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1、热 力 膨 胀 阀,结 构 与 原 理,目 录,什么是热力膨胀阀 制冷系统不一定用热力膨胀阀作节流元件 与膨胀阀有关的几个概念 膨 胀 阀 的 分 类 膨胀阀在制冷系统中的作用 典型汽车空调膨胀阀的结构 膨胀阀的控制原理 膨胀阀的零件及作用 膨胀阀气箱头的充注 膨 胀 阀 的 测 试 几 点 说 明,什么是热力膨胀阀,热力膨胀阀是制冷系统的重要自控元件,利用气箱头(感温包)的温度变化作为信号,调节阀开度,改变制冷剂流量。,制冷系统不一定用热力膨胀阀作节流元件,可以采用毛细管、节流短管(CCOT)作为节流元件,成本低,可靠性好; 可以采用电子膨胀阀,使控制更精确,但由于要采用传感器、控制线路板、
2、带步进电机的执行机构,使制造复杂,成本提高; 新的CO2系统也有采用喷射管作节流元件。,电子膨胀阀的 一种型式,节流喷射管,与膨胀阀有关的几个概念,过热度:在系统中是指蒸发温度和蒸发器出口温度的温度差,对膨胀阀是指感温包温度和膜片下方压力对应的温度差,总过热度也称过热度范围,静装配过热度也称静止过热度,是指刚刚使阀开启的过热度,梯度过热度也称过热度变化,是指阀从开启到达到额定容量的开度所需的过热度,总过热度静装配过热度+梯度过热度; 静装配过热度调节范围:静装配过热度在一定范围内是可调节的,对一般膨胀阀为28,对汽车空调膨胀阀约为110 ; 蒸发器的面积不是100被利用的,总是有一部分处于过热
3、状态; 正常情况下,离开蒸发器的气体是过热气体; 蒸发器的入口端和出口端存在阻力损失,有一定的压差; 进入膨胀阀的制冷剂液体温度与冷凝温度不一样,有一定的温度降,称之为过冷度。,膨 胀 阀 的 分 类,空调系统用 房间空调系统 汽车空调系统 冷藏及低温用 冷库 冷藏箱 陈列柜 低温装置 世界著名的膨胀阀制造商 商用:DANFOSS SPOLAN ALCO PARKE SAGINOMIYA 汽车空调:FUJIKOKI TGK EGLHOF EADON,膨胀阀在制冷系统中的作用, 节流降压 将冷凝器冷凝后的高温高压液态制冷剂节流降压,成为容易蒸发的低温低压的汽液混合物,进入蒸发器蒸发,吸收外界热量
4、; 调节流量 根据感温包或气箱头得到的温度信号,膨胀阀能自动调节进入蒸发器的制冷剂流量,以适应制冷负荷不断变化的需要。 保持一定过热度、防止液击和异常过热 膨胀阀通过流量的调节使蒸发器具有一定的过热度,保证蒸发器总容积的有效利用,避免液态制冷剂进入压缩机引起液击;同时又能控制过热度在一定范围,防止异常过热现象的发生。,汽 车 空 调 系 统 示 意 图,1 压缩机 2 高压气管 3 冷凝器 4 储液器 5 视液镜 6 高压液管 7 膨胀阀 8 蒸发器 9 蒸发器风扇,典型汽车空调膨胀阀的结构(1),三花汽车空调膨胀阀的型号表示方法 E B H 15 M 040 RS 第1位:表示汽车空调热力膨
5、胀阀; 第2位:对铜阀,表示平衡方式。N 内平衡; W 外平衡; 对铝阀,表示阀体外形代号,如 A、B、C、D等; 第3位:H 表示铝阀; A 表示制冷剂顺向流动的铜阀; B 表示制冷剂逆向流动的铜阀; 第4、5位:阀的名义容量,以冷吨的10倍数字表示; 第6位:适用制冷剂代号,M 表示HFC134a; 第7、8、9位:用数字表示的产品序列号; 第10、11位:客户代号。,典型汽车空调膨胀阀的结构(2),三花目前生产的型号 铝阀 EAH EBH ECH EDH EEH 铜阀 ENA ENB EWA EWB 铜阀 ENC 三花产品的典型结构,膨胀阀的控制原理,三 力 平 衡 原 理 P1 P2
