热力膨胀阀的合理选配安装与调试

刘义军

（广西机电职业技术学院建筑工程系，广西 南宁 530007）

热力膨胀阀的合理选配安装与调试

刘义军

（广西机电职业技术学院建筑工程系，广西 南宁 530007）

结合热力膨胀阀的工作原理，阐述了热力膨胀阀的合理选择、正确安装与调试，对于保证制冷系统的正常运行，提高运行的经济性，降低运行成本，节约能源都具有重要意义。

热力膨胀阀；合理选配；安装；调试

1 热力膨胀阀工作原理与分析

热力膨胀阀由感应机构、执行机构、调整机构和阀体组成，结构见图1。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。膨胀阀的顶部为感应动力机构，由气箱、波纹薄膜、毛细管和感温包组成。感温包里充注氟利昂或其他低沸点液体，安装时一般将感温度包紧固在蒸发器出口的回气管上，其作用是感应回气的温度变化。毛细管的作用是将感温包内由温度变化而产生的压力变化传导到阀顶气箱中的波纹薄膜上方。随着压力变化，呈波浪形的波纹薄膜断面发生形变，可作上下2～3mm的位移。波纹的位移推动其下方的传动块，再经过传动杆的传递，作用于阀针座。这样，当波纹薄膜向下移动时，阀针座也向下移动，阀开启度增大；反之，则阀口开启度减小。阀针座的下部为调节部分，由弹簧、座和调节杆组成，其作用是调整弹簧的弹力以调整膨胀阀的开启度。

图1 热力膨胀阀的结构

热力膨胀阀动作，主要取决于3个压力：

（1）感温包内的压力Pb。其随回气过度的变化而变化，作用于膜片的上方，趋势是阀口开大。

（2）蒸发压力P0。其由工艺要求的蒸发温度决定，作用于膜片的下方，趋势是使阀口关小。

（3）弹簧力Pt。其系根据膨胀阀控制回气过热度的范围而调定，作用于膜片的下方，帮助关闭阀口。

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，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。

图2 热力膨胀阀动作受力分析

2 热力膨胀阀的分类

按照平衡方式不同，热力膨胀阀分为外平衡式和内平衡式。

内平衡式热力膨胀阀，阀出口处的蒸发器压力，通过阀体内部通道或顶杆周围的间隙传给膜片，广泛应用于小型蒸发器。对于大型装置及蒸发器内阻较大的场合，由于蒸发器出口处的压力比进口处下降较大，若使用内平衡式热力膨胀阀，将增加阀门的静装配过热度，相应减小了阀门的工作过热度，导致热力膨胀阀供液不足或根本不能开启，影响蒸发器的工作，这时候需要采用外平衡式热力膨胀阀。

外平衡式热力膨胀阀的结构，与内平衡式基本相同，其不同之处在于作用在波纹膜片下方的不是蒸发器入口处的制冷剂压力，而是以由平衡管连通的蒸发器出口处的制冷剂压力。这样就避开了蒸发器的内阻问题，不论内阻是大是小，作用于膜片上方和下方的力，可以根据要求的过热度进行调节。在中央空调系统中，多采用外平衡式。

3 合理选择热力膨胀阀

热力膨胀阀的选配，对整个系统的性能发挥起着重要的作用，正确地选择热力膨胀阀，将使蒸发器最大限度地得到利用，并使蒸发器始终和热负荷匹配。热力膨胀阀与系统不匹配时，会使系统的制冷剂流量时多时少，导致热力膨胀阀的制冷量时大时小。当制冷量过小时，会使蒸发器供液不足，产生过大热度，对系统性能会造成不利的影响；当制冷量过大时，会引起震荡，间歇性的使蒸发器供液过量，导致压缩机的吸气压力出现剧烈波动，甚至有液态制冷剂进入压缩机，引起液击现象。

