制冷系統(tǒng)節(jié)流機構(gòu)及工作原理

1、節(jié)流機構(gòu)節(jié)流是壓縮式制冷循環(huán)不可缺少的四個主意過程之一。節(jié)流機構(gòu)的作用有兩點：一是對從冷凝器中出來的高壓液體制冷劑進行節(jié)流降壓為蒸發(fā)壓力；二是根據(jù)系統(tǒng)負荷變化，調(diào)整進入蒸發(fā)器的制冷劑液體的數(shù)量。常用的節(jié)流機構(gòu)有手動膨脹閥、浮球式膨脹閥、熱力膨脹閥以及阻流式膨脹閥(毛細管)等。它們的基本原理都是使高壓液態(tài)制冷劑受迫流過一個小過流截面，產(chǎn)生合適的局部阻力損失(或沿程損失)，使制冷劑壓力驟降，與此同時一部分液態(tài)制冷劑汽化，吸收潛熱，使節(jié)流后的制冷劑成為低壓低溫狀態(tài)。一、手動節(jié)流閥 手動膨脹閥和普通的截止閥在結(jié)構(gòu)上的不同之處主要是閥芯的結(jié)構(gòu)與閥桿的螺紋形式。通常截止閥的閥芯為一平頭，閥桿為普通螺紋，所

2、以它只能控制管路的通斷和粗略地調(diào)節(jié)流量，難以調(diào)整在一個適當?shù)倪^流截面積上以產(chǎn)生恰當?shù)墓?jié)流作用。而節(jié)流閥的閥芯為針型錐體或帶缺口的錐體，閥桿為細牙螺紋，所以當轉(zhuǎn)動手輪時，閥芯移動的距離不大，過流截面積可以較準確、方便地調(diào)整。節(jié)流閥的開啟度的大小是根據(jù)蒸發(fā)器負荷的變化而調(diào)節(jié)，通常開啟度為手輪的1/8至1/4周，不能超過一周。否則，開啟度過大，會失去膨脹作用。因此它不能隨蒸發(fā)器熱負荷的變動而靈敏地自動適應調(diào)節(jié)，幾乎全憑經(jīng)驗結(jié)合系統(tǒng)中的反應進行手工操作。目前它只裝設于氨制冷裝置中，在氟利昂制冷裝置中，廣泛使用熱力膨脹閥進行自動調(diào)節(jié)。二、浮球節(jié)流閥1、浮球節(jié)流閥的工作原理 浮球節(jié)流閥是一種自動調(diào)節(jié)的節(jié)流

3、閥。其工作原理是利用一鋼制浮球為啟閉閥門的動力，*浮球隨液面高低在浮球室中升降，控制一小閥門開啟度的大小變化而自動調(diào)節(jié)供液量，同時起節(jié)流作用的。當容器內(nèi)液面降低時，浮球下降，節(jié)流孔自行開大，供液量增加；反之，當容器內(nèi)液面上升時，浮球上升，節(jié)流孔自行關小，供液量減少。待液面升至規(guī)定高度時，節(jié)流孔被關閉，保證容器不會發(fā)生超液或缺液的現(xiàn)象。2、浮球節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)型式與安裝要求浮球節(jié)流閥是用于具有自由液面的蒸發(fā)器，液體分離器和中間冷卻器供液量的自動調(diào)節(jié)。在氨制冷系統(tǒng)中廣泛應用的是一種低壓浮球閥。低壓浮球閥按液體在其中流通的方式，有直通式和非直通式兩種。直通浮球節(jié)流閥的特點是，進入容器的全部液體制冷劑首先

