劉義軍

（廣西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程系，廣西 南寧 530007）

熱力膨脹閥的合理選配安裝與調(diào)試

劉義軍

（廣西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程系，廣西 南寧 530007）

結(jié)合熱力膨脹閥的工作原理，闡述了熱力膨脹閥的合理選擇、正確安裝與調(diào)試，對于保證制冷系統(tǒng)的正常運(yùn)行，提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，降低運(yùn)行成本，節(jié)約能源都具有重要意義。

熱力膨脹閥；合理選配；安裝；調(diào)試

1 熱力膨脹閥工作原理與分析

熱力膨脹閥由感應(yīng)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、調(diào)整機(jī)構(gòu)和閥體組成，結(jié)構(gòu)見圖1。熱力膨脹閥是通過感受蒸發(fā)器出口氣態(tài)制冷劑的過熱度，來控制進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑流量。膨脹閥的頂部為感應(yīng)動力機(jī)構(gòu)，由氣箱、波紋薄膜、毛細(xì)管和感溫包組成。感溫包里充注氟利昂或其他低沸點(diǎn)液體，安裝時一般將感溫度包緊固在蒸發(fā)器出口的回氣管上，其作用是感應(yīng)回氣的溫度變化。毛細(xì)管的作用是將感溫包內(nèi)由溫度變化而產(chǎn)生的壓力變化傳導(dǎo)到閥頂氣箱中的波紋薄膜上方。隨著壓力變化，呈波浪形的波紋薄膜斷面發(fā)生形變，可作上下2～3mm的位移。波紋的位移推動其下方的傳動塊，再經(jīng)過傳動桿的傳遞，作用于閥針座。這樣，當(dāng)波紋薄膜向下移動時，閥針座也向下移動，閥開啟度增大；反之，則閥口開啟度減小。閥針座的下部為調(diào)節(jié)部分，由彈簧、座和調(diào)節(jié)桿組成，其作用是調(diào)整彈簧的彈力以調(diào)整膨脹閥的開啟度。

圖1 熱力膨脹閥的結(jié)構(gòu)

熱力膨脹閥動作，主要取決于3個壓力：

（1）感溫包內(nèi)的壓力Pb。其隨回氣過度的變化而變化，作用于膜片的上方，趨勢是閥口開大。

（2）蒸發(fā)壓力P0。其由工藝要求的蒸發(fā)溫度決定，作用于膜片的下方，趨勢是使閥口關(guān)小。

（3）彈簧力Pt。其系根據(jù)膨脹閥控制回氣過熱度的范圍而調(diào)定，作用于膜片的下方，幫助關(guān)閉閥口。

感應(yīng)機(jī)構(gòu)中充注氟利昂工質(zhì)，感溫包設(shè)置在蒸發(fā)器出口處，其出口處溫度與蒸發(fā)溫度之間存在溫差，通常稱為過熱度。感溫包感受到蒸發(fā)器出口溫度后，使整個感應(yīng)系統(tǒng)處于對應(yīng)的飽和壓力Pb，該壓力將通過膜片傳給頂桿直到閥芯。在壓力腔上部的膜片僅有Pb存在，膜片的下方有調(diào)整彈簧的彈簧力Pt和蒸發(fā)壓力P0，三者處于平衡時有Pb=Pt+Po。

當(dāng)蒸發(fā)器熱負(fù)荷增大時，出口過熱度偏高，Pb增大，Pb>Pt+Po，合力使頂桿、閥芯下移，熱力膨脹閥開啟增大，制冷劑流量按比例增加。反之，熱力膨脹閥開啟變小，制冷劑流量按比例減小。

圖2 熱力膨脹閥動作受力分析

2 熱力膨脹閥的分類

按照平衡方式不同，熱力膨脹閥分為外平衡式和內(nèi)平衡式。

內(nèi)平衡式熱力膨脹閥，閥出口處的蒸發(fā)器壓力，通過閥體內(nèi)部通道或頂桿周圍的間隙傳給膜片，廣泛應(yīng)用于小型蒸發(fā)器。對于大型裝置及蒸發(fā)器內(nèi)阻較大的場合，由于蒸發(fā)器出口處的壓力比進(jìn)口處下降較大，若使用內(nèi)平衡式熱力膨脹閥，將增加閥門的靜裝配過熱度，相應(yīng)減小了閥門的工作過熱度，導(dǎo)致熱力膨脹閥供液不足或根本不能開啟，影響蒸發(fā)器的工作，這時候需要采用外平衡式熱力膨脹閥。

