3.1制冷剂流量调节课件

1、第三章 制冷装置的自动调节学习重点： 1 流量调节 2 压缩机能量调节 3 压力调节第1页，共56页。 制冷剂循环系统主要由冷凝器、蒸发器和制冷机组成。可见要实现制冷剂循环系统的自动控制必须要完成冷凝器、蒸发器和制冷机的自动控制。 无论是压缩式机组还是吸收式机组，其自动控制系统主要由四个部分组成，即安全保护系统、能量调节系统、程序控制系统及微机控制系统。 第2页，共56页。第一节 制冷剂流量调节 制冷剂流量调节的目的是控制进入蒸发器的制冷剂液体流量与蒸发器负荷相匹配，即按照蒸发器中实际可能汽化的液体量调节送入蒸发器的液量，习惯上又叫蒸发器供液量调节。一般通过节流机构实现; 节流机构是实现制冷循

2、环所必须的四个基本的系统组成之一。它位于冷凝器与蒸发器之间，对制冷剂的流动起扼制作用，使来自冷凝器的高压液态制冷剂压力降低，流入蒸发器，同时控制进入蒸发器的制冷剂流量。 传统的节流机构有毛细管、热力膨胀阀及浮球阀。 重点: 热力膨胀阀第3页，共56页。1、毛细管 先看制冷剂的流动状态变化。第4页，共56页。（一）毛细管的节流特性毛细管节流是利用制冷剂在细长管内流动的阻力而实现的。毛细管分类：有热交换 无热交换 毛细管对于工况变化引起的流量的变化具有一定的自补偿能力第5页，共56页。（二）毛细管尺寸估算 通过例题说明：简单说明书上的例题第6页，共56页。（三）毛细管节流的制冷系统特点 （1）毛细

3、管流通截面固定，不能按工况变化调整流通截面。（2）毛细管对流量变化有自补偿能力，只适应工况变化不大时读流量作微小调整。（3）系统中对制冷剂充灌量有严格的控制范围。 （4）压缩机停机时，系统高低压侧贯通，压力很快平衡，因而配用低启动转矩的廉价电动机。 （5）毛细管流道细长、易堵塞，故对系统清洁度要求高。（6）毛细管焊接时，注意防止端口变形。第7页，共56页。2.热力膨胀阀供液控制 热力膨胀阀是蒸气压缩式制冷装置中，控制进入蒸发器制冷剂流量的主要控制元件，同时完成由冷凝压力至蒸发压力的节流降压和降温过程。 热力膨胀阀和蒸发器一起工作时，系统应能稳定运行，并最大限度地利用蒸发器有效面积，形成最佳匹配

4、。目前国际上流行的匹配方法，是基于蒸发器最小稳定信号法（MSS）进行的。 “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。 第8页，共56页。 膨胀阀具有可调的流通截面，因而，它在造成制冷剂流动压降的同时，可以根据蒸发器负荷的变化调节实现流量调节。分为手动膨胀阀和自动膨胀阀两种。传统的自动膨胀阀有定压膨胀阀、热力膨胀阀和浮球膨胀阀。它们均属模拟信号的比例型调节阀。20世纪80年代后，随着电子式控制应用于制冷系统控制的技术发展，出现了电子膨胀阀。第9页，共56页。手动膨胀阀 通常与其他控制元件配合使用，一般只在短时间内使用，如冷冻初期辅助送液或者在自动膨胀阀出故障时作为

5、旁路备用阀第10页，共56页。调整螺杆蒸发器定压膨胀阀 只适用于负荷变化小，冷却速度较慢的小型装置，而且只适用于一台压缩机配一个蒸发器的系统。第11页，共56页。热力（感溫）膨脹閥(TEV) 第12页，共56页。浮球调节阀 用液位控制供液量，以浮球杠杆机构产生阀动作的驱动力。第13页，共56页。第14页，共56页。 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58，它由静装配过热度与有效过热度组成。 第15页，共56页。 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。其数值的大小与弹簧的刚度及阀

