一种制冷系统节流阀控制方式的构想与探讨

步刚 王学军

摘 要：本文对制冷系统中节流阀的两种控制方法—压缩机吸气过热度控制和压缩机排气过热度控制进行了详细的对比和分析，提出了一种更精确、更有效的控制方法，它对提高整个制冷系统的COP、降低系统能耗有着重要意义。

关键词：节流阀；吸气过热度；排气过热度；湿压缩

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.23.018

制冷系统作为企业的能耗大户，要节能就必须使系统尽可能在最佳工况下工作，必然要求对系统中各个部件进行优化设计和控制。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，通过优化对节流阀的控制以及与制冷系统的匹配是整个制冷系统降低能耗的重要一环。本文将对节流阀的控制方式做以探讨。

1 节流阀的工作原理及控制方法

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，使常温高压的制冷剂饱和液体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。为了实现节流降压，就必须合理的控制节流阀的开度。节流阀的控制参数如制冷系统低压侧有蒸发压力、蒸发温度、吸气压力、吸气温度；高压侧有冷凝压力、冷凝温度、排气压力、排气温度。经过理论分析和经验总结，传统的一般采用通过压缩机的吸气过热度对节流阀进行控制。但目前又有另外一种观点，通过压缩机的排气过热度对节流阀进行控制。

1.1 通过压缩机吸气过热度控制

吸气过热度是指压缩机的吸气温度与吸气压力所对应的饱和气体温度的差值，它是反映蒸发器换热效率的指标之一，通过对所设定过热度的控制可以得到所需要的制冷工况。它的工作过程是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熱负荷相匹配。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。这是目前应用最普遍，技术比较成熟的传统控制方法。

1.2 通过压缩机排气过热度控制

排气过热度是指压缩机的排气温度与排气压力所对应的饱和气体温度的差值。在满足压缩机不带液和不失油的前提下，通过排气过热度的控制可以使机组始终适应外界环境和负荷使用的变化，保证机组的可靠性和性能最优。目前这种控制方式还有很大的争议，还处于探索讨论阶段。

2 两种控制方式的综合比较分析

制冷系统是一个完整的系统，机组运行时四大件要进行协调。其中蒸发器和冷凝器受外界环境影响，当外界环境条件发生变化时，会造成蒸发器和冷凝器之间产生影响，这种互相影响就是耦合因数，所以对节流阀控制应同时考虑蒸发器和冷凝器受影响的参数。相应的就不能单纯根据压缩机吸气过热度来控制；如果引入排气过热度来控制节流阀，可同时反映外界条件对蒸发器和冷凝器产生的影响。因此吸气过热度对节流阀进行控制有很多优点，但也有缺点和不足。如果将两种控制方法有机的结合起来，控制更精确，控制节流阀更有效。

吸气过热度控制能够直接反映蒸发器的制冷工况，这种方法简单有效。但是最大缺陷只能根据蒸发器冷负荷的变化运行控制，对外界环境的变化反映不灵敏，对整个系统的控制不够，所以它是一种不考虑耦合因素的简单控制方法。

2.1 排气过热度控制优点

（1）吸气过热度的带宽小，如干式蒸发器中约10度，满液式蒸发器中小于2度，经过压缩机的放大作用，排气过热度的带宽大大增加，大大降低了温度传感器检测精度的要求，减少调整量对阀门开度变化的影响，防止出现调节振荡。（2）当吸气管压降比较大时，当风冷热泵的除霜开始和结束时，会出现零或负的吸气过热度，可能会导致液压缩失油。排气过热度可以完全避免这个问题。（3）由于吸气过热度只和蒸发器有关，以及温度检测的不及时性，极易出现节流阀的调节周期和压缩机的加卸载周期的不同相或反相，常造成低压报警、高排温保护或低排温保护。排气过热度控制反映了除节流阀外其余三大件的实际运行情况，可自然的实现和压缩机加卸载方向的同步。（4）高排温是压缩机烧机的潜在隐患之一，低排温保护是可能失油的预兆之一，对这两点吸气过热度控制均无法控制。而排气过热度控制不但可以实现控制效率提高，而且对前述高排温保护或低排温保护进行趋势预测，进而实施预防性控制。

2.2 排气过热度控制缺点

（1）排气过热度控制随压缩机的运行工况和室外环境温度而变化，是个不确定值。需建立多参数目标优选模型，控制实现难度相对较大。（2）润滑油的泄漏，以及回油的情况都会对排气过热度有影响。（3）当在双级或多级压缩系统中，影响最终高压压缩机的排气温度的因素很多，通过排气过热度来控制节流阀使蒸发器稳定在设定工况运行就难以实现。

3 一种新控制方式的构想

综合以上分析，鉴于两种方法各有优势，笔者认为可以将吸气过热度控制作为主控制，而将排气过热度控制作为辅助控制，将二者有机地联合起来对节流阀进行控制。具体为：在实现吸气过热度控制目的的前提下（即合理的调节流量，保持蒸发器传热面积的充分利用，并防止吸气带液损坏压缩机的事故发生），又充分的考虑了外界环境条件变化对冷凝温度的影响，即反映在排气温度的变化，综合考虑和控制影响系统的多个参数。初步构想是根据影响吸气过热度和排气过热度的多个参数进行检测后，再根据模型计算出最优的吸气和排气过热度目标值，进而将二者拟合来控制节流阀，实现多参数输入和单参数输出控制。

4 结语

通过对节流阀两种控制方式的对比分析，揭示了它们的优点与不足。进而提出一种新的控制方式，期望这种控制方式能起到提高整个制冷系统COP， 降低系统能耗的作用，不过还需要进一步的理论分析和实验验证。

参考文献：

[1]连之伟.热质交换原理与设备[M].北京：中国建筑工业出版社，2001.

[2]康乐明，李力能，吴家正等.工程热力学[M].北京：中国建筑工业出版社，1999.

作者简介：步刚（1985-），男，山东滕州人，硕士研究生，工程师，从事动力能源监督管理工作。