6、+ F P1: 气箱头内充注介质对应于温度产生的压力,作用在膜片上方; P2:蒸发压力(对内平衡为阀出口压力,对 外平衡为蒸发器出口压力),作用在膜 片下方; F:弹簧力,作用在膜片下方。 气箱头温度降低时P1P2+F,阀口开度减小; 气箱头温度升高时P1P2+F,阀口开度增大; 其它力:如膜片刚度、传动部件摩擦阻力、流体对阀芯的作用力等,在分析时暂不考虑。,P2,P1,F,内 平 衡 膨 胀 阀,膜片下方的压力取自阀出口; 当蒸发器压力降过大时,会使气箱头感受的过热度减小,使阀开度不足。,外 平 衡 膨 胀 阀(铜),膜片下方的压力取自蒸发器出口; 避免了蒸发器压力降对阀开度的影响,克服了内
7、平衡阀的缺点; 由于阀出口与膜片下方的平衡腔间需密封处理,增加了制造难度。,外 平 衡 膨 胀 阀(铝),外平衡阀的另一种形式,蒸发器至压缩机的回气直接通入阀内,气箱头的温度和压力信号都从阀内部的回气通道取得; 方块式的结构使安装更方便、可靠; 无毛细管的结构使阀的抗振性更好; 铝材料的采用使重量减轻。,蒸 发 器,压缩机,冷凝器,膨胀阀的零件及作用(1)铝 阀,膨胀阀的零件及作用(2)铜 阀(内平衡),膨胀阀的零件及作用(3)铜 阀(外平衡),膨胀阀的零件及作用(4),阀体:提供制冷剂流通通道、与系统的连接接口、阀内零件的安装位置,材质为铝或黄铜; 膜片:隔膜的作用。以最小的阻力,将气箱头的
8、力传递给传动片, 其特性由材质、状态、厚度、波纹形状等决定,一般由不锈钢或铜合金制作; 气箱盖:与气箱座、膜片、感温包、毛细管共同组成气箱头(有的产品没有感温包和毛细管),材质为不锈钢或黄铜; 感温包:感受外界温度,把温度转换的压力传递给气箱头,材料为紫铜; 毛细管:传递感温包的压力,或提供充注的通道,材料为紫铜; 传动片:把膜片的力传递给传动杆,并起到轴向和径向的限位作用,材料为铝或黄铜; 气箱座:连接阀体,容纳传动片,与气箱盖、膜片、感温包、毛细管共同组成气箱头,材质为不锈钢;,膨胀阀的零件及作用(5),O形圈:使气箱头与阀体间密封; 传动杆:把膜片的力传递给阀芯。分上传动杆和下传动杆,有
9、 的产品在下传动杆上点焊有钢球; O型圈:使传动杆和阀体间密封,但又不产生过大的摩擦阻力; 阀芯:在气箱头和弹簧力的作用下,控制阀口流通面积的大小, 材料为不锈钢或黄铜; 调节弹簧:根据静装配过热度要求提供一定的预紧力,并提供与 气箱头平衡的力,注意弹簧的刚度、节距、两端面平行度都对产 品有很大影响,材料为不锈钢或弹簧钢; 调节螺丝:调节弹簧的预紧力; O形圈:使调节螺丝与阀体间密封,但又不影响调节性能。,膨胀阀气箱头的充注,充注向气箱头密封腔内充入随温度变化而产生一定压力变化的介质; 由于向气箱头中充入的介质的量非常少,通常为几十毫克(mg),而产品的正常使用期限须在十年以上,保证不使充注介
