低环境温度热泵系统四通阀液击失效研究.pdf

低环境温度热泵系统四通阀液击失效研究周晓晓邱成马彦婷陈洁（浙江盾安人工环境股份有限公司，诸暨）摘要：通过研究低环境温度热泵系统与常温热泵系统的差异，分析了四通阀液击失效现象及原因。提出了低环境温度热泵系统及四通阀产品设计优化措施，提高了低环境温度热泵系统的可靠性，拓展了热泵技术应用区域。关键词：低环境温度热泵系统；四通阀；液击失效；设计优化；研究周晓晓，女，年生，硕士研究生，市场部部长助理 浙江绍兴市诸暨市店口镇解放路 号浙江盾安人工环境股份有限公司南门 ：收稿日期：引言热泵可以利用低温热能实现高效供热，是支撑“双碳”战略实施的重要技术。近年来，随着低环境温度热泵产品快速投向市场，低环境温度热泵系统四通阀液击失效问题时有发生。四通阀是热泵系统的关键元器件之一，液击失效将导致热泵系统无法正常工作。本文通过研究低环境温度热泵系统与常温热泵系统的差异，分析四通阀液击失效现象及原因，提出低环境温度热泵系统及四通阀产品设计优化措施。低环境温度热泵系统与常温热泵系统的差异 高低压差根据 低环境温度空气源热泵（冷水）机组，低环境温度热泵要求能在不低于 的环境温度里制取热（冷）水，常温热泵制热最低环境温度为。以制冷剂为 、使用侧温度相同的热泵系统为例，低环境温度热泵高低压差比常温热泵大约 。因此，低环境温度热泵系统对四通阀的耐压要求更高。排气温度以使用 制冷剂的热泵系统为例，低环境温度热泵系统在低温制热工况运行时，排气温度长期在 以上，最高温度达到 ；常温热泵排气温度长期在 以下，最高温度不超过 。因此，低环境温度热泵系统对四通阀耐温要求更高。制冷剂循环量低环境温度热泵系统在低温制热工况运行时，制冷剂循环量小，系统多余的制冷剂液体积存在冷凝器和储液器。四通阀换向时，回液量比常温热泵大，对四通阀抗液击能力要求更高。化霜时间低环境温度热泵系统在低温制热工况运行时，相比常温热泵，蒸发温度低，化霜时间长，冷凝器积存液体多。四通阀换向时，回液量比常温热泵大，对四通阀抗液击能力要求更高。通过以上几点分析可知，低环境温度热泵系统的四通阀在耐压、耐温、抗液击能力等可靠性指标上，与常温热泵系统四通阀相比存在较大差异。低环境温度热泵系统四通阀液击现象及原因液击，也称液压冲击。在液压系统中，快速换向或关闭油路时，液体流速急剧改变（如变向或停止），受流动液体或运动部件惯性的作用，会瞬时产生高压力。此种液压冲击压力往往比正常情况下的压力大好多倍，极具破坏性，易导致器件损坏。低环境温度热泵系统四通阀液击指四通阀内部积存有制冷剂液体、四通阀换向时，制冷剂液体从压缩机或冷凝器正、反向冲击四通阀，四通阀被“瞬间液击”打坏。其主要失效现象为滑块破裂、螺钉脱落、密封碗外翻和导向架变形，如图所示。典型的低环境温度热泵系统原理图见图。四通阀 管、管分别与压缩机排气管、吸气管连接，管与冷凝器连接，管与蒸发器连接。图四通阀液击失效现象图低环境温度热泵系统原理图 正向液击正向液击指制冷剂液体随压缩机排气经四通阀管进入四通阀的液击现象。低环境温度热泵系统正常运行时，压缩机排气中没有制冷剂液体。但是如果室外环境温度低，机组经过长时间停机后，制冷剂液体会迁移到压缩机。这时再次启动压缩机，制冷剂液体随压缩机排气经四通阀管进入四通阀。另外，制热化霜结束时，压缩机中往往也暖通空调 年第 卷增刊 空调制冷存在较多制冷剂液体，这时再次启动压缩机，必然导致制冷剂液体随压缩机排气经四通阀管进入四通阀。此时四通阀如果马上换向，以及四通阀换向过程制冷剂液体持续冲击四通阀，都会导致四通阀的正向液击。反向液击反向液击指制冷剂液体从冷凝器经四通阀管或从蒸发器经四通阀管进入四通阀的液击现象。低环境温度热泵系统在低温制热工况运行时，制冷剂循环量小，系统多余的制冷剂液体积存在冷凝器和储液器。制热化霜结束时，化霜工况时冷凝器积存较多制冷剂液体。以模块机为例，冷凝器在四通阀上部，制冷剂液体自然而然地从冷凝器经四通阀管进入四通阀，此时四通阀如果马上换向，以及四通阀换向过程制冷剂液体持续冲击四通阀，都会导致四通阀的反向液击。低环境温度热泵系统设计优化）系统程序设计时。压缩机启动后，四通阀延时 再换向。让积存在压缩机的制冷剂液体经四通阀排出，再切换四通阀。减轻四通阀的正向液击。）系统程序设计时。化霜结束后，适当延长压缩机停机时间。让冷凝器制冷剂液体回流到储液器，再启动压缩机，切换四通阀。减轻化霜结束后的四通阀反向液击。）制冷剂充注量大的系统。在系统设计时设置储液器，减轻化霜结束后的四通阀反向液击。）充注制冷剂时。应防止制冷剂液体直接进入四通阀内部，以免阀体内部受到冲击，同时应避免超量制冷剂充注，以免四通阀的动作不良。四通阀产品设计优化 中间流量为加强四通阀抗液击能力，需要适当提高其中间流量。中间流量是指四通阀在换向过程中，滑块处于中间位置时，滑块不能完全盖住阀座三孔，导致从压缩机排气口进入四通阀的制冷剂会有一部分经过不能盖住的通道直接流到压缩机吸气侧。四通阀中间流量的大小根据所用空调整机系统的定频、变频会有不同，定频系统为减小换向过程对阀的冲击力，中间流量较大。变频系统因系统切换时压缩机频率较低，为能实现稳定换向，中间流量较小。滑块低环境温度热泵相比常温热泵排气温度高，高低压差大，正向液击和反向液击冲击大。四通阀应选用耐高温的 材料滑块，同时需要提高滑块的耐压强度，要求在 温度条件下，最大耐压强度不小于 。导向架与螺钉应对低环境温度热泵系统四通阀导向架进行结构优化，设计加强筋等方案来提高耐压强度。针对液击导致的螺钉松动，采用基于摩擦力矩防松原理的楔形螺纹取代普通螺纹，楔形螺纹是一种具有锁紧功能的内螺纹，同时选用预涂胶螺钉防松方案。结语通过对低环境温度热泵系统四通阀损坏原因的分析，确定了正向液击和反向液击是造成四通阀液击失效的主要原因。提出了低环境温度热泵系统及四通阀产品设计优化措施，提高了低环境温度热泵系统的可靠性，拓展了热泵技术应用区域。希望能够对低环境温度热泵系统设计、四通阀产品设计工作起指引作用。参考文献：董明景，方祥建，陈晓东，等模拟制冷系统液击的新型四通阀可靠性试验设备制冷与空调，（）：郭锦荣，黄林东空调用四通阀损坏形式研究日用电器，（）：邓智，颜小林，方祥建，等四通电磁换向阀液击损坏的预防措施分析制冷与空调，（）：王传华，孙思，罗伟新，等风冷冷（热）水机组四通阀应用分析及实验研究制冷，（）：空调制冷暖通空调 年第 卷增刊