10课题十小型空调器系统的节流元件及其它辅助元件

课题十 小型空调器系统的节流元件及其它辅助元件 节流元件是调节制冷系统中制冷剂循环流动量，是把从冷凝器出来 的高压、高温液体制冷剂减压（调节流量）后供给蒸发器，使制冷剂在 蒸发器内能得到所需要的蒸发温度的调节元件。节流元件的型式有多种 型式，在氟利昂制冷系统中，有热力膨胀阀、热电膨胀阀、定压膨胀阀 以及毛细管等。节流元件的工作好坏会直接影响制冷系统的运行性能， 节流过程是一个热力状态变化过程。 节流元件在节流过程中有三个作用： （1） 将高温高压液体变为低压液体。为制冷剂在蒸发器中沸腾创造条 件。 （2） 自动调节系统制冷剂流量，根据系统负荷变化情况而调节它的蒸 发温度。 （3） 控制蒸发器出口的过热度的变化范围，充分发挥蒸发器的换热效 率。同时，又可防止压缩机产生液击事故。 空调房间的热负荷随时都在变化，要求空调机的冷负荷随着其变化， 当房间内气温高时，则其热负荷增加，需要冷负荷增加；当房间内气温 下降了，则其热负荷减少，又需要冷负荷量相应减小，而冷负荷量的增 大与减小，是取新决于制冷系统蒸发器内的制冷剂流量的调节，这就由 节流元件来调整，特别是热力膨胀阀和热电膨胀阀能充分发挥其特性。 节流基本原理： 当高压流体通过一小孔时，如图 101 所示，一部分静压力转变为动压 力，流速急剧增大，成为湍流流动，流体发生扰动，其摩擦阻力增加， 静压下降，使流体达到降压调节流量的目的。 在节流过程中，由于流速高、工质来不及与外界进行热交换，且其由摩 擦阻力而消耗极微小部分能量（压力）损失，所以，我们把节流过程看 作为等焓节流，则在节流过程中的热量与动量都没有变化，其节流方程 式为： h3+h 图 101 流体通过小孔时的节流现象 图 102 压焓图上的节流过程 在压焓图上的 34 过程为工质的节流过程。见图 102，从压焓上看到 34 的节流过程是条垂直线，说明制冷剂与外界无热量交换，则在节流 过程中，基焓不变。但其内部却发生了状态变化，从 3 点开始进节流元 件、流速逐渐增加，压力逐渐下降，其中一小部分液体就汽化吸热，但 它来不及吸收外界热量，只能吸收未汽化的液体的热量。所以，在这一 过程中，其压力和温度都会下降。当到 4 点时，就成为所需的蒸发压力 p0 和蒸发温度 t0 的气液混合体 湿蒸气，在压焓图中，4 点在湿蒸气区 内。但蒸汽所占比例很小，约占 20%左右，其干度 x 的大小与进液的过 冷度有关，过冷度大，出口的干度小，其单位制冷量 q0 大，反之则 q0 小。 10.1 热力膨胀阀 热力膨胀阀是根据蒸发器出口制冷剂气体的过热度来自动调节供给 蒸发器内制冷剂流量的节流阀。其特点是所提供的液体制冷剂在蒸发器 内能完全蒸发为气体。充分发挥蒸发器的热交换效率。热力膨胀阀的调 节机理是利用感温包内工质所感应到的外界吸管的温度换 为传感信号， 并转换为压力，传送到膨阀体，以控制阀内节流孔的开度，从而调节制 冷系统的制冷剂循环量，正常的过热度是维持在 3-8c 之间 ,以保证蒸发器 出口的制冷剂是过热蒸,防止液体倒流回压缩机. 7.1.1 结构组成 热力膨胀阀以功能来看,可划分为三部分,一是信号感传部分，二是执 行调节部分，三是整定部分。 一、 信号感传部分 见图 103 膨胀阀的结构图的上面部分，它由感温包、毛细管和动 力传递部分等组成一个密封系统，与阀体内部不相通，动力部下面有一 块厚度为 0.10.2mm 的金属薄膜片，它受压力作用后能上下位移（一般 为 1mm 左右） ，它相当于一个转换器，则将温度转换为压力的信号，传 到动力部后，将压力作为一种动力去推动膜片的移动，完成信号接收和 传递工作。感温包内充以工质，将感温包紧扎在蒸发器出口的吸气管上， 使感温包内工质温度受吸气吸气管温度传感而变化，工质的压力也相应 变化。这压力变量通过毛细管而传给动力部分成为一种推动力，膜片接 受推动力后产生位移，从而把温度信息转换成为动力并传给执行调节部 分，完成信号感传的职能。 二、 执行调节部分 见图 103 膨胀阀的中间部分，它由垫块、顶杆、阀针座组成。膜 片的位移量传给垫块，垫块传给顶杆，顶杆又传给阀针座，座上的阀针 就在阀孔内上、下移动。使阀门开大或关小，从而调节制冷剂的流量。 三、 整定部分 见图 103 膨胀阀的下部分，它由弹簧、调节垫块、调节杆组成。 整定部分是制冷系统在调试时，用以调节膨胀阀的整定值，也就是调节 制冷系统所要求达到的蒸发温度。在调试时，需由调节杆来调节弹簧的 预紧压力，使制冷系统能达到运行的最终蒸发温度要求。再进一步说， 它是调整膨胀阀的自动调节范围的机构。 图 103 内平衡热力膨胀阀结构 图 104 外平衡热力膨胀阀结构 自动调节原理 膨胀阀的膜片上有几个作用力控制着膜片的位移量，图 105 示出 了膨胀阀膜片的情况。 （1） 感部分的工质压力 p，它作用在膜片的 内面积上，其压力的大小随着感温包 的温度所对应的压力决定。其作用力 是打开阀的方向。 （2） 蒸发压力 pe，这作用在膜片的外面积 上，其压力与蒸发器内的蒸发压力相 等或接近。其作用力是关闭阀的方向。 （3） 弹簧预紧的等效压力 w，通过顶杆而 传递到膜片的外面积上，其压力大小由调节杆整定。以补偿一定 的过热度的作用力，是关闭阀 图 105 热力膨胀受力图 的方向。 （4） 冷凝压力 pk，作用在阀针上，抵制了一部分弹簧力，因其阀针表 面积甚小，其受力微小。 （5） 膜片位移变形时产生的弹性力 pm。 （6） 顶杆在顶杆孔内在移动时的摩擦力 pw2 其阻力极微小。 （7） 调节座在阀体内移动时摩擦力 pw2，其阻力也极小。 对于小型膨胀阀说，p k、p w0、p w1、p w2 力都较微小，它们由过热度的变量 的增量来克服，在分析受力平衡时，可略去不考虑。 1- 当阀针处在静止状态时，即阀针不移动时，三个作用力处在平衡状态。 则： p=p0+w 阀孔在短时间内出现静止不动状态过程，是因为过热度增量变化时，感 温包与吸气管的热传递有迟延而不能作突变性调节而产生缘故，也就是 当过热度变化量由增量到减量，或由减量到增量时，因感温包的温度传 递不及时而造成的迟延现象。在实践中，我们可以看到吸气压力表指针 有静止不动的过程出现。 2- 当蒸发器的冷负荷增加时，吸气温度就会上升，即其过热度增加，通 过热传递，感温包的温度也上升，导致其相应压力由 p 增大到 p，此 时膜片上的力大于下面受到的力，则： pp 0+w 这样就使膜片下移，膜片推动顶杆，顶杆推动阀针座使阀针向下移动， 将阀门开大，通过阀门的制冷剂流量增加，蒸发压力从 p0 上升到 p0， 弹簧的压缩力也由 w 增加到 w。当阀门开大至使 p0+w与 p相等时， 膜片停止移动，阀针在新的位置上停止移动，则三个力又处平衡，即： p=p 0+w 3-制冷剂流量增加，即制冷系统的制冷量增加，冷负荷大于房间热负荷， 其吸气温度就会下降。就是它的过热度下降，感温包内工质的温度也 因之下降，其对应压力由 p降至 p。此压力传递到膜片上，膜片上 面的作用力小于下面的作用力，则： p648.8Mpa，它就能克服静摩擦力，将阀门 开大，使系统流量增大，P 0和 W 和合力将上升，待升至 680.7Mpa 时，阀 门又停止移动，保持短暂的平衡，然后，吸气管温度开始下落，使 P 下 降，当 P 下降到小于 P0+W 某一定值时，阀门又开始关小。膨胀阀就是如 此示断调节调节阀门开度，以维持系统的供需平衡。受力情况见图 10 7。 从上述情况可以看出，弹簧的预紧力就是膨胀阀的静装配过热度，称静 止过热度。以这内蓄力来配合感温包压力变化，而调节阀门开度，与过 热度大体成比例关系，因此热力膨胀阀从某种意义上说是一种比例式调 节器。 静止过热度是膨胀阀针静止到将可以动作所需要的过热度。它由制 造厂调整或在调试时调整，一般需要 3 左右。 膨胀阀开始移动到最终位置还需要一过热度增量，这就是膨胀阀的梯度 过热度，也称阀开启度变化过热度，一般需要 2 以上。 膨胀阀的总过热度称为工作过热度，一般约为 5其关系为： 工作过热度静止过热度梯度过热度 图 107 热力膨胀阀自动调节示例 静止过热度调整（弹簧预紧力）要适当，若调得过小，阀门开不大，制 冷剂的供应量不够，蒸发器不能充分发挥效率，制冷量下降。若调得太 大，制冷剂供应量过多，蒸发器蒸发不了，湿蒸气进入压缩机而造成液 击而很可能引起操作事故。 内平衡式膨胀阀膜片下面的作用力 P0（蒸发压力）一般是从阀门出 口（节流） ，处检漏测得到数值，很难检测出真正准确的蒸发压力。蒸发 器中产生的压力损失表现为总过热度的增加，使蒸发器的制冷量减少。 这是内平衡式膨胀阀的不足之处，而外平衡式膨胀阀能改善这种状况。 外平衡热力膨胀阀 外平衡热力膨胀阀作用在膜片的下表面的蒸发压力 P0 是通过接管从 蒸发器出口处（扎感温包附近）检测，这样就消除了影响蒸发器内液体 流动的阻力因素。而那些对蒸发器内流体流动阻力大及膨胀阀出口压力 降式分配器的制冷系统，其蒸发器的出口压力降低比较多，如用内平衡 膨胀阀，将增加膨胀阀的装配过热度，减少了梯度（开度）过热度，将 导致膨胀阀供液量不足，降低了蒸发器的热交换效率，使制冷量下降。 一、 外平衡热力膨胀阀的工作情况 为了让读者更好地了解外平衡膨胀阀的工作情况，现举例分析。 1、 蒸发器内的流动阻力较大而用内平衡膨胀阀的工作情况 设系统使用制冷剂为 R-22,t0=5，p 0=583kPa，蒸发器的流动阻力为 p=59kPa（t3） ；弹簧的预紧力 W=59kPa。如图 108 所示，则制冷剂进 入蒸发器 A 点时，其 t0=5，p 0=583kPa；当制冷剂流动到 B 点时，因有流 动阻力，其蒸发压力为 p0=p0p=58359=524kPa ；其饱和温度为 2，当 制冷剂流到 C 点时，若其过热度为 5，则其过热温度为 7，若传给感温包 也为 7 时，感温包内工质的饱和压力 P=602kPa，而膜片下面的压力为： P0+W=583+59=642（kPa） 要开启阀门，必须 P642kPa 才会动作。而现在 P=602kPa 故阀门尚打不 开，若要启动阀门，就需增加蒸发器的出口过热度，这样会降低蒸发器 的换热效率，制冷量下降，同时会引起蒸发温度的大幅度波动，影响制 冷系统的正常工作。若调小弹簧预紧力（降低静装配过热度）来提高阀 门的梯度（调节）过热度，其调节范围很小，还会使阀针跳跃地开、关 阀门，使膨胀阀工作不稳定，也将造成制冷系统工作不正常而影响降温。 图 108 内平衡膨胀阀工作情况 从上例分析情况可以看出，当蒸发器的流动阻力比较大时，使用平衡膨 胀阀是不适宜的。 