10、质泄漏的问题变得非常重要; 充注方式的多样化:液体充注、气体充注、交叉充注、吸附充注、惰性充注等; 不同的充注可以得到不同的控制特性。,气体充注,向气箱头中充入与系统使用相同的制冷剂; 充入的制冷剂的量是被限定的(MOP); 安装场所的限制值得注意的逆转现象。,P,T,交 叉 充 注,气箱头中充入与系统使用不同的制冷剂和惰性气体; 充入的制冷剂和惰性气体的量是被限定的(MOP); 调整制冷剂的种类和充入量,可以得到不同的控制特性。,P,T,吸 附 充 注,吸附原理:吸附剂的多孔结构和很大的表面积,在温度变化时使气体的吸附量发生变化; 在感温包或气箱头中充填有吸附剂(一般是活性炭) 向气箱头中充
11、入的是易被吸附剂吸附的气体; 控制吸附剂的量和充入气体的量,可以得到不同的控制特性。,P,T,气 箱 头 的 检 漏,氦检漏:在气箱头内充入一定压力的氦气,在氦质谱检漏仪中配合一密封容器,用吸氦法检漏; 卤素检漏:充注后的气箱头,密封在塑料袋中,存放一段时间后,用卤素检漏仪检漏(吸枪法); 目前泄漏的一般标准为 8 mg8.5 y 。,氦检仪,卤检仪,膨 胀 阀 的 测 试(1),0作动:是一个可调整的调定值,保证产品出厂的状态一致; 10 作动:测试充注特性的参数; MOP(32 或50 ):测试最大工作压力,监控充注量,同时可发现充注介质是否泄漏; 内泄漏:检测阀口关闭的紧密程度; 外平衡
12、泄漏:检测阀出口端和外平衡管端的泄漏量; 耐久:检测运动部件的耐磨损、抗疲劳能力,易出现的问题是膜片开裂失效、阀口磨损使泄漏超差、传动片和传动杆磨损; 阻滞:检测相同过热度增加或减少时阀出口的压力差(即阀开度差);,膨 胀 阀 的 测 试(2),气密性:检测阀内向外部泄漏的量; 最大耐压:阀能承受的可正常工作的最大压力; 压力位移:气箱头温度不变,改变膜片下方压力得到的2条变化曲线 ( 阀开启和关闭 ); 温度位移:膜片下方的压力不变,改变气箱头温度得到的2条变化的曲线( 阀开启和关闭 ); 开度流量:改变阀开度,测得的制冷剂流量变化的曲线; 温度容量:将温度位移和开度流量曲线合并后得到的表明
13、过热度和制冷量关系的曲线,描述阀的制冷能力; 时间常数:测定气箱头接到动作信号后,阀到达最终变化量的63.2所需的时间。测试方法有多种,目前我们采用空气测试法;,膨 胀 阀 的 测 试(3),耐高温 耐低温 冷热冲击 振动 噪音 爆破压力 清洁度 湿热 耐介质 盐雾 压力循环 耐真空度 跌落 与系统匹配有关的其它试验 水流量试验 台架试验 焓差试验 实车试验 等,膨胀阀性能测试的4象限图,膨 胀 阀 性 能 测 试 曲 线EBH15M040 温度位移曲线,几 点 说 明,膨胀阀的在线检测中,阀门基本没有开度上的变化,是处在一种似开非开的状态(阀芯离开阀口的轴向距离约为0.02mm)。 轴向尺寸对于膨胀阀相当重要,它决定了膨胀阀的最大开度和阀关闭时膜片的初始位置,理论上是控制得越严越好,但轴向尺寸加工较难,膨胀阀的轴向尺寸又是由若干零件组成的,累积误差较大,控制亦较难,所以在实际生产中给了一定范围的公差; 气箱头泄漏始终是我们必须高度关注的问题,目前与泄漏相关的产品合格率还远没有达到预定的目标; 产品的一致性还不够好,如调节螺丝状态的一致性、温度位移性能的一致性等,从目前的测试结果看,产品的离散度还比较大; 我们承认与世界先进水平的差距(设计技术、加工工艺、原材料),说明我们必须加倍努力,因为我们的目标是世界第一。,