6、芯的行程有关，一般有效过热度约为25，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OPS，即平时所说的过热度。 第16页，共56页。1热力膨胀阀（TEV） 广泛用于干式蒸发器的供液量调节。它以蒸发器出口处制冷剂过热度为控制参数。通过设定静态过热度（设定范围一般为28 ），蒸发器出口制冷剂的过热度低于静态过热度时，阀处于关闭状态，否则阀将打开，并按两者之偏差成比例地改变阀开度，即成比例地调节送入蒸发器的制冷剂流量。膨胀阀有内平衡和外平衡两种型式。第17页，共56页。第18页，共56页。第19页，共56页。（1） 内平衡式热力膨胀阀主要组成:热力头感温包10、毛细管9和动力头(膜片

7、1或波纹管)温包用黄铜(导热好)毛细管外径23mm节流元件由阀芯4、阀座3和顶杆2组成过热度调整机构6阀体第20页，共56页。内平衡热力膨胀阀工作原理温包装在蒸发器出口F处，感受t1,温包内充注一定的感温介质，温包内压力p1随t1变化,p1通过毛细管传递到阀的膜片上方，力图使阀打开,膜片下方作用p0和弹簧张力ps，力图使阀关闭,膜片所受力的平衡条件为 plp0十ps p1反映t1,如果不考虑蒸发器压降，也就反映了过热度第21页，共56页。（2）外平衡式热力膨胀阀(1)上面忽略了蒸发管的p,如蒸发器压力损失为p0，则膜片力平衡关系为:p1=p0+ p0+psp1-p0 = ps+ p0即阀控制的

8、出口过热度(t1-t0)大于由ps设定的过热度过热度提高意味着蒸发器出口过热段长,蒸发器传热面积没有充分利用,Q0下降、t0降低，经济性差第22页，共56页。（2） 外平衡式热力膨胀阀(2)为了消除这种影响，用外平衡式结构在膜片下部分隔出一个平衡压力腔在顶杆穿过分隔部分处设填料，将节流后的制冷剂与波纹管(或膜片)下部隔断用外平衡管把蒸发器出口的压力直接引人膜片下部第23页，共56页。（2）外平衡式热力膨胀阀(3)这样，阀开启稳定时p1-p0 = ps+ p0 。即蒸发器出口过热度(t1-t0;)直接由ps所确定当蒸发器的流阻较大，压降p0所对应的制冷剂饱和温度降超过1(R22) 时，应选用外平

9、衡式热力膨胀阀同样大小的蒸发器用于高温库时选用内平衡式膨胀阀，用于低温库则可能需选用外平衡式(t0低时，同样压降导致的冷剂饱和温度降低值较大)第24页，共56页。外平衡式热力膨胀阀 1.同工质液体充注2.液体交差充注3.气体充注4.混合充注5.吸附充注热力膨胀阀的温包充注第25页，共56页。（3）热力膨胀阀的工作特性 由于热力膨胀阀的温包有热惯性，所以导热有延迟过程，使信号传递发生滞后现象。因此阀门不能及时调节开度。所以，一个膨胀阀在工作时，因传递信号的滞后，它的供液量总是在需液量曲线上下波动，两者不能完全吻合。 第26页，共56页。（4）热力膨胀阀的调试 在系统运行时，可以从蒸发压力值的高低

10、来判断膨胀阀调整方向和范围。蒸发压力高于给定值，即膨胀阀的流量偏大，应适当调小；蒸发压力低于给定值，即膨胀阀的流量偏低，应适当增大。 蒸发器出口过热度太大，制冷量降低；太小产生液击。调节膨胀阀使蒸发器出口工作过热度36oC为宜，装置有回热器时，最小稳定过热度可稍减小。第27页，共56页。有回热器：吸气管发凉、结露无回热器：吸气管冰凉粘手、均匀结薄霜低温库：蒸发器表面全面结均匀薄霜高温库蒸发器、空调吸气管：发凉、结露如何判断蒸发器出口过热度大小(1)蒸发器出口装有温度表和压力表时，温度读数与蒸发压力所对应饱和温度之差为出口过热度。(2)如只在压缩机吸口装有温度表和压力表，可用吸气过热度推断蒸发器

