膨胀阀原理及其应用.docx
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膨胀阀原理及其应用
热气旁通阀及其应用
热气旁通阀功能
在很多机组中都会用到一种叫热气旁通的方式，其方法是通过一个可调整的控制阀将压缩气的排气旁通到系统的低压侧，使得系统的能力能与负荷相适应。
对于活塞式压缩机来说，热气旁通比用压缩机卸载的调节的能力更广。
基本上系统为保持最低吸气压力，必须通过旁通的方式将变压制冷剂旁通到低压侧。
通过使用不同的热气通阀，可以保持低压侧的压力。
热气旁通阀通常有如下几种类型：
1.
无平衡口的旁通阀（如图1）
2.
3.有平衡口的旁通阀（如图2）
4.
有导阀驱动的旁通阀（如图3）
热气旁通阀的应用
1.热气旁通到压缩机的进气管。
图4是最常见的热气旁通系统。
在这种系统中，热气通过旁通阀直接导入压缩机的回气管。
虽然压缩机曲轴箱压力保持阀FA5与热气旁通阀FA8外形类类似，但两者实际上差别很大，热气旁通阀属于顺气流控制。
导阀驱动式的旁通阀的主阀上有一个调节杆，使得阀可以取消平衡口设计。
通过调节杆可以方便地调节旁通的流量，导阀通常可以导动操作；可作为测试及紧急时用。
热气旁通阀应用在系统中有多种方式，取决于阀的出口在系统中的位置。
气流混合的方式有多种，最常见的是将热气流动的方向与回气的流动方向相反。
2.
热气旁通到蒸发器入口
热气旁通的另一种方式是将热气旁通到蒸发器的入口，通常位于膨胀阀与分配之间（见图6、7），这样做有明显的好处。
人为增加蒸发器的负荷可以使膨胀阀作出反应，从而不需要液喷射阀。
蒸发器作为一个缓冲使得混合效果良好，这种应用基本要求是必须采用文丘利分配头（不能用孔板式分配器）。
如果蒸发器高度位于压缩机的下面，推荐采用这种方式，可以防止在低负载时回气流速低而产生的回油陷井，将热气旁通到蒸发器入口使得回油良好。
尽管这种方式有很多好处，但这种方式很少用在多换热系统或蒸发器离压缩机很远的系统中。
换热器设计必须考虑液体流动由上向下，防止聚集太多的制冷剂而突然对曲轴造成冲击。
旁通到回气管中的汽液分离器也是可以的，但必须充分了解汽液分离器的结构及充分的测试。
3.电磁阀
推荐在热气旁通阀前装一个电磁阀，可以在控制上做到自动控制。
应用FA8导阀型通阀可以不需要磁阀，因为导阀可以由电磁阀来控制。
喷液膨胀阀的应用
当热气直接通到回气管时，必须保证回气的过热度不能太大。
因此有必要考虑添加一个喷液热力膨胀阀，防止过度过大伤害压缩机。
标准的热力膨胀阀不能作为喷液用，因为其过热度调节范围不会超过12℃。
只能使用喷液膨胀阀来满足压缩机这种需求。
ALAO有这种喷液膨胀阀，有A、B、C、D种型号，可调过热度的范围（见表4、5）在表中已给出。
喷液膨胀阀可以是内平衡形式，但如果分配器等存在较大压降，则必须采用外平衡管。
为了获得更好混合效果，可以将热气旁通阀的出口与喷液膨胀阀混合管形成“牛头”形，再将混合管与回气管形成45°见图7、8。
对于小于或等于7/8＂的回气管，可以采用“T”三通取代45°角连接，对于直径大于2-5/8＂回气管，混合管也可采取与回气管垂直方式。
特殊应用
在一些系统中，蒸发器出口装有蒸发压力保持阀，如果装有热气旁通阀，推荐将旁通阀的外平衡管连在蒸发压力保持阀的出口，这样利于保持蒸发压力稳定（见图11）。
可以通过气动来实现对旁通阀的控制，控制的信号可以是：
