第五章 蒸汽压缩式制冷装置的自动第五章 蒸汽压缩式制冷装置的自动调节调节

要确保制冷空调系统能够正常运行，并达到要求的运行参数指标，就要对制冷空调系统许多热工参数进行控制。 温度

湿度

压力

流量

液位

一、热力膨胀阀 Thermostatic expansion valve

制冷装置节流元件形式

毛细管手动膨胀阀自动膨胀阀 定压膨胀阀

热力膨胀阀电子膨胀阀

制冷装置节流元件作用

节流降压根据蒸发器的热负荷调节制冷剂流量

（一） 制冷装置的基本控制回路（一） 制冷装置的基本控制回路

　　 1 ．蒸发器的供液控制及其控制元件

蒸发器的供液控制元件包括

热力膨胀阀

毛细管

浮球阀

电子膨胀阀

11 ）热力膨胀阀的供液控制）热力膨胀阀的供液控制 迄今为止，热力膨胀阀仍是压缩式

制冷装置中蒸发器制冷剂流量控制的主要元件。

它在制冷装置中的作用主要包括：

a ）使高压常温的制冷剂液体在经热力膨胀阀时节流降压，变为低压低温的制冷剂湿蒸汽 , 进入蒸发器，在蒸发器内蒸发吸热，从而达到制冷降温的目的。

　 b ）按照感温包感受到的蒸发器出口制冷剂蒸汽过热度的变化，来改变膨胀阀的开启度，自动调整流入蒸发器的制冷剂流量，使制冷剂流量始终与蒸发器的热负荷相匹配。

c ）通过热力膨胀阀的控制，使蒸发器出口的制冷剂蒸汽保持一定的过热度，这样即能保证蒸发器传热面积的充分利用，又可以防止压缩机出现液击冲缸现象。

从调节特性来分析，热力膨胀阀属于直接作用式比例调节器。

热力膨胀阀

热力膨胀阀的自动控制原理

内平衡热力膨胀阀

外平衡热力膨胀阀

外平衡热力膨胀阀与内平衡热力膨外平衡热力膨胀阀与内平衡热力膨胀阀的主要区别胀阀的主要区别

有一个专用的外平衡管接头，为引入外平衡压力所用

调节杆的形式等也有所不同

热力膨胀阀实物图

热力膨胀阀的工作原理

1. 内平衡式热力膨胀阀的结构和原理

热力头10- 感温包9- 毛细管1- 膜片

10

19

节流元件2- 顶杆3- 阀座4- 阀芯

23

4过热度调整机构 6- 调节螺

杆

5- 调节弹簧5

6

滤器

膜片上方作用温包压力 p1

p1

p1

膜片下方作用蒸发器进口压力 po

po

po

温包饱和压力

冷剂饱和压力

t

p

湿蒸气 过热蒸气ps

ps´

p0

A( po to)

E( po ´ to ´) F(po ´ t1)

p1

t1 p1

t1´

p1´

力平衡式开阀力 关阀力 p1 = p0 + ps

单位膜片面积弹簧刀

p0

t0 t1

p1

ps

冷剂饱和压力 + 弹簧力

阀开度 ps = p1- p0

t1-to 出口过热度

平衡管

顶杆填料

函 节流

管

p1

po ´

2. 外平衡式热力膨胀阀的结构和原理

po ´

力平衡式开阀力 关阀力 p1 = p0 ´+ ps

单位膜片面积弹簧力该用外平衡式错用内平衡式则出口过热度 QO; 反之仅增设平衡管费用

压降相同的蒸发器 , to 高时可能选内平衡式 , to 低时 ( 同样压降导致的冷剂饱和温度降较大 ) 可能要选外平衡式

阀开度 ps = p1- p o ´ t1-to ´ = 出口过热度p1

po ´

ps

p0 ´ (to´) p0 ´ (t1)

当蒸发器中冷剂压降较大 ,to-to´>1oC(R22) 或 2oC(R12), 应选外平衡膨胀阀例 :to=0oC, 压降 >20 、 25KPa(R12 、 R22)to=-30oC, 压降 >5 、 7KPa(R12 、 R22)

t1 p1

3. 热力膨胀阀的容量和选配

膨胀阀容量 : 在额定开度时流过冷剂完全气化的吸热量。

阀前后压力差蒸发温度阀前液体过冷度

00 2 qpCAqGQ

冷剂在蒸发器中完全气化所产生的单位制冷量， kJ/kg

阀前后压差阀入口处冷剂密度阀的流通截面积流量系数

阀额定开度时的冷剂流量， kg/s

阀的型号和节流元件形式 (A 、C)制冷剂性质和工况条件 (G 、 q0)

