در سیستم های بخار پرفشار استفاده کرد. بهترین محل مصرف این نوع تله ها عبارتند از: گرمکن های خطوط انتقال ، لوله کشی پوشش گرم کننده و تجهیزات انتقال حرارت که در آنها اندکی انباشت کندانسیت مجاز باشد. اگر از این تله ها برای ساقۀ تخلیه خط اصلی بخار استفاده می شود، عضو حساس تله بخار نباید باعث انباشته شدن کندانسیت در درون تله شود.
تله های بخار مکانیکی
تله های بخار مکانیکی در اثر نیروی شناوری که ناشی از اختلاف چگالی بخار و کندانسیت است کار می کنند.
تله های شناور و ترموستاتیکی را عموما تله های F&T می نامند و ترکیبی است از دو نوع تله در یک بدنه :
(1) یک عضو ترموستاتیکی نوع فانوسی که در اثر اختلاف درجه حرارت کار می کند و تخلیۀ خودکار هوا و گازها را میسر می سازد.
(2) یک بخش شناور که بر اساس نیروی شناوری کار می کند. در سیستم های بخار نباید از تله های شناور فاقد شیر هواگیر خودکار استفاده کرد.
راه اندازی سیستم (start – up)
در هنگام راه اندازی سیستم (start – up)، شیر شناور بسته است و عضو ترموستاتیکی باز خواهد بود تا هوا به سرعت تخلیه شود و بتوان سیستم یا تجهیزات را سریعا با بخار پُر کرد. وقتی بخار وارد بدنۀ تله می شود، عضو ترموستاتیکی بسته خواد شد و هنگامی که کندانسیت وارد می گردد، شناور بالا خواهد رفت و کندانسیت تخلیه می شود. مقدار باز بودن شیر تخلیه، توسط شناور تنظیم می شود به گونه ای که کندانسیت به طور مداوم و به همان مقدار که به تله می رسد از آن خارج می گردد.
توانایی تله های F&T برای تخلیۀ هوا و گازهای غیرقابل تقطیر بسیار زیاد است و می تواند کندانسیت را به طور مداوم و بدون انباشت در درون تله، تخلیه کند. این نوع تله، بارهای منقطع و متناوب را به خوبی انتقال می دهد و می تواند در اختلاف فشارهای خیلی کم نیز کار کند. کارکرد این تله ها بر روی خط اصلی و ساقۀ تخلیۀ رایزرهای سیستم های گرمایش با بخار کم فشار بسیار خوب است. اگرچه برخی از تله های F&T می توانند تا فشار 250 پاسکال یا بیشتر از آن کار کنند ولی برای وقوع پدیدۀ ضربۀ قوچ مستعد هستند و بنابراین در سیستم های بخار پرفشار استفاده از انواع دیگر تله مناسب تر خواهد بود.
تله های بخار سطلی
تله های سطلی بر اساس نیروی شناوری کار می کنند ولی در آنها به جای استفاده از گوی شناور، از یک سطل استفاده می شود که یا قسمت بالای آن باز است و یا به صورت معکوس نصب شده است. در تله های با سطل روباز، در ابتدای کار سطل خالی است و در کف بدنۀ تله قرار دارد. همزمان با ورود کندانسیت به تله، سطل به سمت بالا شناور می شود و دهانۀ خروجی تله را می بندد.
ورود مقدار بیشتری کندانسیت باعث سرریز شدن آن به درون سطل می شود و سطل را به سمت پایین می راند و دهانۀ تخلیه باز و کندانسیت تحت فشار بخار از سطل خارج می شود. در همان لحظه، قسمت تحتانی لولۀ تخلیه بسته می شود تا از عبور هوا جلوگیری کند. بنابراین این تله ها از نظر ممانعت از آزاد شدن هوا، همانند تله های F&T هستند و باید دارای شیر هواگیری خودکار باشند.
تله های با سطل معکوس
در تله های با سطل معکوس مشکل تخلیه هوا که در تله های با سطل روباز وجود دارد، بروز نخواهد کرد. ورود بخار و هوا باعث غوطه ور شدن سطل می شود و دهانۀ تخلیه را می بندد. وقتی مقدار بیشتری کندانسیت به تله وارد می شود، هوا و بخار موجود در سطل از سوراخ بالای آن تخلیه و وارد بدنۀ تله می گردد و در آنجا در اثر سرد شدن، تقطیر خواهند شد. وقتی جرم سطل از نیروی شناوری بیشتر گردد، سطل به سمت پایین حرکت می کند و دهانۀ تخلیه باز می شود و فشار بخار، کندانسیت را به خارج می راند و چرخه تکرار می گردد.
بر خلاف اکثر تله های نوع قطع و وصلی، در تلۀ با سطل معکوس هوا و گازهای غیرقابل تقطیر به طور مداوم تخلیه می شود. اگرچه تخلیۀ کندانسیت به صورت متناوب است ولی چنانچه اندازۀ این نوع تله صحیح انتخاب شود، انباشت کندانسیت وجود نخواهد داشت. تله های با سطل معکوس برای تمام فشارها ساخته می شوند و کابرد آنها در ساقه های تخلیۀ خطوط اصلی بخار و اکثر کاربردهای سیستم های HVAC بسیار خوب است. اگرچه از تله های با سطل معکوس می توان برای آن دسته از کویل هایی که مقدار بخارشان توسط درجه حرارت تنظیم می شود استفاده کرد ولی به کاربردن تله های F&T برای اینگونه کاربردها بهتر است زیرا توانائی تخلیۀ هوای آنها ( که در اینگونه کاربردها ضرورت دارد) بیشتر است.
