空调膨胀阀工作原理

1 10 膨胀阀工作原理及正确维护膨胀阀工作原理及正确维护 内容提要 内容提要 膨胀阀工作状况的好坏 直接决定专业空调运行状况的好坏 本文介绍了膨胀 阀的工作原理 并对膨胀阀的运行进行了具体分析 从增大制冷量 节约能源的角度 提 出要对膨胀阀进行定期检查和调整 膨膨胀胀阀阀的的合合理理维维护护 叶明哲 摘摘 要要 膨胀阀工作状况的好坏 直接决定专业空调运行状况的好坏 本文介绍了膨胀阀 的工作原理 并对膨胀阀的运行进行了具体分析 从增大制冷量 节约能源的角 度 提出要对膨胀阀进行定期检查和调整 关关键键词词 膨胀阀MSS 线匹配过热度 1 1 概概述述 热力膨胀阀是组成制冷装置的重要部件 是制冷系统中四个基本设备之一 它实现冷凝压力至蒸发压力的节流 同时控制制冷剂的流量 它的体积虽小 但作用巨大 它的工作好坏 直接决定整个系统的工作质量 但是在实际中 膨 胀阀的运行情况往往被忽视 使膨胀阀成为空调运行与维护中的一个死角 而定期 检查和调整膨胀阀 对空调的运行寿命 节约能源 降低运行成本 却有着重要的 意义 2 2 膨膨胀胀阀阀的的工工作作过过程程分分析析 2 2 1 1 膨膨胀胀阀阀工工作作原原理理 热力膨胀阀是控制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 按照平衡方式不同 膨胀阀分为外平衡式和内平衡式 在专用空调空调中 由于蒸发器有分路并采用莲蓬头分液器 压降比较大 造成蒸发器进出口温度各不 相同 在这种情况下 使用内平衡式膨胀阀会因蒸发器出口温度过低而造成热力膨 2 10 胀阀过度关闭 以至膨胀阀丧失对蒸发器的供液调节功能 所以专用空调均采用外 平衡式膨胀阀 目前所使用的风冷式专用空调 如HIROSS STULZ ISOVEL A IREDELE 和法亚均采用这种结构 采用外平衡式可以避免膨胀阀过度关闭的情况 保证有压降的蒸发器也得到正常的供液 膨胀阀的结构如图一所示 热力膨胀阀由 感应机构 执行机构 调整机构和阀体组成 感应机构中充注氟利昂工质 感温包 设置在蒸发器出口处 由于过热度的影响 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 如图一 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 Pb Pt Po时 表示蒸发器 热负荷偏大 出口过热度偏高 通过膜片到顶杆传递这一压力信号 使阀芯下移 膨胀阀开启变大 制冷剂流量按比例增加 反之 膨胀阀开启变小 制冷剂流量按 比例减小 2 2 2 2 膨膨胀胀阀阀的的最最佳佳 匹匹配配 专业空调的膨胀在出厂后 已经与蒸发器进行最佳 匹配 匹配 就是 要求膨胀阀和蒸发器一起工作能够稳定运行的同时 产生最大的能量 每台蒸发器 均存在一条最小的稳定信号线 MSS 线 如图二 从图可知 在蒸发器的MSS 3 10 线上 不同的制冷剂均对应一临界过热度 当蒸发器工作在MSS 线左侧 则制 冷系统将不稳定 若工作在MSS 线右侧 系统工作稳定但过热度太大而蒸发器的 利用率不高 斜线为热力膨胀阀的静态线 理论上 工作点A 应该是最佳匹配 点 此时蒸发器过热度处于临界状态 制冷量最大且处于临界稳定状态 确确定定正正确确的的过过热热度度 要保证膨胀 阀工作在最佳匹配点 就必须保证膨胀阀合适的过热度 专用空调的膨胀阀合适的 过热度是 5 8 它由静装配过热度与有效过热度组成 图四显示了专用空调膨胀 阀的典型静态性能曲线 它的静态特性指出了其容量和蒸发器出口气态制冷剂过热 度的关系 使阀门开始开启所需要的过热度称为开启过热度 A 点 又叫静装 配过热度 一般的静装配过热度约为3 从热力膨胀阀开始开启至额定开度所 需要的过热度增量 即线段AB 称为膨胀阀的有效过热度或可变过热度 其数 4 10 值的大小与弹簧的刚度及阀芯的行程有关 一般有效过热度约为2 5 通常 把热力膨胀阀的静装配过热度与有效过热度之和称为工作过热度 即平时所说的过 热度 因此 我们只有保证过热度在A B 两点之间 膨胀阀才能达到最大冷量 又不会引 起湿冲程 专业空调过热度都要求在 8 之间 如果发现过热度 不在该范围内 就要进行调整 3 定定期期检检查查调调整整膨膨胀胀阀阀的的原原因因 专业空调 刚投入运行 膨胀阀是不用调整 但是在空调连续使用几年后 由于阀针的磨损 系统有杂质 阀孔部分有堵塞及弹簧弹力减弱等原因 影响了膨胀阀的开启度 