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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。,