4、通過閥孔進入浮球室，然后再進入容器。因此，結(jié)構(gòu)和安裝比較簡單，但浮球室的液面波動大。非直通式浮球節(jié)流閥的特點是，閥座裝在浮球室外，經(jīng)節(jié)流后的制冷劑不需要通過浮球室而沿管道直接進入容器。因此，浮球室的液面較平穩(wěn)，但其結(jié)構(gòu)與安裝均較復雜。目前我國冷凍機廠生產(chǎn)的浮球節(jié)流閥都是這種非直通式的。這種浮球節(jié)流閥的結(jié)構(gòu)是由殼體、浮球、杠桿、閥座、平衡管、閥芯和蓋等組成。浮球節(jié)流閥在安裝時的要求是浮球室的氣體平衡管應接在筒身上，而不應接在液體分離器的吸氣管上。液體平衡管不應接在液體分離器與蒸發(fā)器之間的供液管上，也不應接在低壓循環(huán)貯液筒的氨泵吸液管上，以免浮球室內(nèi)液面波動過大。蒸發(fā)器中的液體往往呈氣泡沸騰狀態(tài)，

5、致使氣液混合物的密度顯著降低，造成蒸發(fā)器中的實際液面要高于浮球室的液面，因此將浮球節(jié)流閥安裝到蒸發(fā)器上時，最好把浮球節(jié)流閥適當降低一些。浮球節(jié)流閥的管路系統(tǒng)中一般應裝置液體過濾器(采用250孔cm2的鋼絲網(wǎng))，以保證進入浮球閥內(nèi)的液體無雜質(zhì)，避免閥門堵塞。此外還要裝設旁路手動節(jié)流閥，以便在浮球節(jié)流閥發(fā)生故障或清洗過濾器時仍可繼續(xù)供液。三、熱力膨脹閥熱力膨脹閥是氟利昂制冷裝置中根據(jù)吸入蒸氣的過熱程度來調(diào)節(jié)進入蒸發(fā)器的液態(tài)制冷劑量，同時將液體由冷凝壓力節(jié)流降壓到蒸發(fā)壓力的。熱力膨脹閥的型式很多，但在結(jié)構(gòu)上大致相同。按膨脹閥中感應機構(gòu)動力室中傳力零件的結(jié)構(gòu)不同，可分為薄膜式和波紋管式兩種；按使用條件

6、不同，又可分為內(nèi)平衡式和外平衡式兩種。目前常用的小型氟利昂熱力膨脹閥多為薄膜式內(nèi)平衡熱力膨脹閥。1、內(nèi)平衡式熱力膨脹閥：內(nèi)平衡式熱力膨脹閥一般都由閥體、閥座、閥針、調(diào)節(jié)桿座、調(diào)節(jié)桿、彈簧、過濾器、傳動桿、感溫包、毛細管、氣箱蓋和感應薄膜等組成。感溫包里灌注氟利昂或其它易揮發(fā)的液體，把它緊固在蒸發(fā)器出口的回氣管上，用以感受回氣的溫度變化；毛細管是用直徑很細的銅管制成，其作用是將感溫包內(nèi)由于溫度的變化而造成的壓力變化傳遞到動力室的波紋薄膜上去。波紋薄膜是由很薄的(0.10.2mm)合金片沖壓而成，斷面呈波浪形，能有23mm的位移變形。波紋薄膜由于動力室中壓力的變化而產(chǎn)生的位移通過其下方的傳動桿傳遞

7、到閥針上，使閥針隨著傳動桿的上下移動而一起移動，以控制閥孔的開啟度。調(diào)節(jié)桿的作用是在系統(tǒng)調(diào)試運轉(zhuǎn)中，用以調(diào)整彈簧的壓緊程度來調(diào)整膨脹閥的開啟過熱度的，系統(tǒng)正常工作后不可隨意調(diào)節(jié)且應擰上調(diào)節(jié)桿座上的帽罩，以防止制冷劑從填料處泄漏。過濾網(wǎng)安裝在膨脹閥的進液端，用以過濾制冷劑中的異物，防止閥孔堵塞。至于其工作原理，我們首先分析一下熱力膨脹閥工作時波紋薄膜的受力情況。金屬波紋薄膜受有三種力的作用，在膜片的上方，為感溫包中液體(與其感受到的溫度相對應的)的飽和壓力P對膜片產(chǎn)生的向下推力P，在膜片的下方，受閥座后面與蒸發(fā)器相通的低壓液體對膜片產(chǎn)生一個向上的推力P0(制冷劑的蒸發(fā)壓力)和彈簧的張力W的作用。