出水或出风温度、进水或进风温度、温度、压力等等。
膨胀阀原理及其应用
热力膨胀阀的原理
热力膨胀阀是一种比较精确的节流装置，用来调节流入蒸发器制冷剂的流量，其动作的幅度与离开蒸发器的制冷剂温度和压力有关。
由于膨胀阀能较好地控制回气过热度，因此可以有效地防止压缩机的液击。
如图1，膨胀阀的动作与三个力有关：
1感温包的传递的压力P1；
2蒸发器的压力P2；
3过热度设定弹簧的弹力P3；
由图中可以看出，当力平衡时
P1=P2+P3
当离开蒸发器的制冷剂热度增大，感温包内的气体升温，使得P1＞P2+P3，这样将推致力阀开向下移动，阀的开度加大，更多的制冷剂将流入蒸发器，离开蒸发器的过热度将减小，再影响感温包内的压力，直至最好整个系统平衡。
膨胀阀的静态过热度
热力膨胀阀出厂时工厂会对阀的过热度进行一个设定，这个设定的过热度称之为静态过热度。
实际运行时膨胀阀的过热度会大于静态过热度，一般为2~4℃。
这部分过热度称之为附加过热度。
例如膨胀阀出厂时静态过热度3.5℃，实际上的过热度5.5~7.8℃。
膨胀阀出厂时静态过热度一般为3~6℃。
当使用不可调的热力膨胀阀时，必须确保正确的过热度。
可以用可调的膨胀阀在实验室测好以后，再交给膨胀阀生产厂家转换成不可调的膨胀阀。
外平衡管
如果通过蒸发器阻力过大，就必须考虑用外平衡管的膨胀阀。
一般来说阻力不要超过1.7℃，对于低温制冷的阻力要求更小。
举一个例子就能很好说明有无外平衡管对膨胀阀的影响。
如图4，系统使用内平衡式。
膨胀阀，蒸发器的阻力为69kPa（10Psi），这样C点的压力为4.07bar（59Psig）；A点的压力为4.76bar（69Psig）。
弹簧设定的过热度5.6℃（10°F）或者弹簧力为75.9kPa（16Psig），所以在膜片上的平衡力为85Psig（16+69）。
这个力对应的饱和温度为10℃。
很明显如果阀要平C点温度必须是10℃（50°F），但59Psig对应的饱和温度是0.6℃（33°F），因此必须有9.3℃（5-33）的过热度，为了增加过热度从5.6℃（10°F）增加到9.3（17°F），必须使用更多的蒸发器面积。
如果采用外平衡管，将平衡管连接到蒸发器出口或压缩机回气管靠近感温包处，就可以避免上述问题。
可以看到，使用外平衡管可以将过热度由17°减到11°F。
当蒸发器的阻力损失超过上述推荐值，或者系统中存在分配器，则必须使用外平衡式膨胀阀。
外平衡管的连接位置
外平衡管的连接口必须位于最大压降点之后，一般来说将连接管接在蒸发器的出口位置（见图5、6）。
当平衡管接在水平管上时，记住保持平衡管的接口位于水平管的顶部，避免油积存在平衡管中。
当蒸发器的阴力小于前面所提到数值，可以将外平衡管连接到蒸发器的中部。
特别是在蒸发器出口装有蒸发压力调节阀的系统，这样做可以使得热力膨胀阀控制比较平衡。
不管是什么情况，外平衡管尽量靠近蒸发器侧。
在多蒸发器系统中，膨胀阀的外平衡管接口位置不要受其他阀的影响。
千万不要将所有的外平衡管连接在一起，过热度的调整。
膨胀阀的功能就是保持回气过热度。
良好的热度控制是判断膨胀阀是否适合主要参数。
因此必须精确记录平衡管口的压力及感温包处的温度，其他间接的方法都不太可靠。
将测得过热度与希望得到的过热度进行比较，参照膨胀阀生产厂家调节指南进行调整。
膨胀阀选型要考虑的因素
要对膨胀阀选型，下述设计因素必须考虑：
最大蒸发器负荷；蒸发温度；最大和最小的冷凝温度和制冷剂。