外平衡式熱力膨脹閥的結(jié)構(gòu)，與內(nèi)平衡式基本相同，其不同之處在于作用在波紋膜片下方的不是蒸發(fā)器入口處的制冷劑壓力，而是以由平衡管連通的蒸發(fā)器出口處的制冷劑壓力。這樣就避開了蒸發(fā)器的內(nèi)阻問題，不論內(nèi)阻是大是小，作用于膜片上方和下方的力，可以根據(jù)要求的過熱度進(jìn)行調(diào)節(jié)。在中央空調(diào)系統(tǒng)中，多采用外平衡式。

3 合理選擇熱力膨脹閥

熱力膨脹閥的選配，對整個系統(tǒng)的性能發(fā)揮起著重要的作用，正確地選擇熱力膨脹閥，將使蒸發(fā)器最大限度地得到利用，并使蒸發(fā)器始終和熱負(fù)荷匹配。熱力膨脹閥與系統(tǒng)不匹配時，會使系統(tǒng)的制冷劑流量時多時少，導(dǎo)致熱力膨脹閥的制冷量時大時小。當(dāng)制冷量過小時，會使蒸發(fā)器供液不足，產(chǎn)生過大熱度，對系統(tǒng)性能會造成不利的影響；當(dāng)制冷量過大時，會引起震蕩，間歇性的使蒸發(fā)器供液過量，導(dǎo)致壓縮機(jī)的吸氣壓力出現(xiàn)劇烈波動，甚至有液態(tài)制冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)，引起液擊現(xiàn)象。

選擇熱力膨脹閥，要考慮制冷系統(tǒng)的制冷劑種類，蒸發(fā)溫度范圍和蒸發(fā)器過熱負(fù)荷的大小等因素。一般步驟如下：

3.1 確定運(yùn)行工況的狀態(tài)參數(shù)

根據(jù)制冷劑種類和制冷系統(tǒng)運(yùn)行狀況，通過查壓焓圖，確定運(yùn)行工況的狀態(tài)參數(shù)。

3.2 確定閥的壓力降

在計算的過程中，應(yīng)考慮的壓力降源有：

（1）流過包括冷凝器和蒸發(fā)器在內(nèi)的制冷劑管路時的摩擦損失；

（2）流過電磁閥和過慮干燥器之類液管配件時的阻力損失；

（3）液管垂直提升（下降）所導(dǎo)致的靜壓力降（升）值；

（4）流過制冷劑分配器時的壓力降（若采用分配器）。

閥的凈壓力降的確定，由冷凝壓力與蒸發(fā)壓力的差值，減去其他所有壓力損失得到。可用以下公式表示：

式中，

PK為冷凝壓力，kPa；

ΔP1為液體管路的阻力損失，kPa；

ΔP2為彎頭、閥件等的阻力損失，kPa；

ΔP3為液體管升高的壓力損失，

ΔP4為分液頭及分液毛細(xì)管得阻力損失，通常各為50 kPa；

Po為蒸發(fā)壓力，kPa。

3.3 確定閥的形式

選擇內(nèi)平衡還是外平衡，由蒸發(fā)器中的壓力降而定。對R22系統(tǒng)，當(dāng)壓力降超過相應(yīng)蒸發(fā)溫度1℃，均宜采用外平衡式熱力膨脹閥。

3.4 選擇閥的型號和規(guī)格

根據(jù)Q0和計算的膨脹閥前后的ΔP與蒸發(fā)溫度t0，查樣本，根據(jù)具體要求選擇閥的類型、型號、連接方式。閥的制冷量應(yīng)等于或略大于系統(tǒng)的設(shè)計額定值，對于多個蒸發(fā)器的系統(tǒng)，則應(yīng)根據(jù)每一個蒸發(fā)器的制冷量來選擇每一只閥。為了簡化選配的手續(xù)，也可以按設(shè)計技術(shù)措施進(jìn)行，現(xiàn)配熱力膨脹閥的型號與規(guī)格，必須根據(jù)制冷系統(tǒng)所采用的制冷劑的種類、蒸發(fā)溫度的范圍和蒸發(fā)器的熱負(fù)荷的大小來進(jìn)行，選擇時應(yīng)符合下述要求：

（1）所選擇的熱力膨脹閥的容量，比蒸發(fā)器的實際熱負(fù)荷大20%～30%；

（2）對不設(shè)冷卻水量調(diào)節(jié)閥或冬季冷卻水溫較低的制冷系統(tǒng)，選擇熱力膨脹閥時，閥的容量應(yīng)比蒸發(fā)器負(fù)荷大70%～80%，但最大不超過蒸發(fā)器熱負(fù)荷的2倍；