11、出口过热度。(3)如吸气管无温度表，按蒸发器管壁结露、结霜情况判断第28页，共56页。调试热力膨胀阀注意事项(1)调试前检查制冷剂是否充足；冷凝压力在合适范围；阀完好并正确安装；阀及管路没有堵塞；蒸发器结霜不太厚(冷风机通风良好)。(2)调试应在装置运转且工况稳定时进行。应在压缩机吸气截止阀上装上一只低压表，以观察吸气压力变化情况。(3)每次调整关闭过热度增减一般不超过0.5oC，一般调节螺杆每转一圈过热度变化为11.5oC。(4)热力膨胀阀调节滞后性较大，每次调后应观察一段时间，调好后不要轻易改动。也不知调好了没有?第29页，共56页。（5）热力膨胀阀的选用 热力膨胀阀的容量应与制冷系统相匹

12、配 原则： 国产热力膨胀阀的铭牌上，一般都标出了热力膨胀阀的孔径或某工况下（如标准工况或空调工况）的制冷量，而正确的标出应是以规定工况下的额定开启度下的制冷量。 表2-7和表2-8分别为国产内、外平衡式热力膨胀阀主要性能参数 表2-9为美国SPORLAN公司的热力膨胀阀主要性能参数。 第30页，共56页。第31页，共56页。1、以膨胀阀孔径为它的容量参数，不能定出热力膨胀阀的确切能量，不同生产厂家生产的同一孔径的膨胀阀其能量不一定相同。 注意：2、热力膨胀阀的容量与膨胀阀入口处液体制冷剂的压力（或冷凝温度）、过冷度、出口处制冷剂的压力（或蒸发温度）及阀开度有关。热力膨胀阀出厂时，需进行容量实验

13、，容量实验是为了确定膨胀阀在给定条件下的制冷量。 3、膨胀阀容量应比蒸发器能力大20% 30% 。4、应根据蒸发器的压力损失来选用膨胀阀。当蒸发器压力损失较小时，宜选用内平衡式热力膨胀阀；蒸发器压力损失较大时，宜选用外平衡式热力膨胀阀。 第32页，共56页。热力膨胀阀的容量和选配热力膨胀阀的容量：阀在额定开度时流过的制冷剂完全气化时的吸热量。焓值增加量，kJ/kg压差，Pa入口密度，kg/m3流通截面积，m2流量系数制冷剂流量，kg/s第33页，共56页。膨胀阀的名义容量：我国JB3548-1983规定热力膨胀阀的名义工况0.69MPa38oC40oC5oCR220.41MPa38oC40oC

14、5oCR12通过阀的压降进口温度冷凝温度tk蒸发温度t0制冷剂在名义工况下的容量。名义工况：t0=5oC，tk=32oC，过冷度4oCTEX12-4.5名义容量“冷吨”阀体型号大小(2、5、12)X-R22、F-R12、N-R134a外平衡式(无E为内平衡式)热力膨胀阀第34页，共56页。膨胀阀的容量应与蒸发器相匹配Match容量过小，则膨胀阀供液不足，蒸发器的能力不能充分发挥，蒸发压力降低，制冷量减小，吸气过热度加大。容量过大，则阀工作时开度过小，不仅冲蚀严重，而且阀的工作不稳定。膨胀阀工作时的开度以不小于额定开度的一半为宜，因此其容量应比蒸发器的制冷量稍大，但最大不超过蒸发器的二倍。第35