任何时候，膨胀阀的选型按实际工况进行而不要按膨胀阀的标称冷量进行，同时必须考虑下述因素。
1．压降
用最大和最小的冷凝压力，减去蒸发压力，得到一个压降范围。
同时也必须考虑管道，分配器等的阻力，特别是分配器的阻力，必须仔细检查。
2．仔细考虑进入阀体的最大和最小的液体温度，选择合适的修正系数。
M、O、P
M、O、P是指最大最作压力，当吸气压力到达伤害系统的情况下，有M、Q、P的膨胀阀可以关闭，压缩机有机会将回气压力减少，防止伤害压缩机。
有M、O、P功能的膨胀阀的感温包中通常是气体充注，（“g”充注），但必须注意，M、O、P充注的感温包易受环境影响。
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感温包的充注
膨胀阀的充注一般可分为：
液体充注；气体充注；液体交叉充注；气体交叉充注；吸附式充注等。
液体充注
通常感温包使用与系统相同的制冷剂，膨胀阀感温包在生产时充入完全的液态的制冷剂，感温包在运行时一直处于饱和温度状态，液体充注有优点，也有缺点，启动时过热度很小或没有；蒸发温度低时过热增大；启动以后的吸气压力下降很慢等。
液体交叉充注
液体交叉充注是指感温包的液体制冷剂与系统所用的制冷剂不同，所以感温包制冷剂的压力与温度对应曲线会与系统制冷剂的压力与温度曲线交叉。
液体交叉充注的好处是：
•启动时吸气压力下降平稳。
•受外界环境影响小。
•对吸气管温度变化反应不会过于敏捷。
•特殊应用情况下过热可以定做。
气体和气体交叉充注
由于气体可以变成液体,因此用气体充注可以更变操作特性。
在一些预先决定的温度，感温包内的气体将变得过热，限制了其作用力的增加，这种情况称为MOP。
任何一种MOP温度点取决于感温包的充注和安装位置，所有的气体充注受环境的影响较大。
热力膨胀阀的应用
通常为更好的使用效果，膨胀阀安装位置要便于维护及调整，对于装有压损较大的分配器的系统；膨胀阀尽可能靠近分配器（见图8）
对于气体充注的膨胀阀，必须保证阀体的温度大于感温包的温度，否则须在阀体加上加热丝，感温包的毛细管不要碰到比感温包感温处的温度更低的管路。
感温包安装位置
既然蒸发器的表现很大程度依赖于膨胀阀的控制，因此必须仔细考虑感温包的充注安装位置，通常感温包平行地安放在蒸发器出品管上。
在安装感温包前，仔细地清理回气管，如果回气管采用的是钢管，在清理完后必须刷上银灰粉漆，对于小于7/8”的管，感温包必须安装在4点或8点位置（见图9）。
为防止受外界空气影响，在安装好感温包好后必须防水保温材料将感温包保温好。
感温套管
对于一些大的回气管（2-1/8”或更大），可以使用感温套管（见图10），避免将感温包放置在回气管弯头低部，因为弯头处容易聚集油和制冷剂，会使感温包的动作不稳定，过热度将波动很大。
要保证感温包与套管接触良好，如果需要焊接；一定要将感温包拿走。
膨胀阀的“波动”
膨胀阀的“波动”是指蒸发器的供液量过大或过小，直接影响回气过热度及压力。
调整吸气器的布置或调整感温包的位置及感温包的充注都可以消除或减小这种“波动”。
控制得比较好的膨胀阀可以做到动态平衡较好，对于蒸发器的制冷剂的流量变化敏感，防止控制时太大惯性存在。
膨胀阀控制经验表明膨胀阀的“波动”受低负荷影响较大，因为在阀关小，作用在膜片上的力比较难平衡。
平衡阀口
在一般膨胀阀中，当通过阀口的压降发生变化时，很容易造成“不平衡”现象，这种“不平衡”易造成压缩机液态或过热，所以新的膨胀阀都采用“平衡阀口”的设计，见图12。