（3）選擇熱力膨脹閥時，應(yīng)計算出供液管路的壓力降，以得出閥前后的壓差，再根據(jù)制造廠所提供的膨脹閥計算容量表，確定熱力膨脹閥的規(guī)格。

3.5 選型實例

某制冷系統(tǒng)，制冷劑為R22，閥的連接方式為納子、直角，蒸發(fā)器負(fù)荷Q為9 kW，蒸發(fā)溫度T1為-10℃，冷凝溫度T2為+36℃，采用分配器為6路，液管通徑為12.70mm（1/2 in），液管長度為25m，蒸發(fā)器安裝在貯液器的上方為6m處。

（1）第一步確定運(yùn)行工況的狀態(tài)參數(shù)。制冷劑為 R22，蒸發(fā)溫度 T1為 -10℃，冷凝溫度 T2為+36℃，通過查壓焓圖，可得到對應(yīng)的蒸發(fā)壓力、冷凝壓力分別為

（2）第二步確定壓力降。冷凝壓力與蒸發(fā)壓力的差值：

為了確定其實際壓力降，還要考慮液體管路上的壓降設(shè)為0.1×105Pa，過濾器、視鏡、手動閥、管路彎頭等的壓降設(shè)為0.2×105Pa，因為有高度差是6m，通過查表可知，各在直立液體管路的壓降設(shè)為0.7×105Pa，再有液體分配器壓降設(shè)為0.5×105Pa，分布器中壓降也設(shè)為0.5×105Pa。經(jīng)過閥的總壓力降為

表1 不同制冷劑冷壓力降

（3）第三步根據(jù)得到的閥的壓力降和設(shè)計蒸發(fā)溫度，查樣本，選閥件。根椐蒸發(fā)溫度-10℃和總壓降8.3×105Pa，查百福特公司地球牌TIE-HW型樣本與按內(nèi)插法計算得

9.5 +[(8.3-8)/(10-8)]×(10.1-9.5)=9.6 kW

表中制冷量是基于閥前過冷度為4℃，實際上閥的制冷量比表中給定的數(shù)值高約20%，考慮蒸發(fā)器有分路，需用分液器，壓降比較大，故選用外平衡。所以閥應(yīng)選用地球牌TIE-HW型閥芯為004號。

表2 百福特公司地球牌TIE-HW型樣本（摘）

4 正確安裝熱力膨脹閥

“三分品質(zhì)，七分安裝”。正確安裝熱力膨脹閥，非常重要，會直接影響制冷系統(tǒng)的運(yùn)行效果。在安裝的過程中，要注意以下幾個方面：

安裝前檢查其是否完好，特別是感溫機(jī)構(gòu)部分；

安裝位置，必須在靠近蒸發(fā)器的地方，閥體應(yīng)垂直安裝，不能傾斜或顛倒安裝；

如果蒸發(fā)器配有分液器的，分液器應(yīng)直接裝在膨脹閥的出口側(cè)，這樣使用效果較好。

安裝時，應(yīng)注意使感溫機(jī)構(gòu)內(nèi)的液體始終保持在感溫包內(nèi)，因此感溫包應(yīng)比閥體裝得低一些；感溫包盡可能安裝在蒸發(fā)器的出口水平回氣管上，一般應(yīng)遠(yuǎn)離壓縮機(jī)吸氣口1.5m以上；感溫包絕不能置于有積液的管路上；

若蒸發(fā)器出口帶有氣液交換器時，一般將感溫包裝在蒸發(fā)器的出口處，即熱交換器之前；

感溫包通常安置于蒸發(fā)器回氣管上，并緊貼管壁包扎緊密，接觸處應(yīng)將氧化皮清除干凈，露出金屬本色，避免由于接觸不良而降低傳感的靈敏度。包扎固定后可用軟質(zhì)塑料再包扎，使之免受外界氣溫的影響。

感溫包的安裝位置很重要，需要注意以下幾點(diǎn)：

（1）無論在何種情況下，感溫包均不能設(shè)在回氣管中有可能積液或積油的地方，以避免傳感誤差。

（2）感溫包固定在水平管段上較好。如果條件所限，只能垂直安裝，應(yīng)當(dāng)使它的毛細(xì)管一端向上。

（3）多臺蒸發(fā)器長聯(lián)安裝時，管路的布置應(yīng)使得各路的回氣不影響別路的感溫包。

（4）充注液體的感溫包，其安裝位置應(yīng)低于膨脹閥的閥體。倘若條件不允許，應(yīng)將毛細(xì)管向上引起，使感溫包內(nèi)存有液體。

5 適當(dāng)調(diào)整熱力膨脹閥

熱力膨脹閥安裝完畢，需要在制冷調(diào)試的同時予以調(diào)整，使它能在規(guī)定的工況條件下執(zhí)行自動調(diào)節(jié)。適當(dāng)調(diào)試熱力膨脹閥要做到以下方面：