15、页，共56页。膨胀阀选型步骤(1) 适用的制冷剂种类、蒸发温度范围。(2) 根据蒸发器选定容量大小，确定使用内平衡式或外平衡式。(3) 考虑毛细管Capillary Tube长度，进出接口形式(直角式、直通式)。(4) 若蒸发器制冷量变化范围大，可使用两只膨胀阀并联Parallel或切换Switchover使用。第36页，共56页。（6）膨胀阀的安装 1）膨胀阀应靠近安装在蒸发器的入口管上，阀体应垂直放置，不宜倾斜安装，更不要颠倒安装。2）感温包应安装在蒸发器出口的一段水平吸气管上，并应远离压缩机吸气口1.5m以上，其位置应低于热力膨胀阀，且感温包要水平放置，以保证液态感温工质始终在感温包中。

16、 3）感温包同蒸发器接触面应除锈干净，安装位置要避免热气流的影响，如果不能避开热气流，其外表面则必须包裹保温材料。第37页，共56页。（6）膨胀阀的安装 4）感温包不应安装在吸气的积液处，否则，感温包就不能感测到真正的过热度。5）当吸气管径小于25mm时，感温包贴在吸气管的顶部；当吸气管径大于25mm时，感温包可以包扎在水平管的下侧45处或者侧面中点处，如图2-35所示，感温包无论如何不能贴附在水平吸气管的低部，以防管子底部积油等因素影响感温包的正确感温。 2525第38页，共56页。（6）膨胀阀的安装 6）外平衡管应接在感温包安装部位后面100mm处，如图2-36所示，以免制冷剂在蒸发管内的

17、流动阻力对膨胀阀产生误动作。背压阀蒸发器回热器蒸发器p1p0psp0(t0)p0(t1)p0p0第39页，共56页。7）吸气管上的外平衡管应由水平管上面引出，不可在吸气管集液弯头下游接平衡管，以免冷冻润滑油带入热力膨胀阀内。 （6）膨胀阀的安装 集油弯外平衡管毛细管膨胀阀蒸发器8）使用两个或两个以上分液器时，每个分液器必须由单独的热力膨胀阀供液，否则，当液体和蒸汽离开膨胀阀时会造成分液不均。 第40页，共56页。 热力膨胀阀用于蒸发器供液控制时存在很多问题，如控制品质不高，调节系统无法实施计算机控制，只能实施静态匹配；工作温度范围窄，温包迟延大，在低温调节场合，振荡问题比较突出。因此自20世纪

18、70年代开始，出现电子膨胀阀，至90年代末，已逐步走向成熟。 目前国内外流行的电子膨胀阀型式较多，它的主要特点是确保制冷系统密封的前提下，驱动型式不同，有热动式、电动式和电磁式，早期尚有双金属片驱动，近年以渐被替代。 2、电子膨胀阀Electronic Expansion Valve第41页，共56页。第42页，共56页。（1）热动式电子膨胀阀 热动式亦称参考压力系统电子膨胀阀，为Danfoss公司专利产品，适用中大型制冷装置的供液控制。 TQ型PHTQ型第43页，共56页。EVR电磁阀 TQ带参考压力系统的电子膨胀阀 EKS65一专用电子调节器 AKS21A一铂电阻温度传感器 TQ型电子膨胀

19、阀供液控制系统基本原理第44页，共56页。（2）电磁式电子膨胀阀常开型第45页，共56页。（3）电动式电子膨胀阀(直动型)第46页，共56页。（4）电动式电子膨胀阀(减速型)第47页，共56页。第48页，共56页。电子膨胀阀的特点：1.流量调节不受冷凝压力变化的影响。2.对膨胀阀前制冷剂的过冷度的变化具有补偿作用3.由于电信号传递快、执行动作迅速、准确，故能够及时、精确地调节流量。4.能够将蒸发器出口过热度控制到最小，从而最大限度地提高蒸发器传热面积的利用率。5.在装置的整个运行温度范围，可以有相同的过热度设定值。6.可以根据装置的实际情况决定调节规律，不仅限于采用比例调节，还可以采用比例积分或其它调节规律；并且能够进行调节器参数整定。第49页，共56