热力膨胀阀开度如何调节？

    在蒸汽压缩式制冷系统中 , 热力膨胀阀 (TXV) 是一个关键的控制部件。它通过调节制冷剂流量 , 使蒸发器出口处维持一定的过热度 , 从而保证压缩机的安全运行和系统的高效制冷。本文将重点探讨热力膨胀阀的工作原理、调节步骤以及判断依据 , 以期为制冷系统的调试优化提供参考。

 

一 、过热度与过冷度的概念      

     

  (一)过热度的定义与作用      

过热度(Superheat)是指制冷剂蒸气的实际温度高于其饱和温度的温差[1]。在蒸发器出口处,过热度反映了制冷剂完全气化的程度。适当的过热度有以下作用[2]:

1.确保进入压缩机的制冷剂为干蒸气,防止液体击穿压缩机叶片。

2.提高制冷剂的比容,减少压缩机耗功。

3.提高制冷剂气体的温度,有利于吸热。

4.防止蒸发器结霜,保证传热效率。

但过热度过大又会降低制冷剂的质量流量,导致制冷量下降。因此,过热度需控制在合理范围内,一般取5~10K[3]。

  (二)过冷度的定义与作用     
过冷度(Subcooling)是指制冷剂液体的实际温度低于其饱和温度的温差[4]。在冷凝器出口处,过冷度反映了制冷剂完全液化的程度。适当的过冷度有以下作用[5]:

1.确保进入膨胀阀的制冷剂为纯液体,防止气液两相流动。

2.增加制冷剂的焓差,提高制冷量。

3.降低膨胀阀前的闪蒸损失,减小节流不可逆损失。

4.提高冷凝压力,改善传热温差。

但过冷度过大会增加冷凝器的传热面积和制冷系统的初投资。过冷度一般控制在3~8K[6]。

 

二、热力膨胀阀的工作原理      

     
     

(一)热力膨胀阀的结构组成  
热力膨胀阀主要由阀体、热力元件、均压管、感温包等组成[7]。

1.阀体阀体内设有阀芯和阀座   ,通过改变两者间的开度来调节制冷剂流量。阀芯受膜片弹簧的作用向下关闭,受蒸发压力和热力元件的作用向上开启。

2.热力元件  
热力元件是一个充有热敏工质的封闭系统,由感温包、毛细管和膜片组成。感温包置于蒸发器出口处,用于感知过热度的变化。膜片则将热力元件的压力传递给阀芯,调节其开度。

3.均压管  
均压管连通膜片腔与蒸发器入口,使膜片上下两侧压差等于过热度对应的饱和压力差,消除了蒸发压力变化对阀芯开度的影响。

4.感温包  
感温包紧贴蒸发器出口管壁或插入制冷剂气流中,及时准确地感知过热度的变化。较大的感温包热容量有利于系统稳定,较小的感温包热容量则利于快速响应[8]。

(二)热力膨胀阀的调节机理  
热力膨胀阀的阀芯开度受三个作用力平衡[9]:

1.热力元件压力  
热力元件内的饱和压力随感温包温度的升高而增大,对应过热度的变化。这个压力乘以膜片面积,得到向上的开启力。

2.蒸发压力蒸发器内的压   力   通过均压管作用在膜片下表面,乘以膜片面积得到向上的开启力。这个力与热力元件压力合力,抵消了蒸发压力变化的干扰。

3.弹簧压力弹簧施加在阀芯上的向下力   。弹簧刚度乘以压缩量,得到弹簧压力。它是阀芯开启的预紧力,可通过调节弹簧压缩量来改变。

当蒸发器出口过热度增大时,热力元件压力上升,克服弹簧压力,推动阀芯向上开启,增大节流面积,供液量增加;反之,过热度减小时,阀芯在弹簧作用下向下关闭,减小供液量。通过这种负反馈调节,热力膨胀阀动态地维持蒸发器出口过热度在设定范围内波动。

 

三、热力膨胀阀的调节步骤      

     

  (一)调节前提条件    
在对热力膨胀阀进行开度调整前,需确保以下条件满足[10]:

1.系统制冷剂充注量适当,无泄漏。

2.蒸发器进出口无杂质堵塞,气液两相分离良好。

3.冷凝器冷凝压力和出口过冷度正常。

4.压缩机吸排气压力和温度正常,无喘振。

5.膨胀阀感温包与蒸发器出口紧密接触,保温良好。

6.蒸发器负荷稳定,无剧烈波动。

  (二)调节操作流程    
热力膨胀阀的调节通常采用试凉(Trial and Error)的方法,即在运行中逐步调整,观察系统响应,直至达到最佳状态。调节步骤如下[11]:

