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热力膨胀阀的工作原理及作用是什么(膨胀阀的结构与工作原理)

时间:2022-10-23 18:47:15 作者:北京阀门总厂 点击:

本文来源

筑龙暖通

膨胀阀的结构与工作原理

热力膨胀阀的结构——感温包、毛细管、感应薄膜互相连通,构成一个密闭容器,称为感温机构。

感温包安装在蒸发器的出口,感温包内充注工质,用它来感受蒸发器出口制冷剂的过热度变化。毛细管传递感温包内的压力至感应薄膜上。感应薄膜由一块很薄的(0.1-0.2nm)合金计冲压而成,断面呈波浪形它在受力后弹性变形性能非常好。

热力膨胀阀的热力作用原理▼

热力膨胀阀的工作原理及作用是什么(膨胀阀的结构与工作原理)(图1)


以温包中感温介质的压力提供阀打开方向的驱动力P1(开阀力);以蒸发压力P0。和弹簧力P3,作为阀关闭方向的平衡力。温包感受蒸发器出口管的温度t1,开阀力P1随温度t1的变化称为开阀压力曲线,它由温包中充注的感温介质的压力-温度属性所决定。在关阀时,蒸发压力随蒸发温度的变化关系是确定的(由制冷剂的热力特性决定);弹簧力在阀处于关闭时最小,由设定的预紧力决定,在工作中由弹性系数和弹性变形决定,阀在全开位置时达到最大。因此,最小关阀压力线p0(t0)+p3,是已知的。通过在温包中充人适当的感温介质,使在压力不温度平面上开阀压力曲线汕巳)处于最小关阀压力线仇p0(t0)+p3,的下方。

那么,当阀上的作用力平衡时,开阀压力对应的温度必然高于关阀压力对应的温度2。二者之差(t1-t0)便是蒸发器出口过热度们。该过热度是打开阀必须具有的最小过热度,称为静态过热度。阀达到全开时,对应更高的温度t1和过热度△t,这时的过热度称为全开过热度。当蒸发器出口过热度在静态与全开过热度之间变化时,热力膨胀阀的开度成比例变化。这两个过热度之差称为可变过热度,可变过热度是热力膨胀阀比例调节的比例带,其大小反映了调节的灵敏度。

将节流后的制冷剂压力近似作为蒸发压力,因而可以直接从阀内提供关阀的流体平衡力,结构简单,安装方便,主要用于低压侧流动阻力不大的场合。外平衡式热力膨胀阀

有一个外平衡管,将蒸发器出口的压力直接引入阀内,保证关阀的流体平衡力是蒸发压力。这种结构考虑了蒸发器的流动损失,主要用于制冷剂流量变化幅度大、低压侧流动阻力大的场合,如低蒸发温度或有分液器、多路并联盘管的蒸发器。

热力膨胀阀的工作原理及作用是什么(膨胀阀的结构与工作原理)(图2)


热力膨胀阀安装示意图▲

热力膨胀阀的选择

为了使热力膨胀阀与所在的制冷系统,特别是与蒸发器能很好地匹配,最大限度地利用蒸发器的换热面积,并使蒸发器的冷量输出始终和热负荷相匹配,就需要适当地选择热力膨胀阀。热力膨胀阀的设计选择主要依据:制冷系统的设计制冷量、工况参数、制冷剂种类及制冷系统结构等,应考虑下列因素:

  1. 按系统采用的制冷剂,查阅相关工质的热力膨胀阀样本。
  2. 考虑蒸发温度对膨胀阀容量的影响。随着蒸发温度的降低,阀的容量变小
  3. 阀前制冷剂过冷度会影响阀后两相制冷剂的千度,从而影响阀的流量系数。因此,要考虑阀前液体过冷度对阀的容量的影响
  4. 注意冷凝器至阀前的液管的压力降,适当增加制冷剂的过冷度,防止其在阀前汽化。

考虑了上述因素后,选择合适容量和形式的热力膨胀阀,允许有20&容量裕度。

热力膨胀阀的工作原理及作用是什么(膨胀阀的结构与工作原理)(图3)


一、冷库膨胀阀安装技术

1、安装前检查感温包是否完好;

2、膨胀阀安装位置必须靠近蒸发器的地方,阀体应垂直安装,不能倾斜或颠倒安装;

热力膨胀阀的工作原理及作用是什么(膨胀阀的结构与工作原理)(图4)


3、安装时应注意使感温包内的液体始终保持在感温包内,因此感温包应比阀体装得低一些;

4、感温包尽可能安装在蒸发器的出口水平回气管上,一般应远离压缩机吸气口1.5M以上

5、感温包不能安装在有积液的回管上;

热力膨胀阀的工作原理及作用是什么(膨胀阀的结构与工作原理)(图5)


6、若蒸发器出口带有气液交换器时,一般将感温包装在蒸发器的出口处,即热交换器之前;

7、感温包通常安置于蒸发器回气管上,并紧贴管壁包扎紧密,接触处应清除干净;