تله های بخار سینتیک
بسیاری از تجهیزات بر مبنای اختلاف بین مشخصات جریان بخار و کندانسیت و این حقیقت کار می کنند که وقتی کندانسیت به فشار پایین تر تخلیه می شود، مقدار حرارت آن بیشتر از آنست که در فاز مایع باقی بماند. این حرارت اضافی موجب می گردد مقداری از کندانسیت در فشار پایین تر به طور لحظه ای تبخیر شود.
تله های بخار ترمودینامیکی یا دیسکی
وسایلی ساده و فقط دارای یک جزء متحرک هستند. در هنگام راه اندازی سیستم (start – up) که هوا یا کندانسیت وارد تله بخار می شود، دیسک از روی نشیمنگاه بلند خواهد شد و هوا یا کندانسیت تخلیه می گردد. هنگامی که بخار یا کندانسیت گرم (که مقداری از آن به علت اینکه در معرض فشار کم قرار گرفته است به صورت آنی تبخیر می شود) وارد تله بخار گردد، زیاد بودن سرعت جریان بخار باعث کاهش فشار در قسمت زیرین دیسک و افزایش فشار در قسمت بالایی آن می گردد و دهانۀ تخلیه سریعا بسته خواهد شد. پس فشار در قسمت بالا و زیرین دیسک متعادل می شود ولی چون مساحت تحت فشار در قسمت بالای دیسک بیشتر از مساحت قسمت زیرین دیسک است، تا زمانی که در اثر تقطیر بخار یا تخلیۀ کندانسیت، و فشار قسمت بالای دیسک کاهش یابد دیسک بسته باقی خواهد ماند.
سپس دیسک دهانه تخلیه را باز می کند و چرخه تکرار می گردد. در این تله ها چرخۀ باز و بسته شدن دیسک در فواصل زمانی ثابت رخ می دهد. این فواصل زمانی به سرعت تقطیر بخار در بالای دیسک بستگی دارد. چون برای عملکرد صحیح تله بخار دیسکی باید اختلاف فشار قابل توجهی در دو طرف تله بخار وجود داشته باشد، استفاده از آنها در سیستم های کم فشار یا سیستم هایی که فشار معکوس آنها زیاد است مناسب نمی باشد. بهترین کاربرد این تله ها در سیستم های پرفشار و ساقۀ تخلیۀ خطوط اصلی بخار است.
تله بخار ضربه ای یا پیستونی
در تله بخار ضربه ای یا پیستونی با تخلیۀ مداوم اندکی بخار یا کندانسیت از درون روزنۀ تخلیه، وضعیت فشار درون پیستون تغییر می کند. وقتی بخار زنده یا کندانسیت بسیار داغ که به طور آنی تبخیر می شود وارد محفظۀ کنترل گردد، افزایش فشار باعث بسته شدن دهانۀ شیر پیستونی خواهد شد. هنگامی که کندانسیت سردتر وارد تله شود، فشار درون محفظۀ کنترل کاهش می یابد و دهانۀ شیر باز می گردد.
اکثر تله های ضربه ای به صورت چرخه ای باز و به طور متناوب بسته می شوند ولی در برخی از آنها، موقعیت پیستون به گونه ای تنظیم می گردد که کندانسیت به طور مداوم عبور کند. تله های ضربه ای را می توان برای کاربردهای تله های دیسکی نیز استفاده کرد، اگرچه به دلیل کوچک بودن روزنۀ تخلیه و کم بودن لقی پیستون درون سیلندر، احتمال دارد دهانه شیرها توسط آشغال یا رسوب بسته شود.
تله بخار روزنه ای
تله بخار روزنه ای فاقد جزء متحرک است. تمام انواع تله های دیگر دارای دهانه یا روزنۀ تخلیه هستند و سطح مقطع این دهانه ها و روزنه ها بزرگتر از حدّ نیاز است و مقدار جریان کندانسیت توسط یک مکانیزم کنترل می شود و از اتلاف بخار زنده جلوگیری می کند. در تله های روزنه ای این مکانیزم وجود ندارد و مقدار جریان و کندانسیت توسط جریان دو فازی ای که از یک روزنه عبور می کند کنترل می گردد.
به عبارت ساده تر، مقدار کندانسیتی که می تواند از یک روزنه عبور کند بیشتر از مقدار بخاری خواهد بود که از آن عبور می کند زیرا اولا چگالی آنها تفاوت دارد و ثانیا تبخیر آنی کندانسیت باعث وقوع پدیدۀ خفگی در روزنه می شود. در این تله ها از یک روزنه استفاده می گردد که بزرگتر از حدّ نیاز دبی کندانسیت است. بنابراین همواره تمام کندانسیت همراه با هوا و گازهای غیرقابل تقطیر و مقدار اندک و کنترل شده ای از بخار از درون تله عبور می کند. در این نوع تله معمولا مقدار اتلاف بخار همانند اکثر تله هایی است که به صورت چرخه ای باز و بسته می شوند.
اندازۀ تله های روزنه ای
اندازۀ تله های روزنه ای باید با دقت بیشتری از سایر انواع تله های چرخه ای تعیین گردد. وقتی بار کندانسیت کم باشد اندازۀ روزنه کوچک است و (همانند تله های ضربه ای) احتمال بسته شدن آن وجود دارد. تله های روزنه ای برای تمام فشارها مناسب هستند و می توانند در برابر هر فشار معکوسی به خوبی کار کنند. مناسبترین کاربرد این تله ها در شرایطی است که فشار و مقدار کندانسیت نسبت به زمان تغییر نکند (مانند ساقۀ تخلیۀ خطوط اصلی بخار).
مطالعه بیشتر ⇓
توزیع بخار و کنترل درجه حرارت در سیستم های بخار
تجهیزات پایانه در سیستم های گرمایش با بخار