2、 蒸发器的流动阻力比较大，而采用外平衡膨胀阀的工作情况 设参数与上例相同，则即制冷剂为 R22，t 0=5， p0=583kPa；p=59kPa，W=59kPa。参见图 109，在 A 点， p0=583kPa；B 点的 p0=p0p 0=58359=524kPa，其饱和温度为 2；C 点的 过热温度 t0=5+2=7，感温包内工质为 7 时，其饱和压力 P=602kPa，而膜 片下面的 p0 压力是从蒸发器出器出口处输入，则 p0=524kPa，膜片下面的 压力为： p0 +w=524+59=583kPa， 而 P=602kPaP0=583kPa，它能打开阀门。 外平衡膨胀阀在过热度为 56 时，就能保证阀门启动。所以，在蒸发器 流动阻力大的制冷系统，采用外平衡膨胀阀才能使系统正常工作，确保 应有的制冷量。 图 109 外平衡膨胀阀工作情况 据有关资料介绍，蒸发器的流动压力降超过表 101 数值，就应采用外 平衡式膨胀阀。 表 101 蒸发管内流动阻力界限值 二液体过冷与膨胀阀容量的关系 制冷剂在制冷系统中流动，不但会在蒸发器内产生压力降，而且会 在输液管中流动也要产生压力降。当液体制冷剂从储液器流到膨胀阀进 口的过程中，也有压力损失，如果不给与适当过冷，液体就会产生“闪 气”现象，造成制冷量损失。为防止“闪气” ，要使液体过冷。 715 感温包工质的充注 膨胀阀的感温包充注的工质种类与形式比较多，一般有充注 R12、R 22、R13 、co 2 等，其充注形式有液体充注、液体交叉充注、 气体充注，吸附充以及混合充注等。各种充注有其特点及一定的使用条 件。 一、 液体充注式 对感温包注与制冷系统相同的液态工质，目前较多为 R12、R 22，注入量原则是膨胀阀在任何工况工作中，感温包内均存 在一定的液态工质，以使温包内始终保持饱和蒸气的压力。为达到这一 要求，感温包容积应大于动力部分和毛细管内容积之和。 液充式的优点是阀体及毛细管所在的环境温度可以低于或高于感温 包的温度，对膨胀阀的调节没有任何影响。由于感温包内始终有液体存 在，在初启动时，感温包温度高对应的压力也高，阀门开度大，流量大， 而降温迅速。 液充式适用于高蒸发温度的设备，如空调器，冷水机组、厨房冰箱 等。它不适用于低蒸发温度的低温设备，如30 以下低温柜及速冻库等。 若用于这类设备上时，其过热度较大，将使蒸发器的制冷效率下降、降 温慢，不能控制压缩机的起动负荷，使电动机起动后的运转初如阶段有 超负荷动运的弊病。 二、液体交叉充注式 感温包充注与制冷系统中不相同的制冷工质，注入量要求与液充式 相同。它适用于低温设备液交充注式。一般分二种交叉充注方法：一种 适用于蒸发温度为20 左右的设备，其过热度曲线比较平坦，在 t0=020 范围中，过热度几乎不变，运行比较平衡；另一种适用于蒸发 温度在20 以下的制冷设备，当蒸发温度高时（初运行时） ，膨胀阀在大 的过热度下工作，随温度的下降至设置的蒸发温度，过热度也逐渐减到 正常值。液体交叉充注式的特点是高温时降温快速，吸气压力降低迅速， 使低温设备迅速进入低温区域，适应低温箱的降温要求，并可防止压缩 机液击事故。 四、 气体充注式 感温包内充注与制冷系统相同的工质液体，其充入量是当膨胀阀感 温包超过最高工作温度（即最高蒸发温度加最大工作过热度）时，温包 工质全部汽化为过热蒸气。因此，高于这温度时，温包内的压力几乎不 再升高，阀门也开不大了，使阀门的开度有一定的限制，把这压力称为 最大操作压力。图 1011 的 A 点代表感温包的最高工作温度。当感温包 的温度低于 B 点时，感温包内是饱和状态，它存有一部分液态工质，当 感温包内的温度高于 B 点时，虽然温度上升很快，但其压力增中微小。 它是用于高蒸发温度的热泵型空调机，它可限制因压缩机起动或溶霜时 感温包传感温度过高，使蒸发器内供液过大，引起压缩机超过负荷或引 起液击事故。 当膜片盒及毛细管的温度比感温包温度低时，则充入的气体全部凝 结，并聚积在这里，使感温包失去控制作用。这时，膨胀阀或仅起一点 节流作用（阀门开度很小）或已开闭。要注意防止感温包的失控的出现。 图 1010 液体和液体交叉充注 图 1011 R22 气体的充注 四、 气体交叉充注式 气交式是气体充入与液体交叉的组合，充入的工质量是限定的，故 也存在着一个最大操作压力，而充入的工质与制冷系统的工质不同，所 以能得到与液体交叉充入相同的过热特性。也就是，它同时具有液交叉 充入的过热特性和气体充入的最大操作压力特性。它的适用性较广，可 以用于高温设备也可以用于低温设备。 五、 混合充注式 感温包内充入可凝结的工质与不凝结的气体。它具有一个在较宽的 蒸发温度范围内过热度不变的特性。它的特性及充注方法与气体交叉式 充注类似，但其特性比气体交叉式优越。它有如下两个特点： （1） 由于不凝结气体产生分压力，在系统的低蒸发温度下，感温包还 能保持一定的所要求的压力，以维持一定的过热度、保持阀门所 必须的开度。 （2） 防止感温包内在低蒸发温度下而产生过热蒸汽，产生膨胀阀误操 作。这种充注的膨胀阀的传感很灵敏，是一种比较好的充注形式。 