热力膨胀阀

热力膨胀阀是组成制冷装置的重要部件,通过控制蒸发器出口气态制冷剂的过热度来控制进入蒸发器的制冷剂流量是制冷系统中四个基本设备之一。

中文名:热力膨胀阀
功能:实现冷凝压力至蒸发压力的节流作用:节流降压
意义:四大制冷装置之一

定义和介绍

热力膨胀阀是组成制冷装置的重要部件,是制冷系统中四个基本设备之一。它实现冷凝压力至蒸发压力的节流,同时控制流向蒸发器的制冷剂流量;它在保证压缩机回气有稳定的过热度同时供给蒸发器最佳的制冷剂。它的体积虽小,但作用大;它的运行状态好坏,直接决定整个系统的性能。

功能

热力膨胀阀实现冷凝压力至蒸发压力的节流,同时控制制冷剂的流量;它的体积虽小,但作用巨大,它的工作好坏,直接决定整个系统的工作质量,以最佳的方式给蒸发器供液,保证蒸发器出口制冷剂蒸汽的过热度稳定,感温包必须与压缩机的吸气管良好的接触从而准确的感应压缩机的吸气温度,通常充注着与制冷系统内部相同的制冷剂,从而实现通过感温包反馈回来的压力即是压缩机吸气温度对应的该种类型制冷剂的饱和压力,通过膨胀阀确保了在运行环境发生变化时(比如热负荷变化),实现蒸发器最优及最佳的供液方式,感温包的充注量只根据在某一特定的温度下完全感温包内液态制冷剂完全蒸发来进行修正的,这就等于给作用在膨胀阀膜片上方感温包反馈回来的压力规定了一个上限,因为如果管壁表面温度如果继续增高,只会增加感温包内部气态制冷制冷剂的温度(处于过热状态),而压力基本上不再改变。
热力膨胀阀是控制蒸发器出口气态制冷剂的过热度来控制进入蒸发器的制冷剂流量。按照平衡方式不同,膨胀阀分为外平衡式和内平衡式。在专用空调中,由于蒸发器有分路并采用莲蓬头分液器,压降比较大,造成蒸发器进出口温度各不相同。在这种情况下,使用内平衡式膨胀阀会因蒸发器出口温度过低而造成热力膨胀阀过度关闭,以至膨胀阀丧失对蒸发器的供液调节功能。所以专用空调均采用外平衡式膨胀阀,采用外平衡式可以避免膨胀阀过度关闭的情况,保证有压降的蒸发器也得到正常的供液。膨胀阀的结构如图一所示:热力膨胀阀由感应机构、执行机构、调整机构和阀体组成。感应机构中充注氟利昂工质,感温包设置在蒸发器出口处。由于过热度的影响, 其出口处温度与蒸发温度之间存在温差,通常称为过热度。感温包感受到蒸发器出口温度后,使整个感应系统处于对应的饱和压力Pb。

膨胀阀在制冷系统中的作用:

膨胀阀在制冷系统中的作用
① 节流降压

将冷凝器冷凝后的高温高压液态制冷剂节流降压,成为容易蒸发的低温低压的汽液混合物,进入蒸发器蒸发,吸收外界热量;

② 调节流量

根据感温包或气箱头得到的温度信号,膨胀阀能自动调节进入蒸发器的制冷剂流量,以适应制冷负荷不断变化的需要。

③ 保持一定过热度、防止液击和异常过热膨胀阀通过流量的调节使蒸发器具有一定的过热度,保证蒸发器总容积的有效利用,避免液态制冷剂进入压缩机引起液击;同时又能控制过热度在一定范围,防止异常过热现象的发生。

内部构造

如图,该压力将通过膜片传给顶杆直到阀芯。在压力腔上部的膜片仅有Pb存在,膜片的下方有调整弹簧的弹簧力Pt和蒸发压力P0,三者处于平衡时有Pb=Pt+Po,当Pb>Pt+Po时,表示蒸发器热负荷偏大,出口过热度偏高,通过膜片到顶杆传递这一压力信号,使阀芯下移,膨胀阀开启变大,制冷剂流量按比例增加。反之,膨胀阀开启变小,制冷剂流量按比例减小。

