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热力膨胀阀工作原理

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，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*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zui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

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，轻者由于系统的回压缩机气体减少，造成低压端吸气压力太低，使压缩机低压停机，系统停止运行；重者由于蒸汽过热度过大，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*匹配点。

4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*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，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。