制冷系统节流机构的应用

制冷系统节流机构的应用分析摘要：节能和环保是人类亟待解决的两大问题。2002年8月26日至9月4日在南非约翰内斯堡举行了可持续发展世界峰会。在该次会议上国际制冷学会发表了《制冷业对于可持续发展和减缓大气变化的承诺》，在此文件中阐明制冷业主要的挑战来自全球气候变暖。造成制冷业影响全球气候变暖的80%的原因是二氧化碳的排放。关键字：电子膨胀阀工作原理节流机构1.概述节能和环保是人类亟待解决的两大问题。2002年8月26日至9月4日在南非约翰内斯堡举行了可持续发展世界峰会。在该次会议上国际制冷学会发表了《制冷业对于可持续发展和减缓大气变化的承诺》，在此文件中阐明制冷业主要的挑战来自全球气候变暖。造成制冷业影响全球气候变暖的80%的原因是二氧化碳的排放。这些间接的排放是部分是由制冷装置运行所需能量的生产引起的。制冷、空调和热泵这些设备所消耗的电能约占全世界生产电能的15%，这表明间接排放的影响是非常的严重。此文件还提出在下一个20年制冷业必须树立雄心去达到目标之一：每个制冷设备耗能减少30~50%。制冷业者为保护环境，应把节能贯穿到制冷设备的使用周期中去。作为制冷循环的四大部件之一，节流装置在系统中起着非常关键的作用，通过选择应用合适的节流机构与制冷系统匹配是整个制冷设备降低能耗的重要一环。本文将对节流机构的工作原理和运行能量匹配进行分析，重点对电子膨胀阀的工作原理进行分析。2.传统节流机构的工作原理及匹配节流的工作原理是制冷工质流过阀门时流动截面突然收缩，流体流速加快，压力下降，压力下降的大小取决于流动截面收缩的比例。节流机构的作用：1、节流降压。当常温高压的制冷剂饱和液体流过节流阀，变成低温低压的制冷剂液体并产生少许闪发气体。进而实现向外界吸热的目的。2、调节流量：节流阀通过感温包感受蒸发器出口处制冷剂过热度的变化来控制阀的开度，调节进入蒸发器的制冷剂流量，使其流量与蒸发器的热负荷相匹配。当蒸发器热负荷增加时阀开度也增大，制冷剂流量随之增加，反之，制冷剂流量减少。3、控制过热度：节流机构具有控制蒸发器出口制冷剂过热度的功能，既保持蒸发器传热面积的充分利用，又防止吸气带液损坏压缩机的事故发生。4、控制蒸发液位：带液位控制的节流机构具有控制蒸发器液位的功能，既保持蒸发器传热面积的充分利用，又防止吸气带液降低吸气过热度。若节流机构向蒸发器的供液量与蒸发负荷相比过大，部分液态制冷剂一起进入压缩机，引起湿压缩或冲缸事故。相反若供液量与蒸发器负荷相比太少，则蒸发器部分传热面积未能充分发挥其效能，甚至会造成蒸发压力降低，而且使制冷系统的制冷量降低，制冷系数减小，制冷装置能耗增大。节流机构流量的调节对制冷装置节能降耗起着非常重要的作用。大型中央空调冷水机组常用的节流机构有手动节流阀、孔板、热力膨胀阀、浮球+主节流阀。2.1手动节流阀手动节流阀是最老式的节流阀，其外形与普通截止阀相似。它由阀体、阀芯、阀杆、填料压盖、上盖、手轮和螺栓等零件组成。与截止阀不同之处在于它的阀芯为针型或具有V形缺口的锥体，而且阀杆采用细牙螺纹。当旋转手轮时，可使阀门的开启度缓慢地增大或减小，以保证良好的调节性能。手动节流阀开启的大小，需要操作人员频繁地调节，以适应负荷的变化。通常开启度为1/8~1/4圈，一般不超过一圈，开启度过大就起不到节流（膨胀）的作用。这种节流阀现在已被自动节流机构取代。2.2孔板孔板节流机构由两块孔板组成，采用两级节流。制冷工质通过第一级孔板时，制冷工质刚好到达饱和液体线，并产生少许闪发气体;由于闪发气体占据一部分空间，其流量也在波动，致使工质进入第二级孔板时流体的流量在一定范围（约20%）内变动，进而达到自动调节制冷剂循环量的功能，第二级孔板因变动的流量造成不同的压降变化，与系统高低压差进行调节，于动态平衡后，稳定发挥制冷工质膨胀功能而完成整个制冷循环。一二级孔板设计依据：1、流量公式：q=axΑx（2xΔpxρ）1/22、冷水机组标准工况：12℃/7℃；30℃/35℃。冷水机组在标准工况满负荷运行时，孔板向蒸发器的供液量与蒸发负荷相匹配。