热力膨胀阀开度如何调节？

热力膨胀阀开度如何调节？

热力膨胀阀是蒸汽压缩式制冷系统中的关键控制部件，通过调节制冷剂流量，使蒸发器出口处维持一定的过热度，从而保证压缩机的安全运行和系统的高效制冷。本文将重点探讨热力膨胀阀的工作原理、调节步骤以及判断依据，以期为制冷系统的调试优化提供参考。

示意图，不对应文中任何具体信息

一、过热度与过冷度的概念

(一)过热度的定义与作用

过热度(Superheat)是指制冷剂蒸气的实际温度高于其饱和温度的温差[1]。在蒸发器出口处，过热度反映了制冷剂完全气化的程度。适当的过热度有以下作用[2]:

1. 确保进入压缩机的制冷剂为干蒸气，防止液体击穿压缩机叶片。
2. 提高制冷剂的比容，减少压缩机耗功。
3. 提高制冷剂气体的温度，有利于吸热。
4. 防止蒸发器结霜，保证传热效率。

但过热度过大又会降低制冷剂的质量流量，导致制冷量下降。因此，过热度需控制在合理范围内，一般取5~10K[3]。

(二)过冷度的定义与作用

过冷度(Subcooling)是指制冷剂液体的实际温度低于其饱和温度的温差[4]。在冷凝器出口处，过冷度反映了制冷剂完全液化的程度。适当的过冷度有以下作用[5]:

1. 确保进入膨胀阀的制冷剂为纯液体，防止气液两相流动。
2. 增加制冷剂的焓差，提高制冷量。
3. 降低膨胀阀前的闪蒸损失，减小节流不可逆损失。
4. 提高冷凝压力，改善传热温差。

但过冷度过大会增加冷凝器的传热面积和制冷系统的初投资。过冷度一般控制在3~8K[6]。

二、热力膨胀阀的工作原理

(一)热力膨胀阀的结构组成

热力膨胀阀主要由阀体、热力元件、均压管、感温包等组成[7]。

1. 阀体：阀体内设有阀芯和阀座，通过改变两者间的开度来调节制冷剂流量。阀芯受膜片弹簧的作用向下关闭，受蒸发压力和热力元件的作用向上开启。

2. 热力元件：热力元件是一个充有热敏工质的封闭系统，由感温包、毛细管和膜片组成。感温包置于蒸发器出口处，用于感知过热度的变化。膜片则将热力元件的压力传递给阀芯，调节其开度。

3. 均压管：均压管连通膜片腔与蒸发器入口，使膜片上下两侧压差等于过热度对应的饱和压力差，消除了蒸发压力变化对阀芯开度的影响。

4. 感温包：感温包紧贴蒸发器出口管壁或插入制冷剂气流中，及时准确地感知过热度的变化。较大的感温包热容量有利于系统稳定，较小的感温包热容量则利于快速响应[8]。

(二)热力膨胀阀的调节机理

热力膨胀阀的阀芯开度受三个作用力平衡[9]：

1. 热力元件压力：热力元件内的饱和压力随感温包温度的升高而增大，对应过热度的变化。这个压力乘以膜片面积，得到向上的开启力。

2. 蒸发压力：蒸发器内的压力通过均压管作用在膜片下表面，乘以膜片面积得到向上的开启力。这个力与热力元件压力合力，抵消了蒸发压力变化的干扰。

3. 弹簧压力：弹簧施加在阀芯上的向下力。弹簧刚度乘以压缩量，得到弹簧压力。它是阀芯开启的预紧力，可通过调节弹簧压缩量来改变。

当蒸发器出口过热度增大时，热力元件压力上升，克服弹簧压力，推动阀芯向上开启，增大节流面积，供液量增加；反之，过热度减小时，阀芯在弹簧作用下向下关闭，减小供液量。通过这种负反馈调节，热力膨胀阀动态地维持蒸发器出口过热度在设定范围内波动。

三、热力膨胀阀的调节步骤

(一)调节前提条件

在对热力膨胀阀进行开度调整前，需确保以下条件满足[10]：

1. 系统制冷剂充注量适当，无泄漏。
2. 蒸发器进出口无杂质堵塞，气液两相分离良好。
3. 冷凝器冷凝压力和出口过冷度正常。
4. 压缩机吸排气压力和温度正常，无喘振。
5. 膨胀阀感温包与蒸发器出口紧密接触，保温良好。
6. 蒸发器负荷稳定，无剧烈波动。