8、当回气管直径小于25MM时,感温包可扎在回气管的顶部;当直径大于25MM时,可扎在回气管的下侧45°处,以防管子底部积油影响感温包的感温效果。


二、膨胀阀调试技术

1、蒸发器出口应利用温度计测温或看吸气压力来校核过热度;

热力膨胀阀的工作原理及作用是什么(膨胀阀的结构与工作原理)(图6)


2、膨胀阀调过热度太小(供液量太大),调节杆应顺时针方向转动半圈或一圈(即增大弹簧力,减少阀开度),使制冷剂流量减少;调节杆螺纹一次转动的圈数不宜过多(调节杆螺纹转动一圈,过热度大约改变1-2°)。

热力膨胀阀的工作原理及作用是什么(膨胀阀的结构与工作原理)(图7)


3、膨胀阀调节经验:转动调节杆螺纹改变阀的开度,使蒸发器回气管外刚好能结霜或结露。对蒸发温度低于0度的制冷装置,若结霜后用手摸,有一种将手粘住的阴冷的感觉,此时开度适宜;对蒸发温度在0度以上的,则可视结露情况判断。

热力膨胀阀的工作原理及作用是什么(膨胀阀的结构与工作原理)(图8)


4、膨胀阀正确的调试,直接影响冷库降温效果及节能。冷库降温缓慢,多为膨胀阀调整不当,根据制冷剂的热力性质,压力越低,相对应的温度就越低;压力越高,相对应的温度也就越高。其中膨胀阀的调节是最为关键的。膨胀阀的开启度小,制冷剂通过的流量就少,压力也低;膨胀阀的开启度大,制冷剂通过的流量就多,压力也高。

三、膨胀阀调试注意事项

如果膨胀阀出口压力过低,相应的蒸发压力和温度也过低。但由于进入蒸发器流量的减少,压力的降低,造成蒸发速度减慢,单位容积(时间)制冷量下降,制冷效率降低。相反,如果膨胀阀出口压力过高,相应的蒸发压力和温度也过高。进入蒸发器的流量和压力都加大,由于液体蒸发过剩,过潮气体(甚至液体)被压缩机吸入,引起压缩机的湿冲程(液击),使压缩机不能正常工作,造成一系列工况恶劣,甚至损坏压缩机。 因此,膨胀阀的开启度,应根据当时的库温进行调节,即在库温相对应的压力下调整。

热力膨胀阀的工作原理及作用是什么(膨胀阀的结构与工作原理)(图9)


膨胀阀调试必须仔细耐心地进行,调节压力必须经过蒸发器与库温产生热交换沸腾(蒸发)后再通过管路进入压缩机吸气腔反映到压力表上的,需要一个时间过程。每调动膨胀阀一次,一般需10~15分钟的时间后才能将膨胀阀的调节压力稳定在吸气压力表上,调节不能操之过急。

热力膨胀阀的工作原理及作用是什么(膨胀阀的结构与工作原理)(图10)


压缩机的吸气压力是膨胀阀调节压力的主要依据参数。通常容易出现过滤网的堵塞、感温剂的泄漏等故障。造成调节反应不灵敏,调节失控或无法调节等。当膨胀阀的进口处出现结霜(或阀盖也结霜),进液管的温度比常温低,甚至结露;压缩机的吸气压力低于库温下的相对应压力,机器运转温度和排气温度高,制冷温度下降缓慢或降不下,多为膨胀阀的滤网堵塞,或脏堵冰堵故障。

(以上图文来源:制冷百科)


图文┃全面解析膨胀阀

什么是热力膨胀阀

热力膨胀阀是制冷系统的重要自控元件,一般安装于储液筒和蒸发器之间。利用气箱头(感温包)的温度变化作为信号,调节阀开度,改变制冷剂流量,使中温高压的制冷剂通过其节流成为低温低压的湿蒸汽,然后制冷剂在蒸发器中吸收热量达到制冷效果

热力膨胀阀的工作原理及作用是什么(膨胀阀的结构与工作原理)(图11)



  制冷系统不一定用热力膨胀阀作节流元件可以采用毛细管、节流短管(CCOT)作为节流元件,成本低,可靠性好;可以采用电子膨胀阀,使控制更精确,由于要采用传感器、控制线路板、带步进电机的执行机构,使制造复杂,成本提高。

热力膨胀阀的工作原理及作用是什么(膨胀阀的结构与工作原理)(图12)




与膨胀阀有关的几个概念

过热度:在系统中是指蒸发温度和蒸发器出口温度的温度差。对膨胀阀是指感温包温度和膜片下方压力对应的温度差,总过热度也称过热度范围,静装配过热度也称静止过热度,是指刚刚使阀开启的过热度,梯度过热度也称过热度变化,是指阀从开启到达到额定容量的开度所需的过热度,总过热度=静装配过热度+梯度过热度; • 静装配过热度调节范围:静装配过热度在一定范围内是可调节的,对一般膨胀阀为5-8℃,对汽车空调膨胀阀约为1-10 ℃;• 蒸发器的面积不是100%被利用的,总是有一部分处于过热状态;• 正常情况下,离开蒸发器的气体是过热气体;• 蒸发器的入口端和出口端存在阻力损失,有一定的压差;• 进入膨胀阀的制冷剂液体温度与冷凝温度不一样,有一定的温度降,称之为过冷度。