1.检查感温包位置  
确保感温包牢固地夹在蒸发器出口管壁上,并用保温材料包裹,隔绝环境干扰。感温包应远离电热带、电磁阀等热源,避免温度误判。

2.测量过热度  
用压力-温度对照表,查出蒸发压力对应的饱和温度。再用温度计测量蒸发器出口处制冷剂的实际温度。两者之差即为过热度。注意温度计的探头应插入制冷剂气流中心,避免测到管壁温度。

3.调节膨胀阀开度  
若实测过热度高于最佳值(如10K),则逆时针旋转膨胀阀调节螺栓,压缩弹簧,减小预紧力,使阀芯在相同过热度下开度变大,供液量增加。每调节1/4圈,等待3~5分钟让系统稳定,再测过热度并判断。若过热度仍偏高,则继续打开;若过热度降至最佳值以下,则适当关小螺栓,直到过热度稳定在最佳值附近。
若实测过热度低于最佳值,则采取相反的操作,即顺时针拧紧调节螺栓,逐步关小阀门,减少供液量,直至过热度回升到最佳值。调节过程中应小幅缓慢,避免过冲。

4.观察系统性能  
膨胀阀调节到位后,应综合考察以下系统性能指标:
(1)蒸发温度:应比所   需温度低510K,且波动小于±2K[12]。
(2)吸气压力:应略低于蒸发压力,且脉动小于±0.05MPa[13]。
(3)吸气温度:应高于蒸发温   度510   K,接近过热度设定值。
(4)制冷量:应满足负荷需求,且波动小于额定值的±5%[14]。
(5)压缩机电流:应在额定工况下,且波动小于±10%[15]。
若以上指标偏离正常值,则需再次调节膨胀阀或检查其他环节,直至整个系统达到最佳平衡状态。

 

四、供液量的判断依据      

     

热力膨胀阀通过改变供液量来调节过热度,因此准确判断供液量是调节成功的关键。以下几点可作为判据[16]:

(一)蒸发压力    
1.供液不足:蒸发压力偏低,压缩机吸气压力降低。
2.供液过量:蒸发压力升高,压缩机吸气压力也随之升高。

(二)蒸发温度     
1.供液不足:蒸发温度回升,蒸发器制冷能力下降。
2.供液过量:蒸发温度降低,蒸发器局部结霜。

(三)压缩机吸气温度    
1.供液不足:吸气温度明显高于蒸发温度,过热度过大。
2.供液过量:吸气温度接近或低于蒸发温度,有回液风险。

(四)膨胀阀前后压差   
1.供液不足:阀前压力升高,阀后压力降低,压差增大。
2.供液过量:阀前压力降低,阀后压力升高,压差减小。

(五)视液镜油位   
1.供液不足:视液镜油面下降,有气泡夹带。
2.供液过量:视液镜油面上升,呈满液柱状。

(六)蒸发器霜层    
1.供液不足:蒸发器霜层不均匀,排气侧结霜少。
2.供液过量:蒸发器霜层过厚,排液侧结霜多。

需要指出的是,判断供液量并非单一依据,而应结合多个因素综合分析。同时还要考虑环境温湿度、风速等工况的影响。在调节过程中,应优先保证系统安全和可靠,其次追求能效和经济性。必要时可借助红外成像仪、差压流量计等工具辅助诊断[17]。

 

五、结语      

     

热力膨胀阀作为制冷系统精确调节的执行器,为保障系统安全高效运行发挥着不可或缺的作用。通过分析其工作原理和调节过程,可以得出以下几点结论:

1.过热度和过冷度是热力膨胀阀调节的核心控制参数,代表了蒸发器和冷凝器内制冷剂相变的完成度,需严格控制在最佳范围内。

2.热力膨胀阀通过平衡热力元件压力、蒸发压力和弹簧压力,实现阀芯开度随过热度的负反馈调节,动态维持过热度稳定。

3.热力膨胀阀的调节应遵循"先开后闭、小幅缓慢"的原则,根据系统性能指标综合判断,避免过冲和反复。

4.供液量是热力膨胀阀调节的直接效果,需结合蒸发压力、温度、霜层等多方面因素分析,必要时借助仪器诊断。

5.热力膨胀阀的设计选型和控制策略应因地制宜,满足不同工况和工质的特定要求。

6.随着电子技术和智能算法的发展,热力膨胀阀的调节将更加精细高效,有望实现故障诊断、远程控制、联网优化等功能。

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