停机平衡孔
在很多情况下，系统停机时希望能尽快平衡系统高/低压侧的压力，这时候就需要在膨胀阀内部有一个平衡孔。
见图14。
平衡孔的大小测试确定，添加了平衡孔可能会影响阀的大小选型。
膨胀阀的焊接及调整
当采用焊接形式的膨胀阀时，记住将感温包移开，同时将阀体冷却。
对于可拆卸式的膨胀阀，在焊接前将阀体不需要焊接的部分拆除（见图15、16）。
调整膨胀阀的过热度很简单，把调节杆向“松”的方向转动，则减小过热度，反之则增加过热度。
每转1圈大概调整过热度1.5~2℃，但最多调动不能超过10圈。
对“W-MOP”；“G”和“GS”充注的阀，调整过热度将改变其MOP值。
过热度增加，MOP值将减小，反之则反。
使用膨胀阀常见现象及其解决方法
1．低吸气压力，高过热度
一、因是膨胀阀限制了制冷剂流量。
可能原因
a、大的高度差，过小的液管或过低的冷凝温度。
通过阀压降大小。
b、液管中有气泡，有可能是充注量不够造成的。
如果在液管中没有视液镜，可在膨胀阀处听到吹口哨的声音。
c、外平衡管堵住。
d、在阀座中结冰或有水份，这可以关机时回气压力迅速增大多判断。
e、阀口太小。
f、过热度设定过大。
g、气体充注的感温包失去控制，可能因为毛细管或阀体的温度比感温包低。
解决方法
a、增加高压，如果液管太小，则增大其直径。
b、找到有气泡的原因，可以用下述方法：
1）增加充注量；
2）清洗过滤器，换干焊过滤器芯；
3）确定管直径是否合适；
4）增大高压或减小液体温度。
d、在液管增加干燥过滤器。
二、除膨胀阀外其他地方的阻力
可能原因
a、过滤器阻塞或太小。
b、电磁阀不正常工作或太小。
c、贮液器的角阀太小或没完全打开，排气阀或回气阀阻塞式没有完全打开。
d、液管太小或回气管太小。
2．低回气压力……低过热度
可能原因
a．蒸发器的分配太差，造成短回路；
b．压缩过大或空气流动不合理；
c．蒸发器太小；
d．蒸发器中积存过多油；
3．高吸气压力……高过热度
可能原因
a．过大的蒸发器，或过小压缩机，或蒸发器负荷过大；
b．压缩机排气阀泄漏。
4．高吸气压力……低过热度
可能原因
a．阀的过热度设度过小；
b．过大膨胀阀并且液管中有气泡存在；
c．阀杆或座被腐蚀，异物卡住，造成回液；
d．膜片破裂；
e．外平衡管被堵住；
f．阀在开启位置处被冰卡住。
5．吸气压力波动
可能原因
a．过热度设置不正确；
b．回气管回油弯影响，或感温包放置位置不当；
c．蒸发器分本不合理或与负荷不平衡；
d．冷凝水阀的影响（水冷式）；
e．外平衡管阻塞或太小。
6．排气压力波动
可能原因
a．冷凝水阀的影响；
b．充注量不够，通常伴随有回气压力波动；
c．冷凝水供应波动；
d．冷凝风扇工作不正常；
e．在低温制冷情况下，排气压力控制阀波动。
7．高排气压力
可能原因
解决方法
a．确定过滤器大小是不合适。
解决方法
a．将感温包固定好，并且清洁放置感温包的管路；
d．确保回气管回油顺畅或安装油分离器。
解决方法
解决方法
c．修理膨胀阀，并且安装干燥过滤器。
解决方法
b．将感温包放置比较合理的地方，见图17、18、19、20。
解决方法
解决方法
a．冷凝器或储液罐太小；
b．冷凝器风量或水量太小；
c．过充；
d．冷凝器脏。
冷凝压力控制阀及其应用
对于一些长年运行的风冷冷凝器或需要在低温环境下运行的冷凝器，需要用到冷凝压力控制阀来保持冷嘲热讽凝压力，使系统统正常工作。
