4.3.3.2 热力膨胀阀（2）在线视频

前面 我们已经说到

作用于内平衡式热力膨胀阀的金属膜片

下部的是 蒸发器入口的压力

以此作为蒸发压力

将导致 表观过热度小于真实过热度

我们是否有办法 使金属膜片下部的蒸发压力

改为蒸发器出口的压力呢

如果可行 就解决了这个问题

我们自然会想到的是

用一根管道将蒸发器的出口压力 引到膜片的下部

并与膨胀阀出口的压力隔开

不就解决了这个问题了吗

确实如此 这就是外平衡式热力膨胀阀

外平衡式热力膨胀阀的构造

与内平衡式热力膨胀阀基本相同

只是金属膜片下部空间 与膨胀阀出口不相通

而通过一根小管径平衡管 与蒸发器出口相连

这样 膜片下部承受的就是

蒸发器出口制冷剂的压力

采用此处压力 代表蒸发压力

就可以 消除蒸发器内制冷剂流动阻力

对过热度带来的影响

这样 外平衡式热力膨胀阀

能有效地测量出蒸发器出口的真实过热度

与内平衡式热力膨胀阀相同

除其感温包放置在蒸发器出口外

外平衡式热力膨胀阀的结构 还有如下两个特点

第一个特点 用O型密封圈等措施

将膨胀阀出口压力与蒸发器出口压力隔断

第二个特点 用连通膜片下部空腔与

蒸发器出口之间的平衡管

采集蒸发器出口的压力 以此作为蒸发压力

我们以这幅图为例

介绍外平衡式热力膨胀阀的工作原理

和上一个例子相同

进入蒸发器的两相制冷剂

的蒸发温度为5℃

相应的饱和压力等于2.7 bar

在蒸发器内 因为有制冷剂的流动（阻力）损失

制冷剂的压力损失 为0.6 bar

则 蒸发器出口2点和3点的

制冷剂的蒸发压力pe＝2.7bar-0.6bar=2.1 bar

所对应的饱和温度 为0℃

而感温包检测到的蒸发器出口

3点的实际温度 为5℃

说明 蒸发器的真实过热度为5℃

外平衡式热力膨胀阀 通过压力平衡管

将蒸发器出口的压力信号 传递至膜片的下部

此压力 就是蒸发器出口3点的压力 为2.1 bar

我们再来看看 膜片上部的压力

此时 作用在膜片上部的压力pb

是蒸发器出口温度5℃对应的饱和压力 2.7 bar

由于pb＝pe＋ps 故膜片处于平衡位置

说明 热力膨胀阀的表观过热度也为5℃

这样 膨胀阀控制的过热度 就是蒸发器的真实过热度

从而 大幅度提高了过热度的控制精度

我们再来看看 热力膨胀阀感温介质的充注问题

大家知道 感温包中充注了一定量的感温介质

以感受蒸发器出口的温度

根据制冷系统所使用制冷剂的

品种和蒸发温度不同

热力膨胀阀感温系统中

可采用不同物质和方式进行充注

主要包括 液体充注 气体充注和混合充注三种方式

对于混合充注而言 又可分为交叉充液式

混合充注式和吸附充注式等类型

首先 我们来看看液体充注方式 简称“充液式”

我们 前面讲解的热力膨胀阀

都是充液式膨胀阀进行（说明）的

其工作原理 我们不再赘述

对于以蒸发温度为te 过热度为△t

即 过热温度为tb 选型的热力膨胀阀

其弹簧力ps 在其工作范围内几乎不变

我们在感温介质饱和压力曲线基础上

绘制出感温包内的平衡压力曲线pb

或者 ps+pe 就是这条虚线

可以看出 当蒸发压力变化时

其过热度 也将发生变化

蒸发温度越低 其过热度越大

例如 当蒸发温度下降到te’时

相应的感温包的温度 下降到tb’

此时 蒸发器出口的过热度为△t’

这个△t’ 就是tb’- te’

