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机房专用空调制冷系统的主要部件——节流装置
添加时间:2017-07-11
        节流是机房专用空调压缩式制冷循环不可缺少的四个主要过程之一。其本身一般具有较大的流动阻力,节流机构的作用有两点:一是对从冷凝器中出来的高压液体制冷剂进行节流降压至蒸发压力;二是根据系统负荷变化,调整进入蒸发器的制冷剂液体的数量。常见的节流装置有节流阀和毛细管两种类型。
        小型制冷装置因为工况比较稳定,制冷剂流量变化很小,不需要调节流量,所以一般采用毛细管形式。
        做成阀状的节流装置不仅可以实现节流,还可以在一定程度上进行流量调节。阀状的节流装置有手动膨胀阀、浮球式膨胀阀、热力膨胀阀、电子膨胀阀等多种形式。
        它们的基本原理都是使高压液态制冷剂受迫流过一个小过流截面,产生合适的局部阻力损失(或沿程损失),使制冷剂压力骤降,与此同时,一部分液态制冷剂汽化,吸收潜热,使节流后的制冷剂成为低压低温状态。

1.毛细管
        1)毛细管的功用
        在小型制冷系统(如电冰箱、家用空调器)中,采用毛细管来降压节流。它的降压节流原理如下:任何一种流体,当它流过细而长的管子时,由于要克服管内的摩擦阻力,其出口压力就要降低,管子内径越小、管子越长,则其流动阻力越大,压力降也越大,流量就越小。在制冷系统中,冷凝器与蒸发器之间装上一根毛细管,则从冷凝器中流出的高温高压液体,经过细小的毛细管口,将受到很大的阻力,使其液体流量减少,也就是说,限制了制冷剂进入蒸发器中的数量,使冷凝器中保持相当稳定的压力或毛细管两端的压力差,这样才能使制冷剂进入蒸发器中降低压力,得到很好的蒸发吸热和制冷。
        2)毛细管的结构
        毛细管是一根直径很细的纯铜管,它的内径一般在0.5~2.0mm,将其加工成螺旋形,以增大液体流动时的阻力。加工成的毛细管,其管内不得有灰尘、油污和氧化皮等,管外必须干净。毛细管的长度由空调器的规格决定,通常在0.5~2.0mm,毛细管的长短和管径的大小很重要,它直接影响到液体制冷剂的流通量和压缩机的制冷效果,因此,空调器在维修时,不得任意更换不同规格的毛细管,如果毛细管坏了,则可向生产厂家购买相同规格的管子来装配。空调器上毛细管的根数过去皆装设一根,现在装有两根,其原因是一只堵塞一根,空调器仍能继续使用。
        3)空调器蒸发温度的调整
        若需改变空调的蒸发温度,常用改变毛细管的长度或内径来进行。若要提高蒸发温度,可以缩短毛细管的长度或增大毛细管的内径;若要降低蒸发温度,可加长毛细管的长度或减小毛细管的内径。一般改变毛细管长度,可以微调蒸发温度的高低;而改变毛细管内径,则蒸发温度变化较大,因为毛细管的截面积与直径的平方成正比,对于小直径的毛细管来说,即使内径改变0.1mm,也会发生明显的压力变化。
需要指出的是,有些维修人员认为,增大毛细管内径,就可以增加管内制冷剂的流通量,从而使空调器的制冷量增加。实际情况并非如此,制冷量反而下降,其因是管径增大后,管内压力升高,蒸发温度亦升高,制冷剂蒸发吸热量下降。
        因此,采用毛细管的制冷设备,必须根据设计要求严格控制制冷剂的充加量。例如,200L左右的电冰箱加R12的质量在150g左右,上下偏差不大于5g。一般系统的首次充液量M可近似按下式确定:
M=20+0.6V(g)
式中:V——蒸发盘管内的容积(㎝3)
        4)毛细管的特性
        毛细管的优点:加工制作简单,价格便宜,没有运动部件,工作可靠,在冷凝器与蒸发器之间形成一个常通的通道,这样压缩机在停转后,能使冷凝器与蒸发器之间的压力报快地达到平衡状态,从而使压缩机再起动运转很省力。因为这一优点对全封闭式制冷压机来说极为重要。所以毛细管普遍应用于家用空调器中,作为制冷系统中的节流降压装置。
        毛细管的缺点:制冷调节性能差,降温速度慢,不适用于热负荷变化大的制冷装置。

2.手动膨胀阀
        手动膨胀阀和普通的截止阀在结构上的不同之处主要是阀芯的结构与阀杆的螺纹形式。通常,截止阀的阀芯为一平头,阀杆为普通螺纹,所以它只能控制管路的通断和粗略地调节流量,难以调整在一个适当的过流截面积上以产生恰当的节流作用。而节流阀的阀芯为针型锥体或带缺口的锥体,阀杆为细牙螺纹,所以当转动手轮时,阀芯移动的距离不大,过流截面积可以较准、方便地调整。
        手动膨胀阀的开启度的大小是根据蒸发器负荷的变化而调节的,通常开启度为手轮的1/8~1/4周,不能超过一周。否则,开启度过大,会失去膨胀作用。因此,它不能随蒸发器热负荷的变动而灵敏地自动适应调节,几乎全凭经验结合系统中的反应进行手工操作。
        目前,它只装设于氨制冷装置中,在氟利昂制冷装置中,广泛使用热力膨胀阀进行自动调节。