六、 吸附式充注 感温包内装入适量的固体吸附材料活性炭，分了筛、硅胶，活 性铝等，因这些材料的微孔具有吸附气体的性能，再注入能被大量吸收 的二氧化碳气体，当感温包温度发生变化时，这些物质的吸附能力随温 度变化，则由于吸附量的变化，造成温包内气体压力的变化，以调节阀 上。吸附充入式膨胀阀的动作，仅受吸附材料温度变化的控制，不受温 包外的温度影响。吸附式充注的特点是：一个较大蒸发温度范围内有较 小的过热度，温度高时，放出一部分气体，温度低时吸收一部分气体； 启动负荷小，当压缩机启动后至吸气压力下降至适当的数值后，膨胀阀 才开始供液，这是由于吸附材料反应时间有滞后现象，使压缩机安全运 行；膨胀阀对低温设备在接近名义蒸发温度时的过热度较高，要影响降 温效率。 7-2 热电膨胀阀 近几年来，空调装置的主要部件压缩机、热交换器、风机、电 器控制等有了很多的改进，使空调装置的运行效率不断提高，在节约能 源省电方面也有了很大收效；同样重要的制冷循环部件节流装 置也在不断改进与提高。而一直使用的毛细管及热力膨胀阀，对使用的 负荷范围范围变化大和压缩机性能的改变，维持最佳的制冷循环，以谋 求高效率这一点，一直不能适应。为此，为获得比以往控制范围更宽广， 调节反应快的高精度的节流装置，近年来研制出了使用电子控制的膨胀 阀。 热电膨胀阀有多种型式，下面扼要介绍电热控制双金属片驱动的膨 胀阀和柱塞式电子膨胀阀两种。 7-2-1 电热控制双金属片驱动膨胀阀 一、 结构与工作原理 热电膨胀阀是由阀体和温度传感器以及电热调节器组成的节流阀。 它以电加热量的大小来调节双金属片的变形量，以推动阀针移动，控制 阀门的开度。 图 1012 示出了热电膨胀阀的结构。其下部分是阀体。其上部分是动力 源室，它由双金属征与电加热器组成。电源由调节器（微电脑）供给， 调节信号从传感器反馈给调节器。传感器是电热的转换器，即将温度的 变化转换为电参数的变化，如电阻或电势变化等。通常用热敏电阻作为 传感器。当传感器受到温度降低时，加热器的加热量增大，使金属片向 阀门关小方向移动，从而关小阀门；反之，则开大阀门。阀门受传感器 温度瞬间变化而频繁地调节阀门的开度大小，使膨胀阀及时地随制冷系 统负荷量的变化而调节流量。双金属片分驱动用与补偿用两种，它们用 传热小的材料作连接板连接在一起。驱动双金属片为主动片，加热器紧 贴在驱动双金属片上，对其进行加热，加热量大小受传感器控制；补偿 双金属片是被动片。当驱动双金属片受热后，双金属片就形向上弯，补 偿双金属片就向下压推动阀芯向下移动，把阀门关小，反之就开大。 二、主要优点 与热力膨胀阀相比较，电热控制双金属片驱动膨胀阀有以下几点优点： （） 传感件反应灵敏，延滞时间极短，调节效率可提高 10%。 （） 调节范围大，无论是高温系统或低温系统，都可用同一型号规 格的此种膨胀阀，且其过热度可以自由选择，而热力膨胀阀的 过热度是固定的。 （） 传感件安装方便，不需用均压管，安装制约少。 （） 周围温度要求几乎没有限制。 7-2-2 柱塞式电子膨胀阀 柱塞式电子膨胀阀以电磁力为驱动源、传感器感受信号并传递给微 电脑、微电脑发出指令以调节驱动力，从而控制阀门的开度。 图 1012 热电膨胀阀结构 图 1013 电子膨胀阀结构 图 1013 所示为柱塞式电子膨胀阀的结构图。管子 1 为进液管，它来自 冷凝器的高压液体。管子 2 为流出的低压气液混合体的通道。低压气液 混合体是经过阀门节流后，通过管子 2 流向蒸发器的。阀芯与电磁线圈 中的柱塞相连接，以往复运动来调节阀口的开度。电磁阀接通电源后， 其电磁力与通电电流成正比，作为柱塞驱动力的电磁力在克服了弹簧的 压缩力后将柱塞移至新的位置而处于新的平衡，从而控制节流口的开口 面积。如电磁线圈通电停止，则电磁力消失，弹簧压迫柱塞移动而关闭 阀门。这样便可由电磁阀的电磁力来控制膨胀阀的开与关，从全开到全 闭时间为 20ms。 柱塞式电子膨胀阀有两个传感器，一个贴在蒸发器进口管道上，一 个贴在蒸发管的出口管道上。这两个传感器都将温度信息转换为电信号 送到微电脑进行处理，然后发出适当的控制信号给电子膨胀阀，以调节 阀门开度。 柱塞式电子膨胀阀具有与热电膨胀阀同样的优点，其反应更敏捷， 从全开到全闭的时间更短，过热度控制可通过微电脑的自由选择。这种 膨胀阀目前正在开发阶段，还未普遍使用，且其价格也很高。 7-3 膨胀阀的选择和安装 7-3-1 膨胀阀的能力 按部颁标准规定，膨胀阀的标准工况为：t k=40；t r=+38（液体温度） ； t0=5，静止过热度为 3.5，过热度变化为 4。通常，膨胀阀的额定能力只占 它的满负荷能力（即阀门全并时）的一定百分比，以提供一定的储备量。 因为每一台空调设备在开始运行时或房间内热负荷突增时，膨胀阀可以 超过它的额定能力短期运行，将热负荷迅速排除，膨胀阀的额定能力到 底为满负荷能力的百分之几，则是由厂家在设计制造时所决定的，而且 不同用途的膨胀阀有不同的能力储备量。 7-3-2 膨胀阀选择 膨胀阀的额定能力一般都有富余量，在选阀时不应把阀的富余功率 考虑进去。如果阀是经精心挑选和正确使用的话，在大多数情况下，不 需使用潜在能力（富余能力） ，但潜在能力对任何一种设计良好的阀来说 都是重要和必须的。潜在能力使阀能在过热情况下处于轻负荷，以适应 临时性的负荷增高。