但机组实际运行经常处于变工况、变负荷运行。在大压差工况下，蒸发器负荷需求减小（幅度大于20%），孔板最大调节余量20%，由于压差增大，孔板实际供液量比蒸发器负荷需要的液量大，吸气过热度降低，引起湿压缩；在小压差工况下，蒸发器负荷需求增大（幅度大于20%），由于压差减小，蒸发器实际存液量比蒸发器负荷需要的液量小，吸气过热度升高，制冷量降低，制冷系数减小，制冷装置能耗增大；在由低负荷转为高负荷情况下（幅度大于20%），蒸发器负荷需求增大，由于制冷剂质量流量增大，短时间内蒸发器实际存液量比蒸发器负荷需要的液量小，吸气过热度升高，制冷量降低，制冷系数减小，制冷装置能耗增大；在由高负荷转为低负荷情况下（幅度大于20%），蒸发器负荷需求减小，由于制冷剂质量流量减小，短时间内蒸发器实际存液量比蒸发器负荷需要的液量大，吸气过热度降低，引起湿压缩，极端情况即机组满负荷运行突然停机，蒸发器负荷需求减小75%，由于制冷剂质量流量突然减小75%，短时间蒸发器实际存液量比蒸发器负荷需要的液量大55%，吸气过热度急速降低，进而降低排气过热度，油分效果下降，甚至导致压缩机奔油。虽然一二级孔板在一定范围可自动调节，但其应付变工况、变负荷能力差，且制冷系数减小，制冷装置能耗增大，一般不宜采用。2.3热力膨胀阀热力膨胀阀广泛应用于中央空调冷水机组。它既可控制蒸发器供液量，又可节流饱和液态制冷剂。根据热力膨胀阀结构上的不同，分为内平衡式和外平衡式两种。考虑到制冷剂流经蒸发器产生一定的压力损失，为降低开启过热度，提高蒸发器传热面积的利用率，一般自膨胀阀出口至蒸发器出口，制冷剂的压力降所对应的蒸发温度降超过2~3℃，应选用外平衡式热力膨胀阀。添外平衡式热力史膨胀阀的工作弟原理是建立在晨力平衡的基础仿上。工作时，瓜弹性金属膜片聋上部受感温包仆内工质的压莫力陆P睬3秃作用，下面受判蒸发器出口压穗力区P御1侍与弹簧洁力民P罚2丛的作用。膜片爹在三个力的作汪用下，向上或箩向下鼓宿起邪,帜从而使阀孔关者下或开大，用尽以调节蒸发器匙的供液量。当毛进入蒸发器的碍液量小于蒸发解器热负荷的需过要时，则蒸发抢器出口蒸气的娃过热度增大，散膜片上方的压菊力大于下方的昆压力，这样就租迫使膜片向下堵鼓出，通过顶诚杆压缩弹簧，事并把阀针顶开尤，使阀孔开大贯，则供液量增务大。铁反之当供液量兄大于蒸发器热爷负荷的需要时江，则出口处蒸匀气的过热度减皇小，感温系统窝中的压力降低响，膜片上方的签作用力小于下稿方的作用力时座，使膜片向上予鼓出，弹簧伸夜长，顶杆上移疮并使阀孔关小野，对蒸发器的往供液量也就随柱之减少。热力裳膨胀阀的过热范度由开启过热妨度和有效过热国度组成，开启触过热度与弹簧丙的预紧力有关阴，有效过热度上与弹簧的强度隶及阀针的行程牙有关。膨胀阀醋的弹簧是按标遵准工况设计的凝，机组在标准索工况下，机组蜡满负荷或变负穗荷运行均维持吊较高悟的去CO盛P涂值。但在大压徒差工况下，蒸委发压力降低，创蒸发器负荷需男求的液量减少井，但实际情况忧相反，在吸气惯过热度不变的森情况下，由于皮蒸发压力降低胀，蒸发器出口耗压兼力庙P貌1飘相应降低，膜肃片上下的压差邮变大，使主阀近开度增大，供朱液量增加；但督在小压差工况窜下，蒸发压力娱上升，蒸发器睡负荷需求的液及量增多，但实猫际情况是在吸障气过热度不变吩的情况下，由股于蒸发压力上谢升，蒸发器出脉口压殿力含P木1摆相应提高，膜登片上下的压差间变小，使主阀脱开度减小，供恩液量减少；在伟变负荷下亦如把此。因此热力功膨胀阀在变工隔况下供液量的印调节方面需进慎一步改进。覆2.4斩厘浮赞球夏+谜主节流阀衡浮战球气+疏主节流阀是用栗于具有自由液渣面的蒸发器，暂如卧式满液式赔蒸发器的供液梨量的自动调节险。通过浮球调粪节阀的调节作线用，在蒸发器永中可以保持大桂致恒定的液面尺。浮球阀有一带个铸铁的外壳模，用液体连接辅管与气体连接志管分别与被控乒制的蒸发器的达液体和蒸气两式部分相连接，蛇因而浮球阀壳朱体的液面与蒸饰发器内的液面死一致。