我们可以看出 明显大于设计选型时的过热度△t

导致制冷系统在蒸发温度降低时

蒸发器的面积 不能得到有效利用

制冷量和能效比都将下降

这在北方地区用空气源热泵的研制中

一定要注意这个问题

以制冷工况选型的热力膨胀阀

在低温下 就不能很好地发挥

热泵系统室外换热器的性能

那么 如何能够使工况变化时

总保持蒸发器的出口过热度一致呢

其中一种方式 就是在感温包内

填充不同的物质

这就是 我们马上要介绍的混合充注

或者叫 交叉充注方式

我们 欲实现在不同蒸发温度时的过热度都相等

自然希望 能够改变感温包内的压力特性曲线

使之具有 图中红虚线这种特性

可以看出 具有这种特性的感温介质的热力膨胀阀

在不同蒸发温度情况下

均可以保持蒸发器出口

制冷剂的过热度△t几乎不变

以充分利用蒸发器的面积

采用这种充注方式的目的在于

使弹性金属膜片两侧的压力

按两条不同的曲线变化

以改善热力膨胀阀的调节特性

扩大热力膨胀阀的适用工况范围

混合充注方式的感温包内

除了充注与制冷系统不同的制冷剂以外

还可以充注 一定压力的不可凝气体

有一些特殊情况下 还可以采用吸附充注方式

即 在感温包内装填吸附剂（如活性炭）

或 充注具有吸附性质的气体（如CO2）

以提高制冷系统的运行性能

第三 我们来看看 气体充注方式

也称“充气式”