膨胀阀容量

tk

tk´> tk

to

QO

tk 则 QO ( Δp ∵ )

to 则 QO (∵qO)

膨胀阀名义容量 : 在名义工况下的容量。

T E X 12 - 4.5Danfoss

名义容量“冷吨”

阀体型号大小 (2 、 5 、12 、 20 、55)

热力膨胀阀

名义工况 蒸发温度 t0 冷凝温度 tk 进口温度 通过阀的压降

JB3548-83 5oC 40oC 38oC 0.69MPa(R22)

Danfoss 5oC 32oC 28oC

15.5

14.5

13.5

0.6

13.8

13.1

12.8

0.40.2

12.2

12.3

+10

0

-10

通过阀的压降 MPa蒸发温度 oC

TEX12-4.5(01 号节流元件) 热力膨胀阀容量过冷度 4oC 要乘修正系数

1RT( 美 )3000kcal/h 3.5kw

外平衡式 ( 无E 为内平衡式 )

X-R22 、 F-R12 、

N-R134a 、 Y-R502

选择热力膨胀阀时，主要考虑下列因素：

① 按系统采用的制冷剂

② 要考虑系统的蒸发温度

③ 阀前制冷剂过冷度会影响阀后两相制冷剂的干度

④ 冷凝器至阀前的液管肯定有压力降

外平衡热力膨胀阀的安装

膨胀阀的容量应与蒸发器相匹配过小 : 阀供液不足，蒸发器能力不能充分发挥， pO

QO 吸气过热度加大。 过大 : 阀工作时开度过小，冲蚀严重，阀工作不稳定。膨胀阀容量应比蒸发器的制冷量稍大，但不超过其二倍 (工作时开度不小于额定开度的一半 )。

选择步骤 :

(1) 适用冷剂 ;

(2) 内平衡 ? 外平衡 ?

(3) 容量 ;

(4) 毛细管长 ( 标准 1.5m);

(5) 直通式 ? 直角式 ?

tk

tk´> tk

to

QO

热力膨胀阀情况 阀开闭状态

热力膨胀阀讨论题

特点 :温包压力向下 ;阀向上关

温包漏温包脱开 开大备件 全开

高温库温包放低温库回气管 关小平衡管结霜

开大

顶杆填料漏

关

低温库温包放高温库回气管

静止过热

度

过热度变化量

静止过热度 ( 膨胀阀刚好回关闭位时的过热度 )2~8ºC可调

过热度变化量 ( 从额定开度到全关的过热度变化值 ) 常为 4ºC

热力膨胀阀不能保持出口过热度恒定(有差调节 )

热力膨胀阀调节性能

额定开度过热度

(1) 非限压式温包 充液量占温包容积 70%~80%, 自由液面始终在温包内。静止过热度随蒸发温度下降而增大蒸发温度改变静止过热度基本不变

4. 热力膨胀阀的温包充注

1) 部分充液式温包

同工质充注异工质充注

同工质

t0

p po+ps Po(p1)

Δt

异工质

p’1

Δt

缺点(1) 停机时蒸发器出口过热度为零 , 阀靠弹簧力关不严，要加装电磁阀起截止作用。(2) 开机时温包冷得慢，阀开度

过大，回气过热度小 , 压缩机在高吸气压力下工作容易过载。(3) 温包充液多热惯性大，反应慢

(4) 温包受高温时热力头压力会过高。

（ a ）内平衡 （ b ）外平衡

热力膨胀阀开启过热度的变化

膨胀阀的容量应与蒸发器相匹配过小 : 阀供液不足，蒸发器能力不能充分发挥， pO

QO 吸气过热度加大。 过大 : 阀工作时开度过小，冲蚀严重，阀工作不稳定。膨胀阀容量应比蒸发器的制冷量稍大，但不超过其二倍 (工作时开度不小于额定开度的一半 )。

选择步骤 :

(1) 适用冷剂 ;

(2) 内平衡 ? 外平衡 ?

(3) 容量 ;

(4) 毛细管长 ( 标准 1.5m);

(5) 直通式 ? 直角式 ?

tk

tk´> tk

to

QO

热力膨胀阀情况 阀开闭状态

热力膨胀阀讨论题

温包漏温包脱开 开大备件 全开

高温库温包放低温库回气管 关小平衡管结霜

开大

顶杆填料漏

关

低温库温包放高温库回气管

特点 :温包压力向下 ;阀向上关

　