(二)调节操作流程

热力膨胀阀的调节通常采用试凉(Trial and Error)的方法，即在运行中逐步调整，观察系统响应，直至达到最佳状态。调节步骤如下[11]：

1. 检查感温包位置：确保感温包牢固地夹在蒸发器出口管壁上，并用保温材料包裹，隔绝环境干扰。感温包应远离电热带、电磁阀等热源，避免温度误判。

2. 测量过热度：用压力-温度对照表，查出蒸发压力对应的饱和温度。再用温度计测量蒸发器出口处制冷剂的实际温度。两者之差即为过热度。注意温度计的探头应插入制冷剂气流中心，避免测到管壁温度。

3. 调节膨胀阀开度：若实测过热度高于最佳值(如10K)，则逆时针旋转膨胀阀调节螺栓，压缩弹簧，减小预紧力，使阀芯在相同过热度下开度变大，供液量增加。每调节1/4圈，等待3~5分钟让系统稳定，再测过热度并判断。若过热度仍偏高，则继续打开；若过热度降至最佳值以下，则适当关小螺栓，直到过热度稳定在最佳值附近。

若实测过热度低于最佳值，则采取相反的操作，即顺时针拧紧调节螺栓，逐步关小阀门，减少供液量，直至过热度回升到最佳值。调节过程中应小幅缓慢，避免过冲。

4. 观察系统性能：膨胀阀调节到位后，应综合考察以下系统性能指标：

• 蒸发温度：应比所需温度低5~10K，且波动小于±2K[12]。
• 吸气压力：应略低于蒸发压力，且脉动小于±0.05MPa[13]。
• 吸气温度：应高于蒸发温度5~10K，接近过热度设定值。
• 制冷量：应满足负荷需求，且波动小于额定值的±5%[14]。
• 压缩机电流：应在额定工况下，且波动小于±10%[15]。

若以上指标偏离正常值，则需再次调节膨胀阀或检查其他环节，直至整个系统达到最佳平衡状态。

四、供液量的判断依据

热力膨胀阀通过改变供液量来调节过热度，因此准确判断供液量是调节成功的关键。以下几点可作为判据[16]：

(一)蒸发压力

1. 供液不足：蒸发压力偏低，压缩机吸气压力降低。
2. 供液过量：蒸发压力升高，压缩机吸气压力也随之升高。

(二)蒸发温度

1. 供液不足：蒸发温度回升，蒸发器制冷能力下降。
2. 供液过量：蒸发温度降低，蒸发器局部结霜。

(三)压缩机吸气温度

1. 供液不足：吸气温度明显高于蒸发温度，过热度过大。
2. 供液过量：吸气温度接近或低于蒸发温度，有回液风险。

(四)膨胀阀前后压差

1. 供液不足：阀前压力升高，阀后压力降低，压差增大。
2. 供液过量：阀前压力降低，阀后压力升高，压差减小。

(五)视液镜油位

1. 供液不足：视液镜油面下降，有气泡夹带。
2. 供液过量：视液镜油面上升，呈满液柱状。

(六)蒸发器霜层

1. 供液不足：蒸发器霜层不均匀，排气侧结霜少。
2. 供液过量：蒸发器霜层过厚，排液侧结霜多。

需要指出的是，判断供液量并非单一依据，而应结合多个因素综合分析。同时还要考虑环境温湿度、风速等工况的影响。在调节过程中，应优先保证系统安全和可靠，其次追求能效和经济性。必要时可借助红外成像仪、差压流量计等工具辅助诊断[17]。

五、结语

热力膨胀阀作为制冷系统精确调节的执行器，为保障系统安全高效运行发挥着不可或缺的作用。通过分析其工作原理和调节过程，可以得出以下几点结论：

1. 过热度和过冷度是热力膨胀阀调节的核心控制参数，代表了蒸发器和冷凝器内制冷剂相变的完成度，需严格控制在最佳范围内。
2. 热力膨胀阀通过平衡热力元件压力、蒸发压力和弹簧压力，实现阀芯开度随过热度的负反馈调节，动态维持过热度稳定。
3. 热力膨胀阀的调节应遵循"先开后闭、小幅缓慢"的原则，根据系统性能指标综合判断，避免过冲和反复。
4. 供液量是热力膨胀阀调节的直接效果，需结合蒸发压力、温度、霜层等多方面因素分析，必要时借助仪器诊断。
5. 热力膨胀阀的设计选型和控制策略应因地制宜，满足不同工况和工质的特定要求。
6. 随着电子技术和智能算法的发展，热力膨胀阀的调节将更加精细高效，有望实现故障诊断、远程控制、联网优化等功能。

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