3.浮球式膨胀阀
        1)浮球式胀阀的工作原理
        浮球节流阀是一种自动调节的节流阀。其工作原理是利用一个钢制浮球为启闭阀门的 动力,浮球随液面高低在浮球室中升降,控制一个小阀门开启度的大小变化而自动调带供液量,同时起节流作用。当容器内液面降低时,浮球下降,节流孔自行开大,供液量增加;反之,当容器内液面上升时,浮球上升,节流孔自行关小供液量减少。待液面升至规定高度时,节流孔被关闭,保证容器不会发生超液或缺液的现象。
        2)浮球节流阀的结构形式与安装要求
        浮球节流是用于具有自由液面的蒸发器、液体分离器和中间冷却器供液量的自动调节。在氨制冷系统中广泛应用的是一种低压浮球阀。低压浮球阀按液体在其中流通的方式,有直通式和非直通式两种。直通浮球节流阀的特点是,进入容器的全部液体制冷剂首先通过阀孔进入浮球室,然后进入容器。因此,结构和安装比较简单,但浮球室的液面波动大。非直通式浮球节流阀的特点是,阀座装在浮球室外,经节流后的制冷剂不需要通过浮球室而沿管道直接进入容器。因此,浮球室的液面较平稳,但其结构与安装均较复杂。
        目前,我国冷冻机厂生产的浮球节流阀都是这种非直通式的。这种浮球节流阀的结构由壳体、浮球、杠杆、阀座、平衡管、阀芯和盖等组成的。
        浮球节流阀在安装时的要求是浮球室的气体平衡管应接在筒身上,而不应接在液体分离器的吸气管上。液体平衡管不应接在液体分离器与蒸发器之间的供液管上,也不应接在低压循环储液筒的氨泵吸液管上,以免浮球室内液面波动过大。蒸发器中的液体往往呈气泡沸腾状态,致使气液混合物的密度显著降低,造成蒸发器中的实际液面要高于浮球室的液面,因此将浮球节流阀安装到蒸发器上时,最好把浮球节流阀适当降低一些。浮球节流阀的管路系统中一般应装设液体过滤器(采用每平方厘米250孔的钢丝网),以保证进入浮球阀内的液体无杂质,避免阀门堵塞。此外,还要装设旁路手动节流阀,以便在浮球节流阀发生故障或清洗过滤器时仍可继续供液。

4.热力膨胀阀
        热力膨胀阀是氟利昂制冷装置中根据吸入蒸气的过热程度来调节进入蒸发器的液态制冷剂量,同时将液体由冷凝压力节流降压到蒸发压力的。
        热力膨胀阀的形式很多,但在结构上大致相同。按膨胀阀中感应机构动力室中传力零件的结构不同,可分为薄膜式和波纹管式两种;按使用条件不同,又可分为内平衡式和外平衡式两种。目前,常用的小型氟利品热力膨胀阀多为薄膜式内平衡热力膨胀阀。
        1)内平衡式热力膨胀阀内平衡式热力膨胀阀一般都由感温包、感应薄膜、顶杆、阀针、弹簧、调节杆、调节杆座、入口过滤器和毛细管等组成。
        感温包里灌注氟利昂或其他易挥发的液体,把它紧固在蒸发器出口的回气管上,用以感受回气的温度变化;毛细管是用直径很细的铜管制成的,其作用是将感温包内由于温度的变化而造成的压力变化传递到动力室的波纹薄膜上去。波纹薄膜是由很薄的(0.1~0.2mm)合金片冲压而成的,断面呈波浪形,能有2~3mm的位移变形。波纹薄膜由于动力室中压力的变化而产生的位移通过其下方的传动杆传递到阀针上,使阀针随着传动杆的上下移动而一起移动,以控制阀孔的开启度。调节杆的作用是在系统调试运转中,用以调整弹簧的压紧程度来调整膨胀阀的开启过热度的,系统正常工作后不可随意调节且应拧上调节杆座上的帽罩,以防止制冷剂从填料处泄漏。过滤网安装在膨胀阀的进液端,用以过滤制冷剂中的异物,防止阀孔堵塞。
        至于其工作原理,我们首先分析一下热力膨胀阀工作时波纹薄膜的受力情况。金属波纹薄膜受有三种力的作用:在膜片的上方,为感温包中液体(与其感受到的温度相对应的))饱和压力对膜片产生的向下推力p;在膜片的下方,受阀座后面与蒸发器相通的低压液体对膜片产生一个向上的推力Po(制冷剂的蒸发压力);弹簧的张力W的作用。此外还有活动零件之间的摩擦力等因素构成的作用力,因为其值甚小,在分析时可以忽略不计。由以上分析可知,当三力处于平衡状态,即满足P=Po+W时,膜片不动,则阀口处于一定的开启度。而当其中任何一个力发生变化时,就会破坏原有的平衡,则阀口的开启度也随之发生变化,直到建立新的平衡为止。
        当外界情况改变,如由于供液不足或热负荷增大,引起蒸发器的回气过热度增大时,则感温包感受到的温度也升高,饱和压力p也就增大,因此形成:P>Po+W,这样就会导致膜片下移,使阀口开启度增大,制冷剂的流量也就增大,直至供液量与蒸发量相等时达到另平衡。反之,若由于供液过多或热负荷减少,引起蒸发器的回气过热度减小,使感温包感受到的温度也降低时,则饱和压力p也就减小,因此形成:P<Po+W,这样就会导致膜片上移,使阀口开启度减小,制冷剂的供液量也就减少,直至与蒸发器的热负荷相匹配为止。热力膨胀阀的工作原理就是利用与回气过热度相关的力的变化来调节阀口的开启度的,从而控制制冷剂的流量,实现自动调节。
        另外,从上述关系也可看出,调节不同的弹簧张力W,便能获得使阀口开启的不同过热度。与调定的弹簧张力W相对应的制冷剂的过热度称为静装配过热度(又称关闭过热度)。一般希望蒸发器的过热度维持在3~5℃。
        2)外平衡式热力膨胀阀
        外平衡热力膨胀阀与内平衡热力膨胀阀在结构上略有不同,其不同处是感应薄膜下部空间与膨胀阀出口互不相通,而且通过一根小口径的平衡管与蒸发器出口相连。换句话说,外平衡热力膨胀阀膜片下部的制冷剂压力不是阀门节流后的蒸发压力,而是蒸发器出口处的制冷剂压力。这样可以避免蒸发器阻力损失较大时的影响,把过热度控制在一定的范围内,使蒸发器传热面积充分利用。外平衡热力膨胀阀的结构原理如下图所示。

