制冷系统节流机构及工作原理.doc

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(0.1～0.2mm)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，使蒸发器传热面积充分利用。
内、外平衡式热力膨胀阀工作原理完全相同，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，就会造成蒸发器供液量不足，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漏。
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项部；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。
四、毛细管在电冰箱、空调器等小型制冷设备中，常用毛细管做节流装置，它主要是*其管径和长度的大小来控制液体制冷剂的流量以使蒸发器能在适当的状况下工作。制冷工程中一般称内径0.5～2mm左右，长度在1～4m左右的紫钢管为毛细管。与节流阀相比毛细管做为节流装置的优点是无运动件不会磨损不易泄漏、制造容易价格便宜、安装省事，缺点是流量小并不能随时随意进行人为调整。
在内径及长度已确定后，毛细管的流量主要受进、出口两侧即高、低压两端压力差大小的影响，与来液过冷度大小、含闪发气体多少以及管弯曲程度、盘绕圈数等也有关。因此机组系统一定时，不能任意改变工况或更换任意规格的毛细管。据有关实验表明，在同样工况和同样流量条件下，毛细管的长度与其内径的4.6次方近似成正比，即
L1/L2=(d1/d2)4.6
当环境温度升高或制冷剂充加量过多时，冷凝器压力变高，毛细管流量增大会使蒸发器压力及蒸发温度随之升高。反之，当环境温度降低或制冷剂充加量不足时，冷凝器压力变低，毛细管流量减小会使蒸发器压力及蒸发温度随之降低，导致制冷量下降，甚至降不到所需的温度。
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量在150克左右，上下偏差不大于5克。一般系统的首次充液量M可近似按下式确定：
M=20+0.6V（克）
式中：V—蒸发盘管内容积(cm3)
毛细管工作原理：当有一定过冷度的液体制冷剂进入毛细管后，会沿着流动方向发生压力状态变化，过冷液体随压力逐渐降低而变为相应压力的饱和液体，称为液相段，其压力不大且呈线性变化。从毛细管中出现第一个气泡至毛细管末端，称为气流共存段，其饱和蒸气的含量沿流动方向逐步增加而压力呈非线性变化。越到毛细管末端，单位长度的压力越大。当压力降到低于其相应的饱和压力时，就要产生闪发现象，使制冷剂液体自身蒸发降温，也就是说，随着压力的降低制冷剂的温度相应降低。制冷剂通过毛细管的流量随入口压力的增加而增加，同时随蒸发器压力的降低而增加，在达到极限值时，其流量不再随压力的变化而增大。
通过改变毛细管的长度或内径，可以调整空调器的蒸发温度，提高蒸发温度，可以缩短毛细管的长度或增大内径，反之，如果要降低蒸发温度，可加长毛细管或减小其内径。在特定的工况下，毛细管与制冷剂充注量匹配，使制冷装置的工作状态达到最佳。且当压缩机停机后，系统内高低压力能通过毛细管迅速达到平衡，有利于压缩机的再次启动。但，它对于制冷系统工况的变化适应性差，不能在各种情况下处于最佳状态。且由于内径小，容易被脏物和水分堵塞，因此制冷系统必须保证内部清洁、干燥，并在毛细管前使用过滤器。
由于毛细管的通径极小，再加上有一定的长度，高压液态制冷剂在通过这种狭窄的通道时，压力及流量瞬间急剧下降。根据制冷剂特有的物理性质，当压力下降时，温度就下降。毛细管就是通过这一原理对制冷剂进行节流降压降温的。

毛细管中能使润湿其管壁的液体自然上升的作用力。此力指向液体凹面所朝向的方向，其大小与该液体的表面张力成正比，与毛管半径成反比。在地层毛细孔隙中常表现为两相不混溶液体(如油和水)弯曲界面两侧的压力差。