制冷系统节流机构及工作原理

制冷系统节流机构及工 作原理 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998 节流机构 节流是压缩式制冷循环不可缺少的四个主意过程之一。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为蒸发压 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。 常用的节流机构有手动膨胀阀、浮球式膨胀阀、热力膨胀阀以及阻流式膨 胀阀(毛细管)等。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。 一、手动节流阀 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 较准确、方便地调整。 节流阀的开启度的大小是根据蒸发器负荷的变化而调节，通常开启度为手 轮的 1/8 至 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。 二、浮球节流阀 1、浮球节流阀的工作原理 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， 控制一小阀门开启度的大小变化而自动调节供液量，同时起节流作用的。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、浮球节流阀的结构型式与安装要求浮球节流阀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，然后再进入容器。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 阀的结构是由壳体、浮球、杠杆、阀座、平衡管、阀芯和盖等组成。 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贮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着降 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 应装置液体过滤器(采用 250 孔／cm2 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。 三、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。 热力膨胀阀的型式很多，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昂热力膨胀阀多为薄 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阀体、阀座、阀 针、调节杆座、调节杆、弹簧、过滤器、传动杆、感温包、毛细管、气箱盖和 感应薄膜等组成。 感温包里灌注氟利昂或其它易挥发的液体，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，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～0.2mm)合金片冲压而成，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)的饱和压力 P 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 P0(制冷剂的 蒸发压力)和弹簧的张力 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＝P0+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，则阀口的开启度也就随 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 ＞P0+W，这样就会导至膜片下移，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一平衡。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＜P0+W，这样就会导至膜片上移，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此。热 力膨胀阀的工作原理就是利用与回气过热度相关的 P 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℃的范围内。 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