1 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，使热力膨胀阀成为空调维护中的一个死角。而定期检查和调整热力膨胀阀，对空调的运行寿命，节约能源，降低运行成本，却有着重要的意义。
2 热力膨胀阀的工作过程分析
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。在机房专用空调中，一般采用外平衡式热力膨胀阀。目前所使用的风冷式机房专用空调，如HIROSS、STULZ、ISOVEL、AIREDELE和法亚均采用这种结构。热力膨胀阀的结构如图1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，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。如图1，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，机房专用空调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。图2显示了机房专用空调热力膨胀阀的典型静态性能曲线，它的静态特性指出了其容量和蒸发器出口气态制冷剂过热度的关系。使阀门开始开启所需要的过热度称为开启过热度（A点），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（即线段AB），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。机房专用空调过热度都要求在5~8℃之间。如果发现过热度不在该范围内，就要进行调整。

3 检查调整热力膨胀阀的必要性
机房专用空调刚投入运行，热力膨胀阀是不用调整，但是在空调连续使用几年后，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，降低了空调的制冷效果。机房专用空调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。我公司和睦机房ISOVEL空调就曾发生压缩机烧机现象，据分析与过热度过大有关。另外由于机房温度降不下来，又增加了压缩机的开启台数,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。99年，杭州市电信分公司景芳二楼程控机房有一台ISOPAK机房专用空调的一个压缩机阀片被击穿，可能与热力膨胀阀开启过大有关；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。

4 热力膨胀阀的调整过程
4.1 热力膨胀阀调整前的检查
在调整热力膨胀阀之前，必须确认空调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，机房专用空调的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 热力膨胀阀具体的调整步骤
4.3.1热力膨胀阀过热度的测量

过热度如图3所示测量，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。
4.3.2具体调整步骤
1) 拆下热力膨胀阀的防护盖；
2) 转动调整螺杆2~4圈；（机房专用空调的热力膨胀阀一般采用压杆式和散型齿轮式，散型齿轮式是用一个小齿轮带动一个大齿轮，调节的圈数比较多，一般可以调2~4圈；压杆式可调圈数比较少，每次调1/4圈；O65空调的热力膨胀阀采用散型齿轮式）
3) 等系统运行稳定，重新读数，计算过热度，是否在正常范围。不是的话，重复2）、3）操作，直至符合要求。调节过程必须小心仔细。（如果热力膨胀阀油堵严重，拆下后用无水乙醇进行清洗，再重新装上；失去调节功能的热力膨胀阀应更换；安装热力膨胀阀需注意感温包安装位置和做好保温工作）
另外，在实际中， 采用如上仪表检查热力膨胀阀工作情况，往往要浪费大量的时间，因此，可采用目检与仪表检查相结合的方法，即先用眼睛观察压缩机回气管的结露情况，发现异常后，再用仪表检查。这样，可以节约大量的时间，而且完全可以达到检查目的。
5 热力膨胀阀调整效果实例
现根据上述步骤对杭州市电信分公司惠兴路七局程控机房的HIROSS空调热力膨胀阀进行了调整。在检查中发现一台94年安装的HIROSSO55型空调在两个压缩机都运行的情况下，进回风温差偏小（回风22.5℃，送风16.8℃）空调制冷效果不明显。观察视液镜和干燥过滤器，发现氟利昂充足，排除少氟和过滤器堵塞，进一步检查，发现两台空调压缩机回气有过热、热力膨胀阀出口处温度偏低现象，用数字式温度计测得其中一个系统蒸发器出口温度为18℃，压力表测得回气压力为3.2kg/cm2，对应的蒸发温度为-5℃，过热度为23℃，明显偏离正常的过热度，从而诊断为热力膨胀阀开启度不够，决定调整热力膨胀阀开启度。进行正确调整后，蒸发器出口温度为12℃，用压力表测得回气压力为4.8kg/cm2，对应的温度为4.5℃，相减后过热度为7.5℃。