8、此外還有活動零件之間的摩擦力等因素構(gòu)成的作用力，因為其值甚小，在分析時可以忽略不計。由以上分析可知，當三力處于平衡狀態(tài)，即滿足PP0+W時，膜片不動，則閥口處于一定的開啟度。而當其中任何一個力發(fā)生變化時，就會破壞原有的平衡，則閥口的開啟度也就隨之發(fā)生變化，直到建立新的平衡為止。當外界情況改變，如由于供液不足或熱負荷增大，引起蒸發(fā)器的回氣過熱度增大時，則感溫包感受到的溫度也升高，飽和壓力P也就增大，因此形成：PP0+W，這樣就會導至膜片下移，使閥口開啟度增大，制冷劑的流量也就增大，直至供液量與蒸發(fā)量相等時達到另一平衡。反之，若由于供液過多或熱負荷減少，引起蒸發(fā)器的回氣過熱度減小，使感溫包感受到的

9、溫度也降低時，則飽和壓力P也就減小，因此形成：PP0+W，這樣就會導至膜片上移，使閥口開啟度減小，制冷劑的供液量也就減少，直至與蒸發(fā)器的熱負荷相匹配為此。熱力膨脹閥的工作原理就是利用與回氣過熱度相關的P力的變化來調(diào)節(jié)閥口的開啟度的，從而控制制冷劑的流量，實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)。另外，從上述關系也可看出，調(diào)節(jié)不同的彈簧張力W，便能獲得使閥口開啟的不同過熱度。與調(diào)定的彈簧張力W相對應的制冷劑的過熱度稱為靜裝配過熱度(又稱關閉過熱度)。一般希望蒸發(fā)器的過熱度維持在35的范圍內(nèi)。2、外平衡式熱力膨脹閥：外平衡熱力膨脹閥與內(nèi)平衡熱力膨脹閥在結(jié)構(gòu)上略有不同，其不同處是感應薄膜下部空間與膨脹閥出口互不相通，而且通過一

10、根小口徑的平衡管與蒸發(fā)器出口相連。換句話說，外平衡熱力膨脹閥膜片下部的制冷劑壓力不是閥門節(jié)流后的蒸發(fā)壓力，而是蒸發(fā)器出口處的制冷劑壓力。這樣可以避免蒸發(fā)器阻力損失較大時的影響，把過熱度控制在一定的范圍內(nèi)，使蒸發(fā)器傳熱面積充分利用。內(nèi)、外平衡式熱力膨脹閥工作原理完全相同，只是適用的條件不同，如果蒸發(fā)器中制冷劑的壓力損失較大，使用內(nèi)平衡式熱力膨脹閥時，就會造成蒸發(fā)器供液量不足，出口處氣態(tài)制冷劑的過熱度增大。也就使蒸發(fā)器的傳熱面積的利用率降低，制冷量相應減小，所以在實際應用中，蒸發(fā)器壓力損失較小時，一般使用內(nèi)平衡式熱力膨脹閥，而壓力損失較大時(當膨脹閥出口至蒸發(fā)器出口制冷劑的壓力降相應的蒸發(fā)溫度降低

11、超過23時)，應采用外平衡式熱力膨脹閥。3、安裝熱力膨脹閥時應注意的問題首先應檢查膨脹閥是否完好，特別注意檢查感溫動力機構(gòu)是否泄漏。膨脹閥應正立式安裝，不允許倒置。感溫包安裝在蒸發(fā)器的出氣管上，緊貼包纏在水平無積液的管段上，外加隔熱材料纏包，或插入吸氣管上的感溫套內(nèi)。當水平回氣管直徑小于25mm時，感溫包可扎在回氣管項部；當水平回氣管直徑大于25mm時，感溫包可扎在回氣管下側(cè)45°處，以防管子底部積油等因素影響感溫包正確感溫。外平衡膨脹閥的平衡管一般都安裝在感溫包后面100mm處的回氣管上，并應從管 頂部引出，以防潤滑油進入閥內(nèi)。一個系統(tǒng)中有多個膨脹閥時，外平衡管應接到各自蒸發(fā)器的出