其作用：
1.保持冷凝液体过冷度和防止产生闪发。
2.保证膨胀阀入口有足够的压力。
3.保证有热气除霜或热气旁通的系统正常操作。
4.对于热回收系统来说，用来保持足够的温度。
冷嘲热讽凝压力控制阀有三个接口，通过排气压力进行控制。
在膜片的充注包内保持有一定的压力，在高温度情况下旁通气体由B端口进入，作用于膜片产生向上的力，推动密封垫，密封于上座，从而阻止旁通气体由B流C（见图1）。
当环境温度降低时，冷凝压力会降低，这时候随着排气压力下降，密封垫将向下移动，将有部分热气直接旁通进储液罐，在冷凝器出口产生一个相对较高的冷凝压力。
其间接的高焊是减小冷凝器的面积，从而达到保持高冷凝压力的目的。
图2列出了这种阀一个典型应用，阀的最常见设定值是35~36℃冷凝温度对应的压力值。
所有的冷凝压力控制阀应用时，都必须添加一个储液罐，储液罐必须足够可能容纳下整个系统的充注量。
系统的充注量由以下几个部分组成：
A．在高温环境状态下，系统运行需要的制冷剂。
B．在最低环境温度下，希望维持某个压力而添加的制冷剂，一般等于整个冷凝器充满液体时的充注量。
注意：
如果实际温度低于设计工况，必须添加更多的制冷剂，一般经验值是系统总的充注量不要超过贮液罐容量的75%。
1．应用冷凝压力控制阀一定要添加贮液罐，并且贮液罐容量不能太小，否则有可能伤害系统。
2．必须与热力膨胀阀同时使用。
通常冷凝压力控制阀应用于用温度控制的系统。
系统在停机期间，尽量防止制冷剂迁移到冷凝器中，如果系统在停机期间不存在降压过程（压缩机继续短时间运行），制冷剂会通过某些种类的压缩机由低压管流向冷凝器。
用曲轴加热器可以防止制冷剂积存在压缩仙，但不能防止制冷剂迁移。
如果系统充注合理，上述迁移是可以容忍的。
在某些特定情况，贮液罐处于温度较高的环境中，则必须在阀或贮液罐之间添加一个单向阀，用来防止停机时，贮液罐的压力等于冷凝器的压力。
这样能确保系统启动会存在一个压差。
注意：
使用冷凝压力控制阀时，不要同时使用风速调节装置，由于风速调节装置引起压力开关可能会导致膨胀阀紊乱和缩短膨胀阀的寿命。
AlcoHP系统冷凝压力控制阀的标称冷量是基于37℃液体和4.4℃蒸发温度极压降来决定。
为了得到其他工况下的冷量，乘以表2所给出的系数。
注意：
选择阀时不要让阀口B和C之间的压降超过5Psi或通过冷凝器的压降不要超过20Psi。
在一般工况下，冷凝器提供的过冷度足够克服流过冷凝压力控制阀的压阴而不致于闪发。
如果确实过冷度不够，建议再平行地安装冷凝压力控制阀，但一定不能让两个阀的大小不一致。
从冷凝器到贮液罐液管中制冷剂的流过控制在150fl/min。
确定系统要添加的充注量可以这样来计算：
在最低温状态下冷凝器是完全充满液体，因此计算出整个冷凝器内容积便可以得到要添加的充注量，见表3。
常见现象及排除（在低温情况下）
现象
可能原因
解决方法
运行期间冷凝压力低
a.阀不能关紧C端口
1在“C”端口有异常物卡住
2充注包泄漏
3充注量不够
b.举世的充注错误
c.贮液罐紧露在更低的环境中
d.热气旁通阀被阻塞或关闭
b.更换
c.贮液罐保温
d.清理
系统压力高或高压开关动作
a.压缩机不动作或液管阻塞或低压管产生太低的压力
b.冷凝风扇不工作
c.风扇被调速
d.通过泠凝器的压力起过20Psi,，使得“B”端口部分打开
e.冷凝器大小或短路
