制冷阀件容量试验台的研制

2019-05-18赵举朱洪亮许敬能

制冷 2019年4期

赵举，朱洪亮，许敬能

（上海市质量监督检验技术研究院，上海 200072）

热力膨胀阀是一种自动膨胀阀，它利用蒸发器出口制冷剂蒸气的过热度调节阀孔开度以调节供液量和蒸发器出口制冷剂气体过热度变化而动作，广泛应用于制冷机［1］。四通换向阀是热泵型空调制冷装置中用来改变制冷剂流向的阀件，进行制冷和制热的切换［2］。两种阀件是制冷系统不可缺少的重要装置，其容量对制冷系统的性能具有重大影响。

热力膨胀阀和四通换向阀现对应的标准为JB/T 3548及JB/T 7230，国内厂家一般依据上述标准生产，研制相应的测试平台，对产品进行试验研究及检测，对提高产品质量具有重大意义。

1 制冷阀件名义容量试验原理

依据JB/T 3548制冷用热力膨胀阀标准，其名义容量试验方法如下：首先调定静止过热度，然后将热力膨胀阀安装在制冷剂流量试验装置上。调节试验工况，使膨胀阀出口压力为蒸发温度对应的制冷剂饱和压力，慢慢升高过热度达10℃，再逐渐降低过热度，直至制冷剂质量流量为0。记录全过程感温包温度值和制冷剂质量流量值。绘制膨胀阀过热度-质量流量特性曲线，将同一过热度下开启流量和关闭流量的平均值作为该过热度下的制冷剂质量流量值，求得G2点和G1点处质量流量的差就是膨胀阀名义流量值［3］，如图1所示。

图1 过热度-制冷流量曲线图

膨胀阀名义制冷量计算公式：

其中：

式中：

Q——膨胀阀的名义制冷量；

G1——膨胀阀初始点（过热度为静止过热度）的平均质量流量；

G2——膨胀阀名义点（该点的过热度为静止过热度与开启过热度之和）的平均质量流量；

q1、 q1’——膨胀阀初始点的开启、关闭质量流量；

q2、 q2’——膨胀阀名义点的开启、关闭质量流量；

h1——进入膨胀阀制冷剂液体比焓值；

h2——出蒸发器制冷剂饱和气体比焓值。

进行四通换向阀名义容量试验时，依据JB/T 7230 热泵用四通换向阀标准，其名义容量是在名义工况下，流过换向阀吸入通道的制冷剂质量流量和制冷系统在名义工况下膨胀阀入口处液体比焓值与蒸发温度下压缩机吸气过热蒸汽比焓值之差的乘积［4］。

测试方法如下：启动相应试验装置，使之逐步达到规定的名义工况条件。调节制冷系统排气侧气体参数，使通过换向阀的高压进气管（D管）的气体制冷剂压力保持在40±0.5℃冷凝温度所对应的饱和蒸汽压力，调节制冷系统吸气侧气体参数，使通过换向阀低压吸气管（S管）的气体制冷剂压力保持在5±0.5℃蒸发温度所对应的饱和蒸汽压力和15±3℃过热吸气温度。调节通过换向阀吸入通道的制冷剂流量，使气管E与气管S之间的压力降从0.005MPa升至0.035MPa，并每升0.005MPa进行一次流量测定。绘制压力降-流量曲线，取压力降0.015MPa对应的流量值为名义工况点流量mv。

换向阀名义容量计算公式：

式中：

Qrv— —换向阀名义容量；

mv— —名义工况下阀制冷剂流量；

h2——名义工况时在蒸发温度下的制冷剂过热气体比焓；

h1——名义工况时阀进口出的制冷剂液体比焓。

2 制冷阀件名义容量试验系统

本文采用一套装置，通过阀件的切换可分别对热力膨胀阀、四通换向阀进行制冷容量测试，节约了设备成本。试验装置包括热力膨胀阀测试管路和四通换向阀测试管路。

热力膨胀阀测试管路如图2所示，包括被测热力膨胀阀、恒温浴槽、变频压缩机、冷凝器、储液器、干燥过滤器、过冷器、混合器、蒸发器、气液分离器、流量计及若干阀件、温度、压力传感器。进行热力膨胀阀测试时，截止阀VQ4、VQ5、VQ6、VQ7、VQ8、VQ9、VJ3和调节针阀VT3关闭，截止阀VQ1、VQ2、VQ3、VJ1、VJ2、调节针阀VT1、VT2开启。制冷剂的循环过程如图2中的粗线所示，制冷剂由变频压缩机流出后，流经截止阀VJ1、调节针阀VT1所在的管路，流至冷凝器进行冷凝，然后流过储液器、干燥过滤器。从干燥过滤器流出的制冷剂液体流经视液镜、流量计1到过冷器进行过冷，过冷后的制冷剂液体流经固定于截止阀VQ1、VQ2所在管路上的被测热力膨胀阀，再经过截止阀VJ2、调节针阀VT2进入混合器和蒸发器，在蒸发器中吸热蒸发后的气体流经VQ3所在的管路，进入气液分离器，然后返回变频压缩机，完成制冷循环。

图2 热力膨胀阀测试系统图

四通换向阀测试管路如图3所示，包括被测四通换向阀及与热力膨胀阀测试管路共用的变频压缩机、油分离器、冷凝器、储液器、干燥过滤器、混合器、蒸发器、压力传感器、温度传感器、气液分离器。进行四通换向阀测试时，截止阀VQ1、VQ2、VQ3、VJ1、VJ2、调节针阀VT1、VT2关闭，截止阀VQ4、VQ5、VQ6、VQ7、VJ3、VQ9、VJ4、VQ8、调节针阀VT3、VT4开启。制冷剂的循环过程如图3粗线所示，制冷剂由变频压缩机流出后，经截止阀VQ4、VQ5所在的管路，流至冷凝器进行冷凝，然后流过储液器、干燥过滤器。从干燥过滤器流出的制冷剂液体流经截止阀VJ3、调节针阀VT3后进入混合器和蒸发器。在蒸发器中吸热蒸发后的气体流经截止阀VQ8所在的管路，再流经流量计2、视液镜从截止阀VQ7所在的管路流入被测四通换向阀的E口，再从S口流出，经过截止阀VQ6所在管路，流经截止阀VJ3、调节针阀VT3管路，再经截止阀VQ9进入气液分离器，然后返回变频压缩机，完成制冷循环。

图3 四通换向阀测试系统图

此试验台还包括一套流经蒸发器、冷凝器、过冷器相连通的水系统（图中未画出）用于调节试验工况。试验系统中设有多个温度传感器、压力传感器、两个流量计采集试验所需的温度、压力和流量，数据采集后输入到上位机中。两种阀件要求的试验工况通过手动调节，可以通过调节变频压缩机的频率控制，当仅调节变频压缩机不能达到试验工况时，对于热力膨胀阀，通过调节VT3、VJ3进行制冷剂流体的旁通，来将被测热力膨胀阀制冷剂出口压力调节至要求工况。试验中，通过改变恒温槽的设定值，使热力膨胀阀的感温包所测到温度按照标准所规定的工况变化，在过程中记录相关数据。对于四通换向阀，通过调节VJ3、VT3、VJ4、VT4将被测四通换向阀的S口压力调节至工况要求压力。试验中，通过调节进入阀件的吸入通道的制冷剂流量，来测量四通换向阀S、E口之间的压力值，记录相关数据，绘制图表，整理试验中所需要的相关测量结果。