一段时间内的蒸发压力降低、液流管内适量的溢出 的气体、制冷剂不足及常规估计系统能力轻微误差等各种情况。 阀的额定能力应等于或稍微超过系统的额定能力。 在多路蒸发器系统上，选择每一个阀应根据各自的蒸发负荷。 要考虑进入阀的制冷剂的液体温度。膨胀阀的额定容量时的液体温度一 般定为 38，若不是 38 就应查表修正，修正系数列于表 102。 表 102 液体温度修正系数 要根据蒸发管的流动阻力大小而决定采用内平衡阀或处平衡阀，流 动阻力较大者应选用外平衡膨胀阀，对使用分液器的蒸发器也应采用外 平衡膨胀阀。 还要根据已定的连接形式喇叭口连接或法兰连接来选择阀型号。 当部分制冷剂在输液管内蒸发时，这就是输液管“闪气” 。这是造成 严重降低膨胀阀能力的原因，是由过量压降引起的，应尽量避免，液体 过冷可避免液体管内蒸发。可根据总压力降，参考表 103 进行过冷度 弥补。 表 103 压力降值与需要的过冷度 7-3-3 膨胀阀安装 一、 膨胀阀安装注意事项 （） 膨胀阀应安装在冷凝器（或储液器）与蒸发器之间的管道上，阀 体以垂直放置为好，不宜倾斜安装，更不要颠倒安放。 （） 为达到最佳性能，应将分液器直接装到膨胀阀出口上。分液器可 以与热力膨胀阀分离开，分开时在热力膨胀阀和分液器中间没有 阻塞现象。一般来说。当膨胀阀和分液器间隔不超过 600mm 时， 分液器的作用不会消弱，超过这个距离，应对分液器的使用作专 门考虑。 当分液器和膨胀阀间隔开时，建议将分液器垂直安装朝上或下馈给， 在分液器和膨胀阀之间宜用弯管接头，在必须将旁管安装在热力膨胀阀 周围时，分液器可以与阀分开，并在它们之间用旁管连接。 在选用与分液器一起使用的膨胀阀时，必须使用外平衡式膨胀阀，以便 在分液器和蒸发器压力下降时起均衡作用。 （） 使用两个或两个以上分液器时，每小分液器必须由它单独使用的 热力膨胀阀供给，如果一个膨胀阀供给两个分液器，当液体和蒸 汽离开阀门时会造成分液不均。 （） 感温包应安装在蒸发器出口的一段水平的吸气管道上，并应远离 压缩机吸气口 1.5m 以上。 （） 感温包应合理包扎（参看图 1014） 。若包扎不当，会使信号传 递失真，膨胀阀产生误动作，供液产生波动。感温包不应扎在积 液部位，以免信号传递失真。感温包应用隔热材料包裹，一般用 软性泡沫塑料。 （） 外平衡管应接在感温包安装部位后面 100mm 处，如图 1015 所 示，以避免制冷剂在蒸发管内的流动阻力对膨胀阀产生误动作。 （） 吸气管上的外平衡管应由水平上面引起，不可在吸气管集液弯头 下游接平衡管，以免冷冻油带入膨胀阀内。 二、钎焊焊接及极漏试验 1、 焊接管子和分液器 连接分液管和分液头体时，建议采用银针焊（含银量 45%） 。为达到 最佳焊接效果，要求整个分液加热均匀。对大尺寸的分液头体要适当进 行预加热。应该使分液器缓慢冷却，无论焊接过程中还是焊接完毕，都 不得使热的分液头体淬冷，否则会使它破裂。 连接分液管时，应将分液器喷管从分液器内移去。这样，可以检验测定 焊接后管子或分液器内是否有任何阻塞现象。 图 1014 感温包安装位置 2、 焊接管子和蒸发器 管子应伸入盘管足够长度，以防止过量焊接塞住管子和盘管。全面检漏 试验结果，应无一根据管路阻塞， 并对每一焊接点进行检漏，应没 有任何渗漏现象。 图 1015 外平衡安装位置 3、 焊接热力膨胀阀和分液器 应采用银钎焊，要保证熔焊；应远离阀体和分液管接头处。 4、 蒸发器和分液器检漏试验 管子与蒸发器、分液器等焊接好以后，应该进行检漏试验。最简便的方 法是水箱压力空气检漏法。大多数装配件都采用这种将试验部件置 于水中并给部件内部充入加压气体进行检漏试验的方法。 （） 未装上膨胀阀的检漏：在分液器进口装上一只控制阀，以控制充 气量，然后浸在水中检漏。 （） 装上膨胀阀的检漏：要防止过量压力而损坏膜片，试漏压力应不 超过制造厂的限制压力。 7-4 膨胀阀的调试 热力膨胀阀要在某工况范围内执行自动调节，需要在制冷系统调试 时对它予以调整。当膨胀阀进入正常运行后，它就能正确地自动调节。 热力膨胀阀的调整，是通过调节杆来调整弹簧的压缩力（参见图 104） ， 也就是调节膨胀阀的静装配过热度。调节杆向里旋进是压弹簧；调节杆 向外旋出是放松弹簧。顺时针旋转调节杆是往里旋进，逆时针旋转调整 杆是往外旋出。 在制冷系统的运行调试时，可以从蒸发压力值的高低来判断膨胀阀 调整方向和范围。蒸发压力高于设定值，即膨胀阀的流量偏大时，应适 当调小（顺时针方向旋调节杆） ；蒸发压力低于设定值，即膨胀阀的流量 偏低时，应适当调大（逆时针方向旋转调节杆） 。 调整膨胀阀时，可在压缩机吸气管道上装一只低压力表以观察吸气 压力（相当于蒸发压力）变化情况。 判断蒸发压力的高或低，可以从二方面来确定：一是与设定值相比 较，前面已经叙述；二是观察吸气管的结露情况。若压缩机结露，则膨 胀阀的流量大于系统所需要的流量，其蒸发压力是高的，应调小阀门； 若吸气管末端不结露，则膨胀阀流量小于系统设定值，其蒸发压力是低 的，应调大阀门；只有吸气管结露、而压缩机上不结露，才是膨胀阀流 量与系统需要量相匹配状态。流量的过大或过小都会降低制冷系统的制 冷效率，我们应避免和纠正这种不正常的运行情况。 