使 得膨胀阀偏离了它的工作点 表现为膨胀阀开启度偏小或过大 膨胀阀开启度太小 的话 就会造成供液不足 见图四曲线 3 使得没有足够的氟利昂在蒸发器内蒸 发 制冷剂在蒸发管内流动的途中就已经蒸发完了 在这以后的一段蒸发器管中没 有液体制冷剂可供蒸发 只有蒸汽被过热 因此 相当的一部分管路在传热上未能 充分发挥其效能 造成制冷量不足 降低了空调的制冷效果 专业空调的压缩机大 多采用蒸发器回来的蒸汽来冷却压缩机 如果膨胀阀开启不够 就造成蒸汽过热度 过大 冷却作用减小 压缩机的排气温度增高 润滑油质量降低 压缩机长时间高 温 会严重影响压缩机的工作寿命 和睦模块ISOVEL 空调就曾发生压缩机长时 间高温造成烧机现象 另外由于机房温度降不下来 又增加了压缩机的开启台数 增 5 10 加了耗电量 与此相反 如果膨胀阀开启过大 即膨胀阀向蒸发器的供液量大于蒸 发器负荷 会造成部分制冷剂来不及在蒸发器内蒸发 同气态制冷剂一起进入压缩 机 引起湿冲程 甚至冲缸事故 损坏压缩机 99 年 杭州市电信分公司景芳 二楼程控机房一台ISOPAK 专业空调就因为膨胀阀开启过大 造成一个压缩机阀片 击穿 因此 有必要定期检查调整膨胀阀 定期检查调整膨胀阀 就是尽量让膨胀 阀工作在最佳匹配点 4 4 膨膨胀胀阀阀的的调调整整 4 4 1 1 膨膨胀胀阀阀调调整整前前的的检检查查 在调整膨胀阀之前 必须确认空调制冷异常是由于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 风机皮带等原因所引起的 同 时 必须保证感温包采样信号的正确性 专用空调的感温包必须水平安装在管的下 侧方 45 度的位置 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 更不能安装在立管上 检查冷凝器风机控制方式是否是调速 只有 调速风机才能保证冷凝压力恒定 如果是压力开关控制 则冷凝压力必须高于 14kg cm2 以防压力开关频繁动作造成压力波动 影响调试的准确性 4 4 2 2 膨膨胀胀阀阀调调整整时时注注意意事事项项 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 由于蒸发器出 口处无法放置温度计 可以利用压缩机的吸气压力作为蒸发器内的饱和压力来校核 过热度 调整中 如果感到过热度太小 即流量太大 则可把调节螺杆按顺时针方 向转动半圈或一圈 即增大弹簧力 减小膨胀阀开启度 使流量减小 反之 若感到过热度太大 即供液不足 则可把调节螺杆朝相反方向 逆时针 转动 使 流量增大 由于实际工作中的热力膨胀阀感温系统存在在着一定的热惰性 形成信 号传递滞后 因此整个调整过程必须耐心细致 调节螺杆转动的圈数一次不宜过多 6 10 直杆式膨胀阀的调节螺杆转动一圈 过热度变化大概改变1 2 两次调整 膨胀阀之间必须间隔15 分钟以上 耐心地经多次调整直至满足要求为止 4 4 3 3 膨膨胀胀阀阀具具体体的的调调整整步步骤骤 4 4 3 3 1 1 膨膨胀胀阀阀过过热热度度的的测测量量 过热度如图五所示测量 步骤如下 1 停机 将数字温度表的探头插入到蒸发器回气口处的保温层内 准备读 出蒸发器回气的温度T1 将压力表与压缩机低压阀的三通相连 H IROSS40UA 等没有低压阀的空调 则将压力表与蒸发器上的接头相连 准备读出蒸发器出口压力所对应的温度T2 2 开机 让压缩机运行15 分钟以上 进入正常运行状态 使系统压力 和温度达到一恒定值 现场测得高压压力为18Kg cm2 高压开关始 终处于闭合运行状态 故对系统影响不大 不用作特别处理 3 读出蒸发器出口温度T1 与蒸发器出口压力所对应的温度T2 过热 度为两读数之差 注意 必须同时读出这两个读数 因为膨胀阀是一个 7 10 机械结构 它的动作会同时引起T1 和 T2 的改变 膨胀阀过热度应在5 8 之间 如果不是 则进行调整 4 4 3 3 2 2 具具体体调调整整步步骤骤 1 拆下膨胀阀的防护盖 2 转动调整螺杆2 4 圈 专业空调的膨胀阀一般采用压杆式和散 型齿轮式 散型齿轮式是用一个小齿轮带动一个大齿轮 调节的圈数比 较多 一般可以调2 4 圈 压杆式可调圈数比较少 每次调1 4 圈 O65 空调的膨胀阀采用散型齿轮式 3 等 10 分钟后 从新测量过热度 是否在正常范围 不是的话 重 复上述操作 调节过程必须小心仔细 如果膨胀阀油堵严重 应用 无水乙醇进行清洗 