热力膨胀阀的故障分析与问题诊断

热力膨胀阀主要功能是根据蒸发器的负荷变化,自动调节制冷剂流量,控制蒸发器出口过热度,实现制冷系统的高效节能运行[1]。然而,由于工况复杂多变,热力膨胀阀极易发生故障,成为影响制冷系统性能的薄弱环节。本文我们就一起来聊一聊热力膨胀阀。

热力膨胀阀主要功能是根据蒸发器的负荷变化,自动调节制冷剂流量,控制蒸发器出口过热度,实现制冷系统的高效节能运行[1]。然而,由于工况复杂多变,热力膨胀阀极易发生故障,成为影响制冷系统性能的薄弱环节。本文我们就一起来聊一聊热力膨胀阀。

一、热力膨胀阀的工作原理和构成

1.1 工作原理

热力膨胀阀是一种自动式流量调节阀,其根据蒸发器出口制冷剂过热度的变化来调节阀门开度,进而控制进入蒸发器的制冷剂流量[2]。当蒸发器负荷增大时,出口过热度降低,热力膨胀阀感温包内压力下降,阀门开度增大,允许更多制冷剂流入;当负荷减小时,出口过热度升高,感温包压力上升,阀门开度减小,制冷剂流量随之减少。通过自动调节阀门开度,热力膨胀阀使蒸发器在各工况下均能保持最佳的蒸发温度和过热度,实现了制冷系统的高效节能控制。

2.2 结构组成

热力膨胀阀主要由阀体、阀针、阀座、调节弹簧、感温包、平衡管等部件组成[3]。其中,阀体连通高低压侧,内装阀针和阀座;阀针受感温包和弹簧力的共同作用,实现阀门开度调节;感温包用于检测蒸发器出口过热度,并将其转换为感温包内部气体的压力信号;平衡管连通蒸发器出口,引导蒸发压力作用于阀膜片上,平衡感温包压力。热力膨胀阀的结构设计直接决定了其控制性能和使用寿命。

二、热力膨胀阀的8个常见故障

2.1 阀门卡涩

故障原因:弹簧疲劳变形,阀杆弯曲,杂质堵塞,润滑不良等。
故障表现:阀门开度调节不灵活,制冷剂流量控制不当,蒸发温度波动大。
处理方法:检查清洗阀体通道,更换弹簧和阀杆,注意保持阀门润滑[4]。

2.2 感温包故障

故障原因:感温包泄漏,毛细管堵塞,安装位置不当等。
故障表现:膨胀阀失去温度反馈,蒸发器出现严重过热或回液。
处理方法:检查感温包,必要时进行更换,并调整安装位置与固定方式[5]。

2.3 阀针磨损

故障原因:制冷剂中夹带固体颗粒,阀针材料选用不当。
故障表现:阀门关闭不严,低压侧压力升高,蒸发温度回升。
处理方法:更换阀针阀座,细化制冷剂过滤,优选阀体材料[6]。

2.4 膜片破损

故障原因:冷媒液击,水锤作用,长期过载运行等。
故障表现:膨胀阀控制失效,低压侧工况异常。
处理方法:及时更换破损膜片,并排查故障诱因,优化系统设计和运行参数[7]。

2.5 阀门漏失

故障原因:弹簧强度不足,阀杆密封失效,阀座氧化老化等。
故障表现:阀门关闭状态下大量制冷剂外泄,系统制冷效果差。
处理方法:检修更换密封圈、阀杆和阀座,校核弹簧刚度,确保阀门密封[8]。

2.6 调节失灵

故障原因:感温包充注量不当,内部压力平衡被破坏。
故障表现:膨胀阀失去对过热度的调节能力,蒸发器温度波动大。
处理方法:重新校验感温包充注量,恢复膨胀阀的自动调节功能[9]。

2.7 hunting现象

故障原因:热力元件时间常数与系统参数不匹配,调节回路失稳。
故障表现:阀门开度频繁波动,蒸发压力呈周期性振荡。
处理方法:优选热力元件参数,匹配系统的动态特性,并合理设置平衡管[10]。

2.8 结霜堵塞

故障原因:蒸发器严重过冷,膨胀阀前制冷剂夹带水分。
故障表现:膨胀阀结霜阻塞,通过能力下降,蒸发器温度回升。
处理方法:调整蒸发压力和过冷度,及时清除管路杂质和水分[11]。

三、热力膨胀阀的故障诊断

3.1 诊断流程

热力膨胀阀的故障诊断应遵循"先整体后局部,先常见后罕见"的原则,按照制冷系统分析、故障假设、信息采集、原因验证、故障排除等步骤进行[12]。其一般诊断流程如下:

(1)了解设备的使用情况,分析制冷系统的运行工况;
(2)观察故障的外在表现,提出故障可能原因的初步假设;
(3)检查管路连接,测量运行参数,收集故障相关信息;
(4)对比标准工况,验证故障原因,缩小排查范围;
(5)拆检可疑部件,排除局部故障,恢复设备性能。

3.2 诊断方法

常用的热力膨胀阀故障诊断方法有[13]:

(1)参数对比法:测量分析系统压力、温度等参数,将其与标准值对比,初判故障类型。
(2)经验判断法:依据丰富的维修经验,从故障表象快速判断原因,速战速决。
(3)零部件排查法:逐一排查管路、感温包、阀体等零部件,查找局部故障点。
(4)逆向思维法:从故障的最坏后果出发,反推导致故障的可能原因。
(5)情景模拟法:通过人为设置特定故障情景,观察其表现,积累诊断经验。

3.3 使用注意事项

为延长热力膨胀阀的使用寿命,提高故障诊断效率,在使用维护中应注意以下事项[14]:

(1)安装前检查阀体通畅性,感温包完整性,滤网清洁度。
(2)严格遵守安装规程,避免碰撞和砂眼,保证阀杆灵活。
(3)合理使用平衡管,防止油流回和液击,延缓阀体磨损。
(4)定期检查感温包固定是否可靠,接触是否紧密。
(5)发现参数异常及时分析原因,避免问题扩大。
(6)制冷季前全面校验阀门动作灵敏性,执行器可靠性。
(7)冬季停机时彻底排除系统水分,防止阀体冻裂。

四、热力膨胀阀的故障诊断

4.1 故障描述

某商用冷柜使用R134a制冷剂,膨胀阀型号为TN2KC,冷柜温度波动异常,无法达到设定温度。

4.2 诊断过程

(1)测量冷凝压力0.92MPa,蒸发压力0.22MPa,过热度15K,系统温度参数偏高。
(2)反复启停压缩机,发现膨胀阀hunting现象严重,怀疑阀门卡涩或感温包故障。
(3)检查管路连接状况正常,感温包与蒸发器紧密接触,初步排除感温包故障。
(4)拆下膨胀阀,发现阀针卡涩,大量油污堵塞阀口,阀体内弹簧生锈。
(5)超声波清洗阀体,更换阀针和弹簧,调整弹簧预紧力,装复调试后故障排除。

4.3 原因分析

制冷系统长期超负荷运行,压缩机排气温度过高,润滑油碳化产生大量油泥,随制冷剂进入膨胀阀,造成阀口堵塞、阀针卡涩。同时高温环境加速了弹簧锈蚀老化,削弱了调节作用力,导致阀门自动调节失灵。膨胀阀失去对过热度的有效控制,使蒸发温度升高,冷柜温度波动超差。