12、口。四、毛細管在電冰箱、空調(diào)器等小型制冷設備中，常用毛細管做節(jié)流裝置，它主要是*其管徑和長度的大小來控制液體制冷劑的流量以使蒸發(fā)器能在適當?shù)臓顩r下工作。制冷工程中一般稱內(nèi)徑0.52mm左右，長度在14m左右的紫鋼管為毛細管。與節(jié)流閥相比毛細管做為節(jié)流裝置的優(yōu)點是無運動件不會磨損不易泄漏、制造容易價格便宜、安裝省事，缺點是流量小并不能隨時隨意進行人為調(diào)整。 在內(nèi)徑及長度已確定后，毛細管的流量主要受進、出口兩側(cè)即高、低壓兩端壓力差大小的影響，與來液過冷度大小、含閃發(fā)氣體多少以及管彎曲程度、盤繞圈數(shù)等也有關。因此機組系統(tǒng)一定時，不能任意改變工況或更換任意規(guī)格的毛細管。據(jù)有關實驗表明，在同樣工況和同樣

13、流量條件下，毛細管的長度與其內(nèi)徑的4.6次方近似成正比，即L1/L2=(d1/d2)4.6當環(huán)境溫度升高或制冷劑充加量過多時，冷凝器壓力變高，毛細管流量增大會使蒸發(fā)器壓力及蒸發(fā)溫度隨之升高。反之，當環(huán)境溫度降低或制冷劑充加量不足時，冷凝器壓力變低，毛細管流量減小會使蒸發(fā)器壓力及蒸發(fā)溫度隨之降低，導致制冷量下降，甚至降不到所需的溫度。因此，采用毛細管的制冷設備，必須根據(jù)設計要求嚴格控制制冷劑的充加量。例如200L左右的電冰箱加R12量在150克左右，上下偏差不大于5克。一般系統(tǒng)的首次充液量M可近似按下式確定：M=20+0.6V（克）式中：V蒸發(fā)盤管內(nèi)容積(cm3)毛細管工作原理：當有一定過冷度的

14、液體制冷劑進入毛細管后，會沿著流動方向發(fā)生壓力狀態(tài)變化，過冷液體隨壓力逐漸降低而變?yōu)橄鄳獕毫Φ娘柡鸵后w，稱為液相段，其壓力不大且呈線性變化。從毛細管中出現(xiàn)第一個氣泡至毛細管末端，稱為氣流共存段，其飽和蒸氣的含量沿流動方向逐步增加而壓力呈非線性變化。越到毛細管末端，單位長度的壓力越大。當壓力降到低于其相應的飽和壓力時，就要產(chǎn)生閃發(fā)現(xiàn)象，使制冷劑液體自身蒸發(fā)降溫，也就是說，隨著壓力的降低制冷劑的溫度相應降低。制冷劑通過毛細管的流量隨入口壓力的增加而增加，同時隨蒸發(fā)器壓力的降低而增加，在達到極限值時，其流量不再隨壓力的變化而增大。通過改變毛細管的長度或內(nèi)徑，可以調(diào)整空調(diào)器的蒸發(fā)溫度，提高蒸發(fā)溫度，可以縮短毛細管的長度或增大內(nèi)徑，反之，如果要降低蒸發(fā)溫度，可加長毛細管或減小其內(nèi)徑。在特定的工況下，毛細管與制冷劑充注量匹配，使制冷裝置的工作狀態(tài)達到最佳。且當壓縮機停機后，系統(tǒng)內(nèi)高低壓力能通過毛細管迅速達到平衡，有利于壓縮機的再次啟動。但，它對于制冷系統(tǒng)工況的變化適應性差，不能在各種情況下處于最佳狀態(tài)。且由于內(nèi)徑小，容易被臟物和水分堵塞，因此