2 ） 电子膨胀阀供液控制

控制品质不高调节系统无法实施计算机控制系统的运行过程只能实施静态匹配阀工作温度范围窄温包迟延大在低温调节场合振荡问题比较突出

热力膨胀阀用于蒸发器供液控制仍然存在着许多问题

　 热动式电子膨胀阀供液控制系统

TQ型为直接驱动式

PHTQ型为带自给放大的结 构，用于大冷量系统。

热动式亦称参考压力系统（ PRS）电子膨胀阀，为 Danfoss 公司的专利产品，适用中大型制冷装置的供液控制，该形式电子膨胀阀的结构见图。

热动式电子膨胀阀实物图（ TQ 型）

（ a ） TQ型 （ b ） PHTQ型热动式膨胀阀的结构

1- 阀头 2- 止动螺钉 3-O型圈 4- 电线套管 5 、 6-螺钉7- 电线8-上盖 9-垫片 10- 电线旋入口 11密封圈 12 、 13-垫片14-端板 15-膜头 16-NTC 传感元件 17-PTC加热元件 18- 节流组件 19- 阀体图

电磁式电子膨胀阀供液控制

电磁式膨胀阀结构见上节图 2-40所示，电磁线圈通电前处于全开位置，通电后，由于电磁力的作用，磁性材料所支撑的柱塞被吸引上升，从而带动针阀使开度变小。阀的开度取决于加在线圈上的控制电压（或电流），故可以通过改变控制电压调节流量。

电磁式膨胀阀结构

1 — 出口 2—弹簧 3— 阀针 4— 阀杆 5—柱塞弹簧 6—柱塞 7—线圈 8— 阀度 9— 入口

电磁式膨胀阀流量特性0 150 300

线圈电流（ mA ）

控制电压（ V ）0 0.5 1

100流

量（

%）

　　　电动式电子膨胀阀供液控制系统

和热动式相似，电动式电子膨胀阀也由发信器、控制器和电动式膨胀阀组成。与热动式的差别主要是阀的驱动部分，电动式膨胀阀由电动机驱动，目前使用最多的是四相永磁式步进电动机，有直接驱动型与减速型。

电动式膨胀阀（直动型）

1— 入口

2—针阀

3— 阀杆

4—技术

5—线圈

6— 出口

电动式膨胀阀流量特性 脉冲数0 50 100 150 200 250

100流

量（

%）

特性 利用四相步进电动机控制阀门开度，全开闭阀需 500 次脉冲，可用于制冷和热泵系统制冷剂流量控制，也可用于除湿、除霜控制

质量/g

KBM 型 约 260 （ 4*3.52kW以下）

约 280 （ 5*3.52kW以下）

驱动电压 /V

DC12 消耗功率 /W

6

LAM 型 约 220 使用工质

R22 工作压力 /MPa

0-3

阀开闭时间 /s 12 最大工作压差 /MPa

2.25 工作温度 /℃

-30-70

表 KBM型和 LAM型电子膨胀阀的技术参数

　　　 由于采用电子膨胀阀控制，使得先进的控制手段运用于制冷剂流量调节成为可能，主要表现在以下几个方面：

　 　 1) 流量调节不受冷凝压力变化的影响。对膨胀阀前制冷剂过冷度的变化具有补偿作用。

2) 由于电信号传递快，执行动作迅速、准确，故能够及时、准确地调节流量。即使负荷变化剧烈，也能避免振荡。

3)能够将蒸发器出口过热度控制到最小，从而最大限度地提高蒸发器传热面积的利用率。

4)在装置的整个运行温度范围，可以有相同的过热度设定值。

5)可以根据装置的实际情况决定调节规律，不仅限于采用比例调节，还可以采用比例积分或其他调节规律；并且能够进行调节器参数整定。

　　

浮球调节阀是根据液位变化进行流量控制的直接作用式比例控制器

低压浮球阀

高压浮球阀

3） 浮球调节阀供液控制

　 低压浮球阀常直接和满液式蒸发器连通，按蒸发器液位的高低，调节从贮液器进到满液式蒸发器的制冷剂流量，其结构与安装见图所示。

高压浮球调节阀根据冷凝器或高压贮液器中的液位变化，控制流向蒸发器的供液量，制冷剂流量调节导阀与主阀的配置见图

a) 系统布置 b ）高压浮球阀 SV 与主阀 PMFH的配置图 2-48 高压浮球调节用例。EVM- 电磁导阀 SV

（ H ） - 高压浮球阀 PMFH- 主阀

a) 系统布置

b ）低压浮球阀 SV 与主阀 PMFH 的配置

低压浮球调节用例。

EVM- 电磁导阀

SV （ H ） - 低压浮球阀 PMFH- 主阀

阀型号 额定容量 /kW

R717 R22 R134a R404A R12 R502

SV1 25 4.7 3.9 3.7 3.1 3.4

SV3 64 13 10.0 9.7 7.9 8.8

表 SV型浮球阀的额定容量