5.1 檢查

在調(diào)整熱力膨脹閥之前，必須確認(rèn)空調(diào)制冷異常是由于熱力膨脹閥偏離最佳工作點(diǎn)引起的，而不是因為氟利昂少、干燥過濾器堵塞、濾網(wǎng)、風(fēng)機(jī)、皮帶等其他原因所引起的。同時，必須保證感溫包采樣信號的正確性，感溫安裝位置必須正確，絕對不可安裝在管道的正下方，以防管子底部積油等因素影響感溫包正確感溫。

5.2 調(diào)整

熱力膨脹閥的調(diào)整工作，必須在制冷裝置正常運(yùn)行狀態(tài)下進(jìn)行。由于蒸發(fā)器表面無法放置測溫計，可以利用壓縮機(jī)的吸氣壓力，作為蒸發(fā)器內(nèi)的飽和壓力，查表得到近似蒸發(fā)溫度。用測溫計測出回氣管的溫度，與蒸發(fā)溫度對比來校核過熱度。調(diào)整中，過熱度太?。ü┮毫刻螅?，調(diào)節(jié)桿按順時針方向轉(zhuǎn)動半圈或一圈（即增大彈簧力，減少閥開度），時制冷劑流量減少；調(diào)節(jié)桿螺紋一次轉(zhuǎn)動的圈數(shù)不宜過多（調(diào)節(jié)桿螺紋轉(zhuǎn)動一圈，過熱度大約改變1～2℃），經(jīng)多次調(diào)整，直至滿足要求為止。

由于實際工作中的熱力膨脹閥感溫系統(tǒng)存在著一定的熱惰性，形成信號傳遞滯后，運(yùn)行基本穩(wěn)定后方可進(jìn)行下一次調(diào)整?？筛鶕?jù)經(jīng)驗調(diào)節(jié)辦法來調(diào)整，轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)桿螺紋改變閥的開度，使蒸發(fā)器回氣管外剛好能結(jié)霜或結(jié)露。對蒸發(fā)溫度低于0℃的制冷裝置，若結(jié)霜后用手摸，有一種將手粘住的陰冷的感覺，此時開度適宜；對蒸發(fā)溫度在0℃以上的，則可以視結(jié)露情況判斷。

5.3 正確步驟

（1）停機(jī)。將數(shù)字溫度表的探頭插入到蒸發(fā)器回氣口處（對應(yīng)感溫包位置）的保溫層內(nèi)。將壓力表與壓縮機(jī)低壓閥的三通相連。

（2）開機(jī)。讓壓縮機(jī)運(yùn)行15min以上，進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，使壓力指示和溫度顯示達(dá)到穩(wěn)定值。

（3）讀出數(shù)字溫度表溫度T1與壓力表測得壓力所對應(yīng)的溫度T2，過熱度為兩讀數(shù)之差T1-T2。注意，必須同時讀出這兩個讀數(shù)。熱力膨脹閥過熱度應(yīng)在5～8℃之間，如果不是，則進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

調(diào)整步驟是：首先拆下熱力膨脹閥的防護(hù)蓋，然后轉(zhuǎn)動調(diào)整螺桿2～4圈，等系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，重新讀數(shù)，計算過熱度，是否在正常范圍，若不是的話，重復(fù)前面的操作，直至符合要求，調(diào)節(jié)過程必須小心仔細(xì)。

圖3 熱力膨脹閥調(diào)整檢測

6 結(jié)束語

在實際工作中，熱力膨脹閥的合理選擇、正確安裝、適當(dāng)調(diào)整、定期維護(hù)，對延長空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行壽命，保證制冷系統(tǒng)的正常運(yùn)行，提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，降低運(yùn)行成本，節(jié)約能源都具有重要的意義。

[1]韓寶琦，李樹林.制冷空調(diào)原理及應(yīng)用（第二版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

[2]吳業(yè)正，韓寶琦.制冷原理與設(shè)備[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，1998.

[3]葉明哲.熱力膨脹閥的合理維護(hù)[DB/OL].http://www.qdtywy.com/bbs/ShowPost.asp?ThreadID=744.

[4]百福特公司.地球牌熱力膨脹閥技術(shù)手冊[K].濟(jì)南：百福特公司，2007.

Discussion on Reasonable Matching Installation and Commissioning of Thermal Expansion Valve

LIU Yi-jun
(Department of Architectural Engineering,Guangxi Technological College of Electrical and Mechanical,Nanning 530007，China)

Selection of thermal expansion valves,installing and debugging,to guarantee the normal operation of the refrigeration system,improving the running of the economy and reduce operation costs,to save energy has important significance.

thermal expansion valves;reasonable selecting;installation;debugging

TB65

B

1672-545X（2011）08-0156-04

2011-05-22

劉義軍（1979－），男，廣西興安人，講師，工程師，碩士，研究方向：制冷空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化與建筑節(jié)能。