膨胀阀在制冷系统中的作用


热力膨胀阀的工作原理及作用是什么(膨胀阀的结构与工作原理)(图13)



① 节流降压将冷凝器冷凝后的高温高压制冷剂节流降压,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。


膨胀阀三力平衡控制原理

热力膨胀阀的工作原理及作用是什么(膨胀阀的结构与工作原理)(图14)



P1= P2 + F
P1: 气箱头内充注介质对应于温度产生的压力,作用在膜片上方;P2:蒸发压力(对内平衡为阀出口压力,对 外平衡为蒸发器出口压力),作用在膜 片下方;F:弹簧力,作用在膜片下方。气箱头温度降低时P1<P2+F,阀口开度减小;气箱头温度升高时P1>P2+F,阀口开度增大;其它力:如膜片刚度、传动部件摩擦阻力、流体对阀芯的作用力等,在分析时暂不考虑。


内平衡膨胀阀与外平衡膨胀阀

内平衡和外平衡膨胀阀的区别在哪?内平衡式膨胀阀膜片下面感受到的是蒸发器入口压力;而外平衡式膨胀阀膜片下面感受到的是蒸发器出口压力。 内平衡膨胀阀

热力膨胀阀的工作原理及作用是什么(膨胀阀的结构与工作原理)(图15)



热力膨胀阀的工作原理及作用是什么(膨胀阀的结构与工作原理)(图16)



膜片下方的压力取自阀出口, 当蒸发器压力降过大时,会使气箱头感受的过热度减小,使阀开度不足。外平衡膨胀阀

热力膨胀阀的工作原理及作用是什么(膨胀阀的结构与工作原理)(图17)



热力膨胀阀的工作原理及作用是什么(膨胀阀的结构与工作原理)(图18)



膜片下方的压力取自蒸发器出口;避免了蒸发器压力降对阀开度的影响,克服了内平衡阀的。


膨胀阀的零件及作用


热力膨胀阀的工作原理及作用是什么(膨胀阀的结构与工作原理)(图19)



阀体: 提供制冷剂流通通道、与系统的连接接口、阀内零件的安装位置,材质为铝或黄铜;膜片: 隔膜的作用。以最小的阻力,将气箱头的力传递给传动片,其特性由材质、状态、厚度、波纹形状等决定,一般由不锈钢或铜合金制作;气箱盖: 与气箱座、膜片、感温包、毛细管共同组成气箱头(有的产品没有感温包和毛细管),材质为不锈钢或黄铜;感温包: 感受外界温度,把温度转换的压力传递给气箱头,材料为紫铜;毛细管: 传递感温包的压力,或提供充注的通道,材料为紫铜;传动片: 把膜片的力传递给传动杆,并起到轴向和径向的限位作用,材料为铝或黄铜;气箱座: 连接阀体,容纳传动片,与气箱盖、膜片、感温包、毛细管共同组成气箱头,材质为不锈钢;传动杆: 把膜片的力传递给阀芯。分上传动杆和下传动杆,有的产品在下传动杆上点焊有钢球;O型圈: 使传动杆和阀体间密封,但又不产生过大的摩擦阻力;阀芯: 在气箱头和弹簧力的作用下,控制阀口流通面积的大小,材料为不锈钢或黄铜;调节弹簧: 根据静装配过热度要求提供一定的预紧力,并提供与气箱头平衡的力,注意弹簧的刚度、节距、两端面平行度都对产品有很大影响,材料为不锈钢或弹簧钢;调节螺丝: 调节弹簧的预紧力;O形圈: 使调节螺丝与阀体间密封,但又不影响调节性能。


膨胀阀的正确调整方法与注意事项

在调整热力膨胀阀之前,必须确认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、皮带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,感温安装位置必须正确,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。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稳定值。3)读值、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。

热力膨胀阀的工作原理及作用是什么(膨胀阀的结构与工作原理)(图20)



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。


与系统不匹配时可能发生的现象

不匹配时、会使系统的制冷剂流量时多时少,导致热力膨胀阀的制冷量时大时小。当制冷量过小时,会使蒸发器供液不足,产生过大热度,对系统性能会造成不利的影响。当制冷量过大时,会引起震荡,间歇性的使蒸发器供液过量,导致压缩机的吸气压力出现剧烈波动,甚至有液态制冷剂进入压缩机,引起液击(湿冲程)现象。


热力膨胀阀一般选择方法

1) 确定系统的制冷剂型号。2) 确定蒸发器的蒸发温度,冷凝温度及制冷量。3) 热力膨胀阀进出口的压力差。

热力膨胀阀的工作原理及作用是什么(膨胀阀的结构与工作原理)(图21)



制冷系统的稳定性与蒸发器出口端制冷剂过热度有关,因此及时准确的排除热力膨胀阀的故障及正确的选择与系统匹配的热力膨胀阀是很重要。


常见问题/ Common encyclopedia