选择热力膨胀阀，要考虑制冷系统的制冷剂种类，蒸发温度范围和蒸发器过热负荷的大小等因素。一般步骤如下：

3.1 确定运行工况的状态参数

根据制冷剂种类和制冷系统运行状况，通过查压焓图，确定运行工况的状态参数。

3.2 确定阀的压力降

在计算的过程中，应考虑的压力降源有：

（1）流过包括冷凝器和蒸发器在内的制冷剂管路时的摩擦损失；

（2）流过电磁阀和过虑干燥器之类液管配件时的阻力损失；

（3）液管垂直提升（下降）所导致的静压力降（升）值；

（4）流过制冷剂分配器时的压力降（若采用分配器）。

阀的净压力降的确定，由冷凝压力与蒸发压力的差值，减去其他所有压力损失得到。可用以下公式表示：

式中，

PK为冷凝压力，kPa；

ΔP1为液体管路的阻力损失，kPa；

ΔP2为弯头、阀件等的阻力损失，kPa；

ΔP3为液体管升高的压力损失，

ΔP4为分液头及分液毛细管得阻力损失，通常各为50 kPa；

Po为蒸发压力，kPa。

3.3 确定阀的形式

选择内平衡还是外平衡，由蒸发器中的压力降而定。对R22系统，当压力降超过相应蒸发温度1℃，均宜采用外平衡式热力膨胀阀。

3.4 选择阀的型号和规格

根据Q0和计算的膨胀阀前后的ΔP与蒸发温度t0，查样本，根据具体要求选择阀的类型、型号、连接方式。阀的制冷量应等于或略大于系统的设计额定值，对于多个蒸发器的系统，则应根据每一个蒸发器的制冷量来选择每一只阀。为了简化选配的手续，也可以按设计技术措施进行，现配热力膨胀阀的型号与规格，必须根据制冷系统所采用的制冷剂的种类、蒸发温度的范围和蒸发器的热负荷的大小来进行，选择时应符合下述要求：

（1）所选择的热力膨胀阀的容量，比蒸发器的实际热负荷大20%～30%；

（2）对不设冷却水量调节阀或冬季冷却水温较低的制冷系统，选择热力膨胀阀时，阀的容量应比蒸发器负荷大70%～80%，但最大不超过蒸发器热负荷的2倍；

（3）选择热力膨胀阀时，应计算出供液管路的压力降，以得出阀前后的压差，再根据制造厂所提供的膨胀阀计算容量表，确定热力膨胀阀的规格。

3.5 选型实例

某制冷系统，制冷剂为R22，阀的连接方式为纳子、直角，蒸发器负荷Q为9 kW，蒸发温度T1为-10℃，冷凝温度T2为+36℃，采用分配器为6路，液管通径为12.70mm（1/2 in），液管长度为25m，蒸发器安装在贮液器的上方为6m处。

（1）第一步确定运行工况的状态参数。制冷剂为 R22，蒸发温度 T1为 -10℃，冷凝温度 T2为+36℃，通过查压焓图，可得到对应的蒸发压力、冷凝压力分别为

（2）第二步确定压力降。冷凝压力与蒸发压力的差值：

为了确定其实际压力降，还要考虑液体管路上的压降设为0.1×105Pa，过滤器、视镜、手动阀、管路弯头等的压降设为0.2×105Pa，因为有高度差是6m，通过查表可知，各在直立液体管路的压降设为0.7×105Pa，再有液体分配器压降设为0.5×105Pa，分布器中压降也设为0.5×105Pa。经过阀的总压力降为

表1 不同制冷剂冷压力降

（3）第三步根据得到的阀的压力降和设计蒸发温度，查样本，选阀件。根椐蒸发温度-10℃和总压降8.3×105Pa，查百福特公司地球牌TIE-HW型样本与按内插法计算得

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

表中制冷量是基于阀前过冷度为4℃，实际上阀的制冷量比表中给定的数值高约20%，考虑蒸发器有分路，需用分液器，压降比较大，故选用外平衡。所以阀应选用地球牌TIE-HW型阀芯为004号。