当蒸发俗器内的液面降宜低时，壳体内技的液面也随之鸣降低，浮子落姥下，阀针便将柄孔口开大，则满浮球阀出液量柔增大，浮球阀皱出液量形成的搬阀芯上部压期力训P炒4糊减小，主膨胀孩阀芯上部压齿力花P置s扁(批包括主膨胀阀妈芯上部弹簧兄力恶P芹5红和浮球阀出液鹿量形成的压贝力习P重4氧)抵筛减小，当主膨瞒胀阀芯下部高骤压遗P刺1丢大察于练P侧s畜时，则推动主纸阀芯向上移动祥，增大阀的开疼启量，主膨胀验阀供液量增大式；反之主膨胀春阀供液量减小体。浮球阀出液色量与主膨胀阀狸芯上下的压差够（巨Δ毅P=P欧1朽-P译s蛋）形成比例关图系，调节供液尾量的大小，当擦壳体内的液面尊上升到浮子上宫限位时，阀针雾便将孔口关闭即，香P荒s芽愧＞把P脱1壁，主膨胀阀关瞎闭且停止供液璃，此时蒸发器狡液位不再上升绒，这既可以防取止蒸发液位过采高引起湿压缩杰，又保证蒸发逐器的供液量与律蒸发负荷相匹偶配。由于的主碍膨胀阀芯上部骄弹簧是按标准罗工况设计的，静因此机组在标傲准工况下，机彻组满负荷或变交负荷运行均维善持较高无的扔CO夺P粮值。但在小压丧差工况下，冷签凝压力降低观，资P氏1篮降低肝，躬P先1巩相对于阀芯上盗部弹簧力偏小攀，准使主阀开度偏隔小，供液量偏杠少，导致达到姜需要的蒸发液踩位要有一段滞拍后的时间，系然统制冷系数减泉小，制冷装置尽能耗增大，在抵变负荷下同样笨如此。浮渠球脉+转主节流阀在变点工况下供液量衔的调节有待进编一步完善。谦3妄.莫电子膨胀阀的扣工作原理及控漂制必3.1伞狗电子膨胀舒阀示—校—血吸气过热度控己制浇吸气过热度控且制系统由电子具膨胀阀、压力童传感器、温度跳传感器、控制述器组成，工作菌时，压力传感采器将蒸发器出崖口压贡力振P育1韵、温度传感器请将压缩机吸气恭过热度传给控杠制器，控制器惩将信号处理后化，随后输出指候令作用于电子宇膨胀主阀的步幕进电机，将阀券开到需要的位方置。以保持蒸殿发器需要的供腰液量。电子膨吉胀阀的步进电羊机是根据蒸发包器出口压固力之P毅1敲变化、压缩机状吸气过热度变岛化实时输出变弯化的动力，这酿个实时输出变恰化的动力能及铁时克服各种工阵况和各种负荷产情况下主膨胀瞒阀变化的弹簧浴力，使阀的开看度满足蒸发器僚供液量的需求剧，进而蒸发器笨的供液量能实海时与蒸发负荷鼠相匹配，即电丘子膨胀阀可通夜过控制器人为翅设定，有效的贼控制过热度。斧另外，电子膨封胀阀从全闭到氧全开状态其用今时仅需几秒钟嚼，反应和动作痰速度快，开闭奏特性和速度均丙可人为设定；疯电子膨胀阀可畜在内10%--1妇00师%连的范围内进行边精确调节，且诱调节范围可根屋据不同产品的谁特性进行设定爹。选用电子膨沿胀兼阀干—爹—背吸气过热度控挥制，机组无论丹在标准工况下践、变工况、满抱负荷、变负荷讽运行维持较高堂的渠CO享P址值水平。糟3.2见捡电子膨胀离阀茧—伤—杯液位控制宅液位控制系统现由电子膨胀阀炎、液位传感器垫、液位控制器哥组成。当蒸发筐器内的液面上灭下变化时，蒸闪发器内的液位及传感器将液位存变动的比例关器系饶用旦4-20m渔A捕信号传给液位安控制束器律,元送液位控制器将功信号处理后，炭随后输出指令周作用于电子膨掉胀主阀的步进油电机，使其开结度增大、减小陆，以保持制冷刃剂液位在限定触的范围内。电惧子膨胀阀的步加进电机是根据语制冷剂液位变密化实时输出变饰化的动力，这族个实时输出变狂化的动力能及孝时克服各种工漠况和各种负荷贡情况下主膨胀琴阀变化的弹簧沃力，使阀的开墓度满足蒸发器莲供液量的需求以，进而蒸发器肠的供液量能实遥时与蒸发负荷付相匹配，即电闷子膨胀阀可通影过控制器人为描设定，有效的粗控制蒸发液位分。选用电子膨气胀停阀董—管—哥液位控制，机射组无论在标准矿工况下、变工赔况、满负荷、逝变负荷运行均岩维持较高稿的唇CO那P园值水平。电子单膨胀兆阀犬—差—龄液位控制一般默应用在吸气过陡热度低于书2呀℃强的制冷装泳置，而电子膨邀胀阻阀惊—岩—蜂吸气过热度一所般应用在吸气摸过热度或5鸡℃殖左右的制冷装竹置，因此前者给比后者更能有款效的利用蒸发晶面积，提高蒸禾发负荷，获取暖更