调整膨胀阀的整定范围，一般可分两步进行；开始运行时为粗调， 每调一次可旋转调节杆一圈（360）左右；当制冷系统的工作温度接近 给定值而又达不到给定值时，应进行细调，则每调一次可旋转调节杆 1/21/4 圈（18090） 。由于感温包的传递延迟，每调一次后，应使 系统运行数分钟以至十几分钟（具体时间应以制冷系统的大容量大小而 定） ，并观察吸气压力的变化情况来确定下一次的调整方向。总之，膨胀 阀的调整是一项比较细致的工作，需要耐心的观察与分析，才能做好膨 胀阀的调试工作。 7-5 分配器 空调器所使用的蒸发器，在用热力膨胀阀为节流器场合，大多是把 制冷剂分成多路进入蒸发器。然而向盘管中分配制冷剂是一个很复杂的 问题，不象水、盐水和蒸汽的分配那样简单。要把由膨胀阀流出来的液 体和气体均匀地分配地各条通路，用简单地进行集管分配是达不同均匀 分配要求的，必须用特制的分配器。 分配器的型式很多，有离心式、节流式、文丘里式。由于节流式分 配比较均匀，比较容易加工，目前大多空调系统都使用这种型式的分配 器。本节只扼要介绍这种结构的分配器。 7-5-1 节流式分配器结构 节流式分配器是由一个分配本体和一个可装折的节流喷嘴环组成， 见图 1016 所示。节流环的出口有一 圆锥体，各条流路的液体沿圆锥分开流 出，圆锥的底部，有许多均匀分布的孔用于连接蒸发器。制冷剂由入口 经节流喷嘴环而进入分配体，再经圆锥体分别进入各分路孔，而后进入 蒸发器各分路蒸发管中。节流喷嘴环孔的尺寸，按分配头的容量不同而 确定，所以，应按容量需要来选择或更换节流喷嘴环。 7-5-2 分配器的作用 当高压制冷剂液体经膨胀阀节流后，流出膨胀阀的是气液混合体湿 蒸气。虽然液体的质量占约 80%以上，但蒸气却占有较大的面积，液体 和蒸气以不同 的速度流动，并且分成不同的层次。由 图 1016 节流式分配器结构 于重力作用，液体在管子底部流动，而 蒸气在上部流动。若用一般的分液管时，就会出现气液分配不均匀，使 一部分分液管收入的液体多蒸气少，而另一部分分液管收入的液体少蒸 气多，造成一部分蒸发管内液体过多而汽化不了，另一部分蒸发管内液 体却过少而不够汽经，使整个蒸发器面积不能充分发挥，从而减少了有 效的蒸发面积，达不到应有的制冷量。当使用了分配器以后，就可避免 上述情况发生。分配器可以起到如下两个作用： （） 充分混合液体和蒸气。 （） 把均匀气液混合体等量地输送给蒸发器的每一根支管，使每 一条 蒸发管路得到质量相等的制冷剂，保证蒸发器达到应有的制冷量。 7-5-3 湿蒸气进入分配器通过节流喷咀孔时，将产生较大的压力降而使其 流速增加，从而出现湍流，加剧了制冷剂的扰动，使气液制冷剂充分混 合。流出节流孔后，就碰到一个锥钵，锥体的园周就均布许多流出孔通 路，保证了液体等量地流向各分路管。 一、 节流式分配器压力降的意义 制冷剂流过节流喷嘴孔时，由于孔径小，流体经过时就产生节流作 用，分配器内的损失的一部分压力而转换为制冷剂的速度，流速上升， 从而保证其是湍流流动。这样便增加了制冷剂的扰动力，使制冷剂剧烈 扰动。这就是分配器能使气液充分混合的关键因素。因此，分配器的压 力降是有利于分配器均匀地向各分路管分配制冷剂的因素之一。 二、分配器不会降低系统的制冷能力 在任何制冷系统内，不管有无分配器，制冷剂液体必须从高压降为 低压。在没有分配器的系统内，压力降只是通过膨胀阀来达到。当使用 分配器后，一部分压力降产生在分配器内，其余的压力降通过膨胀阀获 得。无论是哪种情况，整个压力降和制冷效果是相同的，所以，只要知 道膨胀阀的容量规格，就能满足系统相应要求，不需考虑分配器产生压 力降的影响。 三、空调器膨胀阀使用中压力减小的意义 空调器一般使用具有空气和调节充气能力的元件的热力膨胀阀。因 为元件中充气量是限制的，其目的是要限制阀门的最大开度，因此，为 了正确控制系统，传感动力室的温度要高于感温包的温度。这点是很重 要的。制冷剂通过分配器后的压力降低，就保证了这个条件。因为在阀 的出口处压力和温度以及阀体的温度都大大高于吸入气体的温度，这样 便保证了蒸发器的出口过热度受感温包的控制。 五、 要正确选用分配器 分配器是一种用于提高制冷效率的装置。如果选用不当会影响整个 系统的运行效果。 （） 热力膨胀阀工作时，分液差会造成过量的阀振荡或不规则振荡。 （） 分液差或不相等的蒸发负荷都会减小蒸发器的能力。 （） 分液差会促使制冷剂液溢回压缩机 因此，要注意到分配器的选择和影响分配器性能的许多因素。 7-5-3 通用型节流喷嘴特点 通用型节流喷嘴可保证必须要的压力降梯度，以保证制冷剂扰动而 充分混合，达到良好的分配效果。通用型节流喷嘴能提供理想喷射性能， 以适应蒸发器使用中负载范围、蒸发温度和不同制冷剂的变化情况。当 使用 R12、R22、R 502 等制冷剂时，在最大负载情况下，分液器 喷嘴可被加载超过额定值的 100%，最小负载时不得小于 50%。即其负载 范围可达额定值的 50%200%。 7-5-5 分配器的特点 （） 占有空间小，小分体头容易钎焊或焊接。 （） 可更换喷嘴，可选择任何一种制冷剂或能量。 （） 可安装在各种装置上。 （） 可选用各种装置的膨胀阀。 （） 可用于任何方法制造的蒸发器。 （） 可与盘管一起用水箱加压空气检漏法检漏。 7-5-6 使用注意事项 （） 用相等长度的管子连接分液器。 （） 分液器输送给所有出口处的制冷剂相等，所以，每条蒸发管路上 的负荷应基本相等。 （） 分液器的方位 在克服了重力影响情况下，分液器提供给蒸发器的湿蒸气，允许有较宽 的纵距，允许取任何方位，即垂直、水平、上馈或下馈。因为负荷变化 度宽，在这种情况下，不能准确地选择喷嘴节流孔孔径，为达到最佳性 能，建议安装分液器时取垂直方位。 7-6 毛细管 毛细管是根经细长的紫铜管，其内径在 0.62.5mm 之间，长度 为 0.55m 左右，制冷行业中称它为毛细管。 毛细管在制冷系统中作为一种节流元件使用，它接在冷凝器（或储液器） 输液管与蒸发器进口之间，起降压节流作用。毛细管能起节流作用，是 靠其内孔小而管长的特点，当高压氟利昂液体进入毛细管后，其流速突 然剧增，流动阻力也急速增加，而使压力逐渐下降。当到达毛细管出口 时，其压力就已接近蒸发压力，这些湿蒸气（液体占极大部分（进入蒸 发器就开始吸热膨胀而汽化（沸腾） 。 毛细管一般用在冰箱、房间空调器以及柜式空调器中，在冷凝器与蒸发 器之间，要求保持一定的压力差，而且制冷剂在注入量一定，故不需特 别对制冷剂的流量进行调节，在这种情况下，一般可用毛细管代替膨胀 阀，既经济又简单。 毛细管的另一特点是在小型制冷设备中，压缩机停机时，高低压区 段的压力通过毛细管很快就平衡，压缩机在无压差下启动时，转矩小， 电动机瞬间就能达到额定转速，制冷系统很快就能在设定的条件下运行， 快速发挥制冷效果。 在制冷系统中的毛细管的孔径与长度是固定，只能保持一定的高低 压力差，基调节范围很狭，不象热力膨胀阀那样有宽广的调节范围。而 冰箱、小型空调机的运行工况比较固定，不需要宽广的调节范围，用毛 细管作节流元件是较理想的选择。 7-6-1 毛细管的流动原理 作为制冷剂节流元件的毛细管是内径为 0.62.5mm 范围管子，虽然 很小，但还不是物理意义上的“毛细管” 。因为即使是这类管子中最小的， 内径也比物质分子的平均自由行程要大百倍，所以这些管子的流动规律 应当符合连接流体特性，即应当服从正常的流体力学的流动理论。 毛细管内制冷剂流动过程是部分或全部地气液二相流动。这二者的区别 是按进口前制冷剂的状态而定。当进口前是过冷液体时，即毛细管的上 游是液体流动，而下游是气液二相流动。当进口前制冷剂为饱和液体或 有少量液体气化时，即毛细管的整个流动过程是气液二相流动。无论上 述哪种情况流动，对毛细管内部流动过程起决定作用的是气液二相流动。 所以，我们以讨论二相流动为重点。 一、 毛细管进口前为饱和液体的流动情况 制冷剂在毛细管进口前为饱和液体或有少量液体汽化时的流动，其 整个过程是气液二相流动。这种流动过程的阻力损失大、流量减少，将 会降低制冷系统的制冷量及经济性，且其流动也不稳定。一般不采用这 种流动方式。实际上，每种制冷系统运行时，制冷剂在冷凝器末端（出 口）都会是过冷液体，而其过冷度大小不一，视冷凝器的冷凝效果而定。 所以，这是一种不现实的流动。 二、毛细管进口前为过冷液的流动情况 制冷剂在毛细管进口前为过冷液体的流动过程，对讨论制冷剂在毛 细管内的流动情况有很在意义，下面较详细地进行分析。 进入毛细管的制冷剂过冷液体是由单相（液体）流动及气液二相流动两 部分组成，实际上在过冷液体流动与气液二相流动之间还存在一段亚稳 态流动（即制冷剂已达到饱和状态而不产生汽化） ，但它出现的时间很短， 在毛细管内流动的全过程中所占的比重不大，且不会影响后段的气液二 相流动的特性。在分析时可不考虑这一过程。 液体段内的流动过程中液体的比容不变，其流速在液体段内也基本 无变化，故是一个等焓过程，也可近似地看作等温过程。由于高速流动 的摩擦阻力及静、动压的转换、其压力在流动中不断下降，制冷剂的进 口截面压力与液体段端截面压力就形成一压力差 P。液体段流动时制冷剂 不会汽化的原因就是，制冷剂处在过冷状态，其温度低于压力对应的饱 和温度，虽然其压力在逐渐下降而液体也不会汽化；当压力降到与其温 度相对应时，即其过冷温度已成为与压力相对应的饱和温度（实际温度 没有变化）时，制冷剂再成为饱和液体，这一点就是液体制冷剂的流动 终端，这段就是单相液体流动过程。这时，制冷剂再继续流动而压力继 续降低，其压力就低于制冷剂饱和温度对应的压力，制冷剂成为非饱和 液体，一小部分液体就会吸热汽化，就进入气液二相流动段，这一点是 气液二相流动进口段。 在气液二相区流动过程中，一小部分制冷剂液体随着压力的下降而 汽化，因而其混合体的比容逐渐增大，其流速也随之增大流动阻力也逐 渐增加，促使制冷剂的流速愈来愈高，以至高到相当于地音速。所以， 对毛细管管内制冷剂的流动过程特性主要在于气液二相流动，且其又是 绝热流动。 对于等截面管内气液二相绝热流动，在管径、管长及制冷剂在进口 前的状态均已给定的情况下，管内流动情况及制冷剂流量是随管道出口 之背压力 pb 而变化。当 pb 比较高时，管道出口处压力 p2 始终与 pb 相等， 制冷剂的流量是随着背压力的降低而增大，但当 pb 降低到某一数值以下 时，大管道出口处将出现临界状态。此时，管道出口处的制冷剂的参数 保持不变（p 2pb） ，流速等于当地音速，而制冷剂的流量达到最大值，不 再随背压力的降低而变化。此后制冷剂将在蒸发器中继续膨胀到背压力 pb。