热力膨胀阀原理图
专业空调的膨胀在出厂后,已经与蒸发器进行最佳“匹配”。“匹配”就是要求膨胀阀和蒸发器一起工作能够稳定运行的同时,产生最大的能量。每台蒸发器均存在一条最小的稳定信号线(MSS线),如图。从图可知,在蒸发器的MSS线上,不同的制冷剂均对应一临界过热度;当蒸发器工作在MSS线左侧,则制冷系统将不稳定,若工作在MSS线右侧,系统工作稳定但过热度太大而蒸发器的利用率不高;斜线为热力膨胀阀的静态线,理论上,工作点A应该是最佳匹配点,此时蒸发器过热度处于临界状态,制冷量最大且处于临界稳定状态。

热力膨胀阀原理图
热力膨胀阀的调整工作,必须在制冷装置正常运行状态下进行,由于蒸发器出口处无法放置温度计,可以利用压缩机的吸气压力作为蒸发器内的饱和压力来校核过热度。调整中,如果感到过热度太小,即流量太大,则可把调节螺杆按顺时针方向转动半圈或一圈(即增大弹簧力,减小膨胀阀开启度),使流量减小,反之,若感到过热度太大,即供液不足,则可把调节螺杆朝相反方向(逆时针)转动,使流量增大。由于实际工作中的热力膨胀阀感温系统存在在着一定的热惰性,形成信号传递滞后,因此整个调整过程必须耐心细致,调节螺杆转动的圈数一次不宜过多(直杆式膨胀阀的调节螺杆转动一圈,过热度变化大概改变1~2℃),两次调整膨胀阀之间必须间隔15分钟以上。耐心地经多次调整直至满足要求为止。

工作原理

概述

热力膨胀阀是组成制冷装置的重要部件,是制冷系统中四个基本设备之一。它实现从冷凝压力至蒸发压力的压降,同时控制制冷剂的流量;它的体积虽小,但作用巨大,它的工作好坏,直接决定整个系统的运行性能。但是在实际工作中,热力膨胀阀的运行情况往往被忽视,使热力膨胀阀成为设备维护中的一个死角。而定期检查和调整热力膨胀阀,对制冷设备的运行寿命,节约能源,降低运行成本,却有着重要的意义。

工作过程分析

2.1 热力膨胀阀工作原理

热力膨胀阀是通过感受蒸发器出口气态制冷剂的过热度来控制进入蒸发器的制冷剂流量。按照平衡方式不同,热力膨胀阀分为外平衡式和内平衡式。在工业冷却设备中,一般采用外平衡式热力膨胀阀。热力膨胀阀由感应机构、执行机构、调整机构和阀体组成。感应机构中充注氟利昂工质,感温包设置在蒸发器出口处,其出口处温度与蒸发温度之间存在温差,通常称为过热度。感温包感受到蒸发器出口温度后,使整个感应系统处于对应的饱和压力Pb。该压力将通过膜片传给顶杆直到阀芯。在压力腔上部的膜片仅有Pb存在,膜片的下方有调整弹簧的弹簧力Pt和蒸发压力P0,三者处于平衡时有Pb=Pt+Po 。当蒸发器热负荷增大时,出口过热度偏高,Pb增大,Pb>Pt+Po,合力使顶杆、阀芯下移,热力膨胀阀开启增大,制冷剂流量按比例增加。反之,热力膨胀阀开启变小,制冷剂流量按比例减小。因此,制冷设备是由热力膨胀阀通过控制过热度实现制冷系统的自我调整。

2.2 确定正确的过热度

要保证热力膨胀阀工作在最佳匹配点,就必须保证热力膨胀阀有合适的过热度。热力膨胀阀的过热度由静装配过热度与有效过热度组成。使阀门开始开启所需要的过热度称为开启过热度,又叫静装配过热度,一般的静装配过热度约为3℃。从热力膨胀阀开始开启至额定开度所需要的过热度增量,称为热力膨胀阀的有效过热度或可变过热度。其数值的大小与弹簧的刚度及阀芯的行程有关,一般有效过热度约为2~5℃,通常把热力膨胀阀的静装配过热度与有效过热度之和称为工作过热度,即平时所说的过热度。因此,我们只有保证过热度在合适的范围内,制冷系统才能达到最大冷量,又不会引起湿冲程。工业油冷却机过热度都要求在5~8℃之间。如果发现过热度不在该范围内,就要进行调整。

3 检查调整的必要性

制冷设备刚投入运行,热力膨胀阀是不用调整,但是在设备连续使用几年后,由于阀针的磨损、系统有杂质、阀孔部分有堵塞及弹簧弹力减弱等原因,影响了热力膨胀阀的开启度,使得热力膨胀阀偏离了它的工作点,表现为热力膨胀阀开启度偏小或过大。