f.“B”端口被异物卡住或破坏
g.充注包错误充注
h.系统充注过多或存在空气
c.取消调速装置，确保其一直运转
ACSTD001-A
换热器选型程序操作说明
选型结果
公司现有三套有关换热器选型程序，分别是CONDCOIL、EVAPCOIL、REFRIGPIP。
CONCOIL是用来计算冷凝器选型或校核，EVAPCOIL是用来计算蒸发器选型或校核，REFRIGPIP用来计算铜管的阻力。
下面举例说明：
1．冷凝器的选型和校核
环境温度（干球）
铜管及翅片的类型，只有光管与波纹片有效
目标制冷量
换热器高度
换热器展开长度
风量
选型
选型界面如图
设定的冷凝温度
1ROWx12FPIx26THx1149
1ROWx12FPIx26THx1218
以MAC030CR为例，该机型冷凝器参数为,FPI表示每英吋铝翅片数，1TH表示1英吋。
从参数可以看出冷凝器为2排，平均长度为1183.5。
MAC030C的风量为3700m3/h，等于3700/1.7=2100CFM;高度等于26x25.4=660.4;目标制冷量为7500W/0.293=25500Btu/h；将上述参数输入，就可以选出换热器的其余参数：
2ROWX12FPI，同时也可得到换热器的风阻力、迎面风速、压力损失等参数。
通过调节冷凝温度，可以看到换热器结果变化。
如果已知换热器的外形尺寸及风量，可以通过CONDCOIL较核。
较核
换热器的需要的热量
换热器的实际换热量
注意：
TotalHeatRejection=Designedcapacity+PowerInput，因此最好仔细查阅压缩机样本，将相应的参数输入。
从上述界面可以看出，将换热器的有关参数输入后，可以得到Selectedcoilcapacity，如果此值大于TotalHeatRejection，说明换热器可以满足设计需求。
2蒸发器的选型及校核
蒸发温度，一般可以选4~5℃
设计的制冷量
双击选择这栏，再点击Print就可以将选型结果打印出来
蒸发器选型软件EVAPCOIL界面与CONDCOIL类似。
以CC30CR为例，要求的制冷量为7500W，设计风量为1200M3/H，外形尺寸14THx780FL。
将这些参数输入，点击Calculate，就可以得到上述结果。
蒸发温度，不要低于-2℃，否则有可能在标准工况下结霜。
将制热量减除压缩机的输入功率
注意做蒸发器时风量会有所减少，一般X0.75,看换热器的排数.
值得说明的是对于热泵来说，必须双向校核一下，也就是说，除校核制冷时换热器的大小，还必须校核制热时换热器的情况。
例如：
上述AC30CR指热换热器面积是否足够呢？
将已知的参数输入，看ActualCoilCapacity是否大于DesignCapacity，大于则满足需求。
注意校核时RefrigerantTemp至关重要，一定要保证不能太低，否则有可能在标准制热工况时有可能会导致换热器结霜，不符合国标要求。
3管阻力计算RfrigPip
直管清单
各种接头清单
冷凝及蒸发温度F
管阻力计算其实对系统来说至关重要，要取得较高的COP或EER，必须尽可能减小除换热器外的连接管阻力，特别是回气管的阻力损失将导致冷量的损失及压缩机输入功率的增加。
将直管长度和各种弯头、三通、变径及阀门等个数加入清单，按Calculate，可以得到如下报表：
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