气液混合物二相绝热流动的这种现象与理想气体在等截面管中的单相 绝热流动相似。 毛细管的管径小，气液不易分离，流速较大，气液间容易产生扰动， 易趋于热力学平衡，制冷剂的流动基本上是均匀的雾状流动。它基本符 合等截面管内的气液二相绝热流动的分析假定，则： （） 工质的气液二相在管道的任一截面上均处于热力学平衡状态。 （） 工质为均匀混合物，汽液二相同速流动，彼此间无滑移现象。 这是毛细管内二相流动的特性。 三、管内流动的极限临界状态问题 当毛细管内压力不断限低时，工质的比容不断扩大，以至当压力趋 于零时比容趋于无穷大。这显然是不可能的。因此，管道出口处达到某 一极限压力时，就不再继续下降。由此可知，当背压力很低时，在管道 出口截面上必然存在一种临界状态，此时，出口截面上的压力要高于背 压力（蒸发压力 p0） ，不管背压力怎样降低，毛细管的流量将维持不变， 当工质流出管口后，将在蒸发器中继续膨胀。临界状态下的压力为临界 压力，其流速、温度分别为临界流速和临界温度。这已经试验加以验证。 四、二相流动中的阻塞流现象 理论和实验都证明在有气体流动的情况下：当这一极限质量流量率 发生时，管子出口处就达到音速，而此后管内的膨胀将不受背压继续降 低的影响而保持不变，这就是它的临界状态，就是一种阻塞流现象。气 液混合物从毛细管出口流出时的临界速度可达 2050m/s，它不仅与进口 处氟利昂的压力及状态有关，还与管子的相对长度有关。 试验表明，当保持冷温度和液体 过冷度不变时，蒸发温度的改变几乎 对毛细管输液能力没有影响。例如， 当 t0 从+5 变到 25 时，毛细管输液能 力的最大差值在+1.5%，处于试验精 度范围内。 过冷度对毛细管输液能力有明显 影响，它随着过冷度的增加成线性增 长，过冷度每增加 5，毛细管的输液 能力 G 大约增大 5.5kg/h。 在试验条件内，t k 每增加 10，G 值约增 4.2kg/h，也就是增加 914% 左右。 毛细管的孔径对输液能力影响很大。试验表明，孔径每相差 0.1mm，它 的输液能力大约改变 25-40%。因此，毛 图 - 细管的输液能力可用空气来模拟试验 确定。 七、 制冷剂在毛细管内流动过程的实验 图 1017 示出了 R22 流过内径为 1.4mm 拉制铜管的试验状况。 我们来分析它的流动情况。 毛细管进口制冷剂的压力为 1.68Mpa，即图中 a1 点，它的饱和温度应是 42，但现在制冷剂的实际温度为 40，即图中的 a2 点，它是过冷液体， 过冷度为 2。这样能保证进口制冷剂为单相液体。 （） 当制冷剂液流到 b 点时，因有流动摩擦阻力，使制冷剂压力下降 到 1.56Mpa，它的饱和温度应是 40，此时，制冷剂液的温度和 压力点重合，已成为饱和液体。 （） 制冷剂液从 b 点继续流动，按是两个参数应重合一起则压力逐 步下降且其中小部分液体要吸热汽化，使气液混合体温度下降为饱和状 态，但从图上看到的从 b 点重合以后，其温度和压力 图 1017 毛细管流动状态 还不对应，而是分开使温度保持到 c 点 （40）以后，才开始下降，而压力则在继续下降，也就是说，温降滞 后于压力的下降，则温度高于饱和温度。到 d 点，两个参数才重合，成 为饱和湿蒸气，而 b 点到 d 点的流动过程称为亚稳态流动，也称它为过 热液体。 （） 从 d 点开始为二相流动，即因压力的下降，部分液体汽化、其比 容增大，流速开始猛增，到 e 点毛细管出口，其流速达到音速， 就是临界状态。这时即使其背压力比毛细管出口压力低，其流速 也不会增加，即其流量保持恒定。图 1017 所示的是制冷剂在毛 细管内流动特性的典型描绘。 7-6-2 毛细管的选用原则与方法 毛细管作为节流元件应根据其特点选用。因此，建议使用在大致恒 不定期不变的蒸发温度下运转的具有稳定热工况的制冷系统装置中，则 电冰箱和小型空调器中，而且主机是全封闭型压缩机。 一、 选择毛细管应确定系统工况 选择毛细管时必须要确定（或已知）制冷系统的运转工况，可以用 计算机方法求得毛细管的尺寸，压力（出口临界压力） 、流量、或按其流 动特性来定设计时的主要参数。作为小型空调器，其运行时的名义环境 工况是按国家专业标准确定，即室内干球温度为 27、湿球温度为 19.5，室外干球温度为 35、湿球温度为 24时，调节到毛细管的最 大制冷能力为准。 二、实际流量与理值的偏差 选择毛细管所涉及因素较多，要定量分析这些因素的正确参数有一 定困难，无论用理论计算方法或用查图方法选择毛细管的主要参数，其 偏差至少在 30%左右，偏差因素大致有以下几点。 （） 过冷度的变化对毛细管的流量有很大影响。流量随着过冷度的增 加成线性上升，对于 R22 来说，每增加 1过冷度，其制冷量 会增加 3.5%，但一台空调器空调器的过冷度很难估计正确，只有 通过试验测量，才能缩小偏差。 （） 毛细管的孔径尺寸，缺乏高精度的测量手段，加工偏差还比较大、 内孔偏差为+0.02mm，而当孔径偏差 0.01mm 时，它的流量就要 改变 2.54%。 （） 制冷剂内溶解有冷冻油，它与制冷剂一起进入毛细管，每种压缩 机都有不同的排油量，冷冻油的介入，减少了制冷剂的流量，流 量的大小又与冷冻油的溶解量有关，且冷冻油的动力粘度系数比 同温