        内、外平衡式热力膨胀阀的工作原理完全相同,只是适用的条件不同,如果蒸发器中制冷剂的压力损失较大,使用内平衡式热力膨胀阀时,就会使蒸发器供液量不足,出口处气态制冷剂的过热度增大。也就使蒸发器的传热面积的利用率降低,制冷量相应减小。所以,在实际应用中,蒸发器压力损失较小时,一般使用内平衡式热力膨胀阀;而压力损失较大时(当膨胀阀出口至蒸发器出口制冷剂的压力降相应的蒸发温度降低超过2~3℃时),应采用外平衡式热力膨胀阀。
        3)安装热力膨胀阀时应注意的问题
        (1)首先应检查膨胀阀是否完好,特别注意检查感温动力机构是否泄露。
        (2)膨胀阀应正立式安装,不允许倒置。
        (3)感温包安装在蒸发器的出气管上,紧贴包缠在水平无积液的管段上,外加隔热材料缠包,或插入吸气管上的感温套内。
        (4)当水平回气管直径小于25mm时,感温包可扎在回气管顶部;当水平回气管直径大于25mm时,感温包可扎在回气管下侧45°处,以防管子底部积油等因素影响感温包正确感温。
        (5)外平衡膨胀阀的平衡管一般都安装在感温包后面100mm处的回气管上,并应从管顶部引出,以防润滑油进入阀内。
        (6)当一个系统中有多个膨胀阀时,外平衡管应接到各自蒸发器的出口。

5.电子膨胀阀
        电子膨胀阀是由电子电路进行控制的膨胀阀,它是变频制冷空调设备中的关键部件。电子膨胀阀有其他膨胀阀无法比拟的优点。它的流量控制范围大,动作迅速,调节精细,动作稳定,可以使制冷剂往、返两个方向流动。
        在变频式制冷空调设备中,压缩机由变频电动机拖动,电动机的转速可以根据室内制冷量的需要而连续变化,最终使压缩机的制冷量达到连续变化的自动控制,为配合制冷量的连续变化,采用电子膨胀阀变频式压缩机匹配使用。由于电子膨胀阀能够根据型计算机的指令,迅速调节阀的开启度,快速控制制冷剂的流量,可减小房间室内的温差,因而能够增强空调的舒适程度,又可最大限度地节能。
        电子脚胀阀由主阀与定子线圈两部分组成,电子膨底阀的驱动部件是一个脉冲步进电动机。
        当定子线圈接受微型计算机送来的脉冲电压时,所产生的磁场与磁钢的磁场相互作用产生一扭矩驱使转子组以一定的角度步进式向左或向右旋转,从而带动阀针上、下移动。
        当转子组向右旋转至一定位置时,转子组上的撞块与螺纹套上的撞块相碰,阀体处于阀座上的阀口的最低位置,膨胀阀全闭。转子组向左旋转,阀口打开,当定子线圈工作完全开脉冲数后,膨胀阀全开。           若转子组继续向左旋转,直至旋出螺纹套,弹簧可帮助转子组在右旋时可靠动作。
        电子膨胀阀的优点:流量调节范围大;控制精度高;适用于智能控制;能适用于高效率的制冷剂流量的快速变化。
 
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