这种膨胀阀感温系统中充注的也是

与制冷系统相同的制冷剂

其充注量 应取决于热力膨胀阀

工作时的最高蒸发温度tM

在该温度以上

感温系统中所有的充注的液态制冷剂

应全部气化为气体

以这一幅图为例 图中tM代表工作最高蒸发温度

当蒸发温度低于tM时

热力膨胀阀的特性与液体充注方式完全相同

当蒸发温度高于tM时

感温介质全部变为气体

尽管过热度增加很大

但感温包内的压力却按

气态方程的规律发生变化 增加很少

因此 制冷系统常常设置最高蒸发温度

图中表示的是tM 这样蒸发器出口气态制冷剂

即使具有很大的过热度

膨胀阀孔口面积 基本不能开大

这样就可以 控制对蒸发器的供液量

以免系统蒸发温度过高时

质量流量显著增大

导致制冷压缩机电机过载 损毁压缩机

在这里 我给大家留一个思考题

请应用热力膨胀阀的工作原理

提出一种具有某种特定功能的控制阀

例如 我们能否设计一种自力式控制阀件

控制压缩机的排气温度 不超过110℃

并指出 这种阀件应该安装在制冷系统的哪个部位

关于感温介质的充注问题 我们就讨论到这里了

最后 我们来讨论热力膨胀阀的应用问题

首先 我们看看内平衡式

与外平衡式热力膨胀阀的适用范围问题

从前面的学习中 我们可以发现

两类热力膨胀阀 均有其适宜的应用场合

第一 当蒸发器的沿程阻力较小时

制冷剂流动阻力小

采用内平衡式热力膨胀阀 更加经济 合理

对于管程很长的蒸发器

或者 在蒸发器前端设置有分液头

的并联多管程蒸发器

如果 继续采用内平衡式热力膨胀阀

必将导致实际过热度增大

此时 应当使用外平衡式热力膨胀阀

也就是说 当蒸发器进出口之间的压力降很大的时候

应采用外平衡式热力膨胀阀

第二 热力膨胀阀的安装位置

前面 我们已经介绍了

热力膨胀阀的阀体和感温包的大致安装位置

由于它是自力式节流装置 为了保证其性能

故有一些特殊要求 在这里给与说明

第一 阀体 应垂直放置 不宜倾斜

更不可颠倒安装

第二是平衡管

平衡管 必须设置在感温包之后的吸气管顶部

以防被润滑油堵塞

从而 不能正确传递蒸发器出口的压力信号

第三 感温包

由于 热力膨胀阀依靠感温包

感受到的温度进行工作

且温度传感系统的灵敏度比较低

传递信号的时间滞后 比较大

容易造成膨胀阀频繁启停 供液量波动

因此 感温包的安装非常重要

感温包应设置在

蒸发器出口与压缩机吸气口之间

并尽可能安装在蒸发器出口的水平管段上

下面 我们把这个水平管段 叫做吸气管

以反映蒸发器的过热度 但还必须注意以下问题

为了减小时间滞后

提高热力膨胀阀的工作稳定性

感温包 应紧贴吸气管的管壁 包扎紧密 需要保温

且不能受其它热源的影响

这写其他的热源 包括空气 风扇电机 液体管等

第二 不得将感温包置于有积液 积油的位置

为了防止 因水平管积液 膨胀阀操作错误

蒸发器出口处吸气管需要抬高时

抬高处 应设置存液弯

否则 只得将感温包安装在立管上

当无法将感温包设置在水平管段上

而不得不选择垂直管段时

则必须注意 感温包的安装方向

应使毛细管 从上方插入感温包中

而不能颠倒使用

感温包 在吸气管道上的安装位置

与吸气管的尺寸大小有关

如果 将感温包安装在

有液态制冷剂或润滑油流动的地方

水平管上下侧的温差 可能较大

因此 感温包安装

要根据不同尺寸的吸气管 进行调整

这四幅图 是根据长年的经验

总结出来的一个 推荐性的安装位置示意图

比较形象 便于记忆

吸气管的管径 为φ10~φ16时

感温包安装在钟表盘的1点的位置

吸气管为φ20左右时

则安装在钟表盘的2点的位置

吸气管的管径为φ30左右时

安装在钟表盘的3点的位置

当吸气管的管径 大于或等于φ40时

就安装在钟表盘的4点的位置

总之 管径越粗 感温包的安装位置越靠下

第三 热力膨胀阀的调节特性

与其他阀门类似 热力膨胀阀也有对应的调节特性

对于热力膨胀阀的调节特性

我们主要是关注以下几个参数

第一 开启过热度SS

即 工作状态下最低的过热度 也叫“静装配过热度”

一般设置为3℃

它可以通过热力膨胀阀的调整螺丝来调节

通过调整螺丝 调节弹簧的松紧程度

改变弹簧的预紧力ps

第二 有效过热度ES

是指膨胀阀可以调节的过热度范围

是最小过热度到额定过热度之间的范围

一般为2~4℃

第三 工作过热度OPS

是最小过热度到额定开度之间的调节范围

它是开启过热度SS与有效过热度ES之和

一般为5~7℃

第四个参数是 关闭过热度CS

是使膨胀阀全部关闭时的过热度

它不一定等于开启过热度 一般为2~8℃

热力膨胀阀的容量 一般有20%左右的余量

在其有效过热度范围之内 具有良好的线性调节特征

我们再来看看 热力膨胀阀与蒸发器的匹配特性

膨胀阀与蒸发器联合运行 应该相互匹配

蒸发器的制冷量 与过热度之间存在一条临界线

叫做MSS线 如图中的红色的点画线

现有文献对它的称谓 并不完全一致

有些文献 叫做“最小稳定信号线(Minimum Stable Signal)”

也有些文献把它称为“最小稳定过热度(Minimum Stable Superheat)”

但其本质 都是一样的

它是指 对于特定的蒸发器而言

每一个制冷量 对应一个最小过热度

当过热度大于最小过热度时

系统处于稳定运行状态

当蒸发器的过热度小于最小稳定过热度时

系统将出现回液 震荡等现象

故 属于不稳定状态

将不同负荷所对应的最小过热度 连成一条线

就是这一条MSS线 其右边的区域 为系统稳定运行区

而左侧的区域 就是不稳定区

在对蒸发器进行热力膨胀阀选型 或者调节时

应该调节膨胀阀的开启过热度SS

使其性能曲线与MSS线相切

当开启过热度SS过大的时候

系统一定处于稳定区

但很多场合 蒸发器的过热度就过大

导致制冷性能变差

而开启过热度过小呢

在高负荷时 系统又进入了不稳定区

在这个图中

MSS线与热力膨胀阀曲线 有一个切点A

此时 对应了最为合适的开启过热度

这样的选型

使得热力膨胀阀与蒸发器

联合工作时 能够稳定运行

且 蒸发器能够尽可能地得到利用

关于热力膨胀阀的内容 我们就讲到这里 谢谢大家