表2 百福特公司地球牌TIE-HW型样本（摘）

4 正确安装热力膨胀阀

“三分品质，七分安装”。正确安装热力膨胀阀，非常重要，会直接影响制冷系统的运行效果。在安装的过程中，要注意以下几个方面：

安装前检查其是否完好，特别是感温机构部分；

安装位置，必须在靠近蒸发器的地方，阀体应垂直安装，不能倾斜或颠倒安装；

如果蒸发器配有分液器的，分液器应直接装在膨胀阀的出口侧，这样使用效果较好。

安装时，应注意使感温机构内的液体始终保持在感温包内，因此感温包应比阀体装得低一些；感温包尽可能安装在蒸发器的出口水平回气管上，一般应远离压缩机吸气口1.5m以上；感温包绝不能置于有积液的管路上；

若蒸发器出口带有气液交换器时，一般将感温包装在蒸发器的出口处，即热交换器之前；

感温包通常安置于蒸发器回气管上，并紧贴管壁包扎紧密，接触处应将氧化皮清除干净，露出金属本色，避免由于接触不良而降低传感的灵敏度。包扎固定后可用软质塑料再包扎，使之免受外界气温的影响。

感温包的安装位置很重要，需要注意以下几点：

（1）无论在何种情况下，感温包均不能设在回气管中有可能积液或积油的地方，以避免传感误差。

（2）感温包固定在水平管段上较好。如果条件所限，只能垂直安装，应当使它的毛细管一端向上。

（3）多台蒸发器长联安装时，管路的布置应使得各路的回气不影响别路的感温包。

（4）充注液体的感温包，其安装位置应低于膨胀阀的阀体。倘若条件不允许，应将毛细管向上引起，使感温包内存有液体。

5 适当调整热力膨胀阀

热力膨胀阀安装完毕，需要在制冷调试的同时予以调整，使它能在规定的工况条件下执行自动调节。适当调试热力膨胀阀要做到以下方面：

5.1 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，感温安装位置必须正确，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。

5.2 调整

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，过热度太小（供液量太大），调节杆按顺时针方向转动半圈或一圈（即增大弹簧力，减少阀开度），时制冷剂流量减少；调节杆螺纹一次转动的圈数不宜过多（调节杆螺纹转动一圈，过热度大约改变1～2℃），经多次调整，直至满足要求为止。

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。可根据经验调节办法来调整，转动调节杆螺纹改变阀的开度，使蒸发器回气管外刚好能结霜或结露。对蒸发温度低于0℃的制冷装置，若结霜后用手摸，有一种将手粘住的阴冷的感觉，此时开度适宜；对蒸发温度在0℃以上的，则可以视结露情况判断。

5.3 正确步骤

（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15min以上，进入稳定运行状态，使压力指示和温度显示达到稳定值。

（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。

调整步骤是：首先拆下热力膨胀阀的防护盖，然后转动调整螺杆2～4圈，等系统运行稳定，重新读数，计算过热度，是否在正常范围，若不是的话，重复前面的操作，直至符合要求，调节过程必须小心仔细。

图3 热力膨胀阀调整检测

6 结束语

在实际工作中，热力膨胀阀的合理选择、正确安装、适当调整、定期维护，对延长空调系统的运行寿命，保证制冷系统的正常运行，提高运行的经济性，降低运行成本，节约能源都具有重要的意义。

[1]韩宝琦，李树林.制冷空调原理及应用（第二版）[M].北京：机械工业出版社，2002.

[2]吴业正，韩宝琦.制冷原理与设备[M].西安：西安交通大学出版社，1998.

[3]叶明哲.热力膨胀阀的合理维护[DB/OL].http://www.qdtywy.com/bbs/ShowPost.asp?ThreadID=744.

[4]百福特公司.地球牌热力膨胀阀技术手册[K].济南：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

刘义军（1979－），男，广西兴安人，讲师，工程师，硕士，研究方向：制冷空调系统优化与建筑节能。