现场调整前后的具体数据如下表1：
HIROSSO55空调数值 蒸发器出口 温度 （度） 压缩机回气 压力 (kg/cm2) 压缩机回气 压力对应的 温度（度） 过热度 （度） 过热度是否 符合要求
厂家调试标准值* <14 4.5~6 2.5~11 5~8 标准值
1#系统 本次调整前 21.0 3.2 -5.0 26.0 否
本次调整后 13.4 5.0 5.8 7.6 是
2#系统 本次调整前 20.5 4.0 0.0 20.5 否
本次调整后 13.9 5.2 6.0 7.9 是
（注：厂家调试标准值由HIROSS空调上海办事处提供）
热力膨胀阀调整前后的进回风温、湿度如下表2：
空调回风 空调送风温度 回送风温差
温度（度） 湿度（RH） 温度（度） 湿度（RH） （度）
调整前 22.5 54.8 16.8 75.4 5.7
调整后 22.5 54.8 14.3 84.3 8.2

制冷量计算方法如下：
1) 查湿空气的焓湿图,可以知道回风空气的焓h1 =45.5 kJ/kg，调整前送风空气的焓h2=38.1 kJ/kg。调整后送风空气的焓h’2=40.7 kJ/kg。
2) HIROSSO55空调的风量循环量为V=19800M3/H，故空气质量循环量
G=ρ× V=1.2× 19800/3600=6.6 kg/s
3)故调整前制冷量Q=G(h1-h2)=6.6×(45.50-40.7)=30.96kJ/S=31.68kW
调整后的制冷量Q’=G(h1-h’2)=6.6×(45.50-38.1)=48.84 kW
比较接近HIROSSO55空调的标准制冷量（回风温度22度、湿度50%时，标准制冷量为51.5kW）。
调整后制冷量比调整前增大了17.16kW ，提高了35%。
热力膨胀阀调整后，压缩机壳体中部的表面温度从调整前的52℃降低到29℃，表明压缩机冷却良好，从而延长了压缩机的寿命。
6.热力膨胀阀维护周期
经过对杭州市电信分公司近二百多台机房专用空调的运行情况统计，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空调寿命的中后期上，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
1次/年 2次/年 3次以上
7.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、节约能源以及保证机房安全具有重要的现实意义。

谢谢

word版，制冷维修技术－热力膨胀阀的合理维护

　1　前言

　　节流机构是制冷系统中最重要的部件之一,节流机构与系统其他主要部件的良好匹配是改善系统运行并适应系统负荷变化的基础[1]。但有关电子膨胀阀流量特性的研究甚少,节流机构流量系数的影响因素:工质的物性、工质的流动情况、几何参数等,众家说法不一。迄今为止,关于电子膨胀阀流量特性的研究还鲜有报道,只能借鉴热力膨胀阀的有关研究,采用水力学公式来描述电子膨胀阀的流量特性[2]。

　　 （1）

　　式中:ｍ-制冷剂的流量,ｋｇ/ｓ;ＣＤ-流量系数;Ａ-阀通流断面积,ｍ2;ρ-进口制冷剂液体密度,ｋｇ/ｍ3;Δｐ-阀口压差,ｐａ

　　莉井浩[3]进行系统研究之后,得出锥阀的流量系数不仅与Ｒｅ数有关,而且与半锥角θ、凡尔线宽Ｌ以及流动方向均有关。阿武和秋山认为滑阀的流量系数与Ｒｅ数、阀口开度,径向间隙等都有关系。美国Ｄｅｔｒｉｏｔ公司的Ｄ.Ｄ.Ｗｉｌｅ[4]研究了热力膨胀阀的流量特性后认为流量系数与制冷剂进口密度和出口比容有如下关系:

　　 （2）

　　式中:ρ-制冷剂液体进口密度,ｋｇ/ｍ3;ν-制冷剂出口比容,ｍ3/ｋｇ。

　　而Ａ.Ｄａｖｉｅｓ和Ｔ.Ｃ.Ｄａｎｉｅｌｓ[5]则认为流量系数仅仅与工质的出口干度有关,并指出饱和的Ｒ12制冷剂液体通过薄刃锐孔节流时,实际流量与节流后的干度成线性反比关系。