热力膨胀阀开启度太小的话,就会造成供液不足,使得没有足够的氟利昂在蒸发器内蒸发,制冷剂在蒸发管内流动的途中就已经蒸发完了,在这以后的一段,蒸发器管中没有液体制冷剂可供蒸发,只有蒸汽被过热。因此,相当一部分的蒸发器未能充分发挥其效能,造成制冷量不足,降低了设备的制冷效果。工业油冷却机的压缩机大多采用蒸发器回来的蒸汽来冷却压缩机,如果热力膨胀阀开启不够,就造成蒸汽过热度过大,对压缩机冷却作用减小,压缩机的排气温度会增高,润滑油变稀,润滑质量降低,压缩机的工作环境恶化,会严重影响压缩机的工作寿命甚至烧毁压缩机。据分析与过热度过大有关。另外由于被冷却介质温度降不下来,又增加了压缩机的运行时间,也增加了耗电量。

与此相反,如果热力膨胀阀开启过大,即热力膨胀阀向蒸发器的供液量大于蒸发器负荷,会造成部分制冷剂来不及在蒸发器内蒸发,同气态制冷剂一起进入压缩机,引起湿冲程,甚至冲缸事故,损坏压缩机。同时,热力膨胀阀开启过大,使蒸发温度升高,制冷量下降,压缩机功耗增加,增加了耗电量。因此,有必要定期检查调整热力膨胀阀,尽量让热力膨胀阀工作在最佳匹配点。

调整过程

4.1 热力膨胀阀调整前的检查

在调整热力膨胀阀之前,必须确认设备制冷异常是由于热力膨胀阀偏离最佳工作点引起的,而不是因为氟利昂少、干燥过滤器堵塞、滤网、风机等其他原因所引起的。同时,必须保证感温包采样信号的正确性,感温包必须水平安装在回气管的下侧方45度的位置,绝对不可安装在管道的正下方,以防管子底部积油等因素影响感温包正确感温。更不能安装在立管上。检查冷凝器风机控制方式,尽量采用调速控制,以保证冷凝压力恒定。

4.2 热力膨胀阀调整时注意事项

热力膨胀阀的调整工作,必须在制冷装置正常运行状态下进行。由于蒸发器表面无法放置测温计,可以利用压缩机的吸气压力作为蒸发器内的饱和压力,查表得到近似蒸发温度。用测温计测出回气管的温度,与蒸发温度对比来校核过热度。调整中,如果感到过热度太小,则可把调节螺杆按顺时针方向转动(即增大弹簧力,减小热力膨胀阀开启度),使流量减小;反之,若感到过热度太大,即供液不足,则可把调节螺杆朝相反方向(逆时针)转动,使流量增大。由于实际工作中的热力膨胀阀感温系统存在着一定的热惰性,形成信号传递滞后,运行基本稳定后方可进行下一次调整。因此整个调整过程必须耐心细致,调节螺杆转动的圈数一次不宜过多过快(直杆式热力膨胀阀的调节螺杆转动一圈,过热度变化大概改变1~2℃)。

4.3. 热力膨胀阀过热度的测量方法

步骤如下:
1)停机。将数字温度表的探头插入到蒸发器回气口处(对应感温包位置)的保温层内。将压力表与压缩机低压阀的三通相连。

2)开机,让压缩机运行15分钟以上,进入稳定运行状态,使压力指示和温度显示达到一稳定值。

3)读出数字温度表温度T1与压力表测得压力所对应的温度T2,过热度为两读数之差T1- T2。注意,必须同时读出这两个读数。

热力膨胀阀过热度应在5~8℃之间,如果不是,则进行适当的调整。可以看到调整后压缩机机壳的温度较调整前会有明显的变化。

维护周期

经过长期对工业油冷却机的运行情况统计,发现热力膨胀阀偏离工作点的情况通常发生在使用寿命的中后期,因此,决定对热力膨胀阀的检查调整重点放在设备寿命的中后期上,下面是根据实际统计确立的热力膨胀阀检查周期。

热力膨胀阀检查调整周期

使用前4年 5~8年中 第9年以后

3 次/年 2次/年 3次以上

结束语

定期检查调整热力膨胀阀虽然有些麻烦,但对提高空调的制冷效果、延长空调使用寿命、节约能源以及保证设备安全具有重要的现实意义。

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