再从重新装上 失去调节功能的膨胀阀应更换 更 换时 注意安装位置和做好保温 5 5 膨膨胀胀阀阀调调整整实实例例 现根据上述步骤对杭州市电信分公司惠兴路七局程控机房的HIROSS 空调膨 胀阀进行了调整 具体过程如下 惠兴路七局程控机房市话容量6 万门 装有三台HIROSS 二台为 O55 型 94 年安装 一台为 40UA 型 99 年安装 能满足制冷量要求 当时室外温度34 8 在检查中发现一台94 年安装的 HIROSS055 型空调在两个压缩机都运行的情 况下 进回风温差偏小 回风22 5 送风 16 8 空调制冷效果不明显 观 察视液镜和干燥过滤器 发现氟利昂充足 排除少氟和过滤器堵塞 进一步检查 发现两台空调压缩机回气有过热 膨胀阀出口处温度偏低现象 用数字式温度计测 得其中蒸发器出口温度为18 压力表测得回气压力为3 2kg cm2 对应的温 度为 5 过热度为 23 明显偏离正常的过热度 从而诊断为膨胀阀开启度不 8 10 够 决定调整膨胀阀开启度 进行正确调整后 蒸发器出口温度为12 用压 力表测得回气压力为4 8kg cm2 对应的温度为4 5 相减后过热度为7 5 现场调整前后的具体数据如下 HIROSSO55 空调数值 蒸发器出口蒸发器出口 温度温度 度 度 压缩机回气压缩机回气 压力压力 kg cm2 压缩机回气压缩机回气 压力对应的压力对应的 温度 度 温度 度 过热度过热度 度 度 过热度是否过热度是否 符合要求符合要求 厂家调试标准值厂家调试标准值 144 5 62 5 115 8标准值标准值 本次调整前本次调整前 21 0 3 2 5 0 26 0 否 1 系统系统 本次调整后本次调整后 13 4 5 0 5 8 7 6 是 本次调整前本次调整前 20 5 4 0 0 0 20 5 否 2 2 系统系统 本次调整后本次调整后 13 9 5 2 6 0 7 9 是 注 厂家调试标准值由HIROSS 空调上海办事处提供 本次调整中 1 2 系统过热度分别为7 6 和 7 9 进一步向下调整 系统压力开始出现波动 表明膨胀阀工作超出了MSS 线 进入不稳定区 故本次 调整 最佳过热度分别为7 6 和 7 9 膨胀阀调整前后的进回风温 湿度如下 空调回风空调回风空调送风温度空调送风温度回送风温差回送风温差 温度 度 温度 度 湿度 湿度 RHRH 温度 度 温度 度 湿度 湿度 RHRH 度 度 调整前 22 554 816 875 45 7 调整后 22 554 814 384 38 2 1 查湿空气的焓湿图 可以知道 22 5 54 8 时 湿空气的含湿量 X 9 4g kg 湿空气 的密度可用下例公式计算 P 1 x 461 5 273 15 t 0 622 x kg m3 该公式引自于 空调与制冷手册 p22 空气压力 P 101325Pa x 为空气的含湿量 9 10 空调的空气质量循环量为G 风量循环量 HIROSSO55 空调的风量循环量 为 19800M3 S 折算为 5 5M3 S 故空气质量循环量 G 101325 1 0 0094 461 5 273 15 22 5 0 622 0 0094 5 5 6 41 kg s 根据 h 1 005t x 2500 1 84t kJ kg 该公式引自于 空调与制冷手册 P6 分别算出 h1 1 005 22 5 0 0094 2500 1 84 22 5 45 50kJ kg h2 1 005 16 8 0 0094 2500 1 84 16 8 40 67kJ kgh 2 1 005 14 3 0 0094 2500 1 84 14 3 38 11kJ kg 故调整前制冷量 Q G h1 h2 6 41 45 50 40 67 30 96KJ S 30 96KW 调整后的制冷量 Q G h1 h 2 6 41 45 50 38 11 47 31 KW 非常接近 HIROSSO55 空调的标准制冷量 回风温度22 湿度 50 时 标准制冷量为5 1 5KW 调整后制冷量比调整前增大了 47 31 30 96 16 35kw 通过电流表检测 压缩机调整后电流如下 压缩机额定电流为14A 压缩机 压缩机 调整前电流 A 调整后电流 A 调整前电流 A 调整后电流 A 相 相 相 相 相 相 相 相 相 相 相 相 10 210 39 911 511 611 410 410 510 311 811 811 9 膨胀阀调整前后 压缩机电流每相只增加了 个多安