　　试验研究是节流机构流量特性研究最常用且最为有效的手段,目前主要有氮气法和气环法。由于氮气与制冷剂在通过节流机构时存在相变与否的本质差别,此法存在着较大偏差(约20%),气环法则存在更换制冷剂时润滑油清洗不便等问题,鉴于此特搭建了液环法节流机构流量特性试验台,以进行节流机构不同制冷剂条件下流量特性的研究。

　　2　试验台简介

　　2.1　试验台原理

　　试验采用工质Ｒ22,试验系统基于液环法搭建,磁力泵替代了制冷系统中的压缩机,图1,2为自搭建的液环法试验台的原理与装置图。

　　

　　

　　试验台控制参数为节流阀前温度、压力和节流阀后的温度、压力。测试结果为制冷剂流量。电子膨胀阀从全关到全开的脉冲数为500,开度由ＰＬＣ控制。阀前温度通过调节热水泵变频器频率改变热水循环流量得以实现,阀前压力可通过调节磁力泵运行频率获得,而阀后的温度和压力可以通过改变乙二醇泵变频器转速达到。乙二醇箱温度可由冷水机组和加热丝保证,而热水温度可由加热丝加热实现,所有的控制参数均通过ＰＬＣ加以控制。

　　2.2　实验台参数设定

　　实验中发现,阀前温度、阀前压力和阀后压力均较容易控制,而阀后温度的波动相对较大,这是因为阀后温度对应于实际制冷系统的蒸发温度,在较低的压力下,温度的浮动范围较大,应根据物性来确定参数控制精度。综合各方面因素,参照国标要求,测试工况点为阀前压力16.487Ｂａｒ和15.712Ｂａｒ,对应温度分别为38℃,33℃;36℃,31℃。阀前过热度保持5℃和10℃,阀后压力为6.807Ｂａｒ和5.838Ｂａｒ, 对应阀后温度为10℃和5℃,而将阀前温度和偏差控制在-0.2℃～+0.2℃之间,阀前压力偏差和阀后压力偏差控制在-0.2Ｂａｒ～+0.2Ｂａｒ之间,阀后温度偏差控制在-1.0℃～+1.0℃之间。

　　3　实验结果及分析

　　将测试阀的开度调节到100、150、200、250、300、350、400、450、500个脉冲,将工况稳定在设定点180秒,记录所测流量。按照公式(1)可计算出流量系数。

　　3.1　电子膨胀阀流量系数与流通面积及阀后参数的关系

　　将各电子膨胀阀不同开度下,不同方向(开关阀)的流量系数数据,按照面积和阀后温度的不同绘成关系曲线如图3所示,可以看出流量系数与流通面积近似成线性关系,并且在其他参数不变的情况下,流量系数随着阀后温度的升高而增大,查Ｒ22的物性表可以发现,阀后温度升高,制冷剂的比容和干度均减小,这表明流量系数与干度和比容近似成反比例关系。

　　

　　

　　3.2　流量系数与阀体结构之间的关系

　　研究阀体结构与流量系数之间的相互关系,对一个电子膨胀阀而言,通径一旦确定,阀针锥角径向间隙便成为描述阀体结构特征的两个最为重要的参数,其中阀针锥角与半锥角的含义比较明确,而径向间隙则有多种理解方式,为方便起见,定义径向间隙(△Ｄ)为阀座通径与锥体直径之差,即图4中所示:Ｄ-ｄ。

　　3.2.1　流量系数与半锥角的关系

　　为了研究流量系数与锥角和径向间隙之间的关系,必须将面积的影响因素和其他因素尽量排除,为此在不同的电子膨胀阀数据中选取面积非常接近、阀前阀后条件完全相同但径向间隙相同的几组典型数据进行分析,以确定流量系数与阀针锥角之间其中可能存在的定量关系。

　　图5是实际测试的四个锥角和通径不同但流通面和阀前后条件均一致时流量系数的对应关系,可以看出,流量系数与锥度和通径之间的关系没有明显的规律可循。

　　

　　3.2.2　流量系数与径向间隙的关系

　　

　　图6中1-6点为径向间隙为0.02ｍｍ的流量系数数据,而7-8点为径向间隙为0.22ｍｍ的流量系数数据,可以看出流量系数有随径向间隙增大而减小的趋势。

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