第五章-节流机构与辅助设备

5节流机构与辅助设备5.1节流机构5.1.1手动膨胀阀5.1.2浮球膨胀阀5.1.3热力膨胀阀5.1.4毛细管5.1.5电子膨胀阀（了解）5.2辅助设备5.2.1润滑油分离器与集油器5.2.2贮液器与气液分离器5.2.3其他辅助设备（净化、安全、换热等）本章主要内容什么是蒸气压缩制冷系统的节流机构？节流元件是一种通过减小流通截面积，增加流动阻力，以控制或调节流体压力的设备。蒸气压缩制冷节流机构：一种节流元件，通过减小液态制冷剂流通截面积，增加流动阻力，以控制和调节流体压力，进而控制和调节流体温度，同时调节进入蒸发器的工质流量。作用（1）对高压制冷剂液体进行节流降压，保证冷凝器和蒸发器之间的压力差，以使蒸发器中的制冷剂液体在低压下蒸发吸热，实现制冷；（2）调节进入蒸发器的制冷剂流量，以适应蒸发器热负荷变化，使制冷剂装置更加有效地运行。分类蒸气压缩制冷系统节流机构的作用：手动膨胀阀按照调节方式，分成以下4类：（1）手动调节－－手动膨胀阀；（2）用液位调节－－浮球膨胀阀；（3）用蒸气过热度调节－－热力膨胀阀；热电膨胀阀；（5）不调节－－毛细管（节流管、孔板）等。蒸气压缩制冷系统节流机构的分类：（4）多参数（反馈、前馈）－－电子膨胀阀等。又称为节流阀或调节阀。如何使用阀杆采用细牙螺纹，便于微量启闭阀芯。当转动阀杆上面的手轮时，就能保证阀门的开启度缓慢地增加或减小，以适应制冷量的调节变化。结构与普通截止阀相似，与截止阀的主要区别是阀芯为针形锥体或带V型缺口的锥体。5.1.1手动膨胀阀调节具有局限性，一般与其它控制器件配合使用，安装在旁通管路上，应急或检修自动膨胀阀时采用。浮球开启度为手轮选转的1/8～1/4，不能超过一周，否则，开启过大，则起不到节流降压的作用。常用于工业制冷机系统。应用范围5.1.2浮球膨胀/调节阀根据液位进行调节的自动节流机构。用来控制蒸发器的供液量，同时进行节流降压。用于具有自由液面的蒸发器（如壳管式、立管式和螺旋管式）等大中型氨制冷系统中。工作原理根据节流后的液体制冷剂是否通过浮球室分为：直通式、非直通式。分类应用直通式节流后的制冷剂液体通过浮球室，然后由液体平衡管进入蒸发器；气体平衡管液体平衡管其结构简单，但浮球室液面波动和冲击很大，容易使浮球阀失灵；在系统中的位置需大口径平衡管；液体流入蒸发器的动力是液柱的高度差，因此，液体只能供应到膨胀阀的液面以下。液体平衡管气体平衡管蒸发器非直通氨浮球阀接管示意图气体平衡管液体平衡管非直通式节流后的制冷剂液体不通过浮球室，通过管道直接进入蒸发器；浮球室液面平稳，可以供液到蒸发器的任何部位；但构造安装比较复杂。应用举例54132（a）543（b）198651131027图4-18浮球调节阀a）直通式b）非直通式c）非直通式管路系统1-阀针2-支点3-液体连接管4-浮子5-气体连接管6进液阀7-出液阀8-过滤器9-手动节流阀10-蒸发器11-远距离液面指示器54132（a）543（b）198651131027图4-18浮球调节阀a）直通式b）非直通式c）非直通式管路系统1-阀针2-支点3-液体连接管4-浮子5-气体连接管6进液阀7-出液阀8-过滤器9-手动节流阀10-蒸发器11-远距离液面指示器5.1.3热力膨胀阀双重作用：既是控制蒸发器供液量的调节阀，又是制冷装置的节流阀，即分为内平衡阀与外平衡阀。分类调节依据：蒸发器出口处制冷剂的蒸气过热度来控制蒸发器供液量，同时节流降压。主要用于没有自由液面的蒸发器（干式蒸发器、蛇管式蒸发器、蛇管式中间冷却器等）。用于管内蒸发的氟利昂制冷系统2020/10/2614OrificeValvebody5.1.3热力膨胀阀根据膜片下部的气体压力不同，分为内平衡式和外平衡式：内平衡式：膜片下部的气体压力为膨胀阀节流后的制冷剂压力；应用于蒸发器阻力损失较小情形，如小型制冷系统。主要学习内容外平衡式：膜片下部的气体压力为蒸发器出口的制冷剂压力；应用于蒸发器阻力损失较大情形，如大型制冷系统。阀芯、阀座、弹簧金属膜片、弹簧、感温包和调整螺丝等组成。组成局部放大图阀体装在蒸发器供液管路上；阀芯弹簧膜片感温包调节螺丝蒸发器5.1.3.1内平衡式热力膨胀阀感温包紧扎在蒸发器回气管路上，感温包内一般充有与制冷系统相同的液态制冷剂。1234567891011121314图4-20内平衡式热力膨胀阀结构1-气箱座2-阀体3、13-螺母4-阀座5-阀针6-调节杆座7-填料8-阀帽9-调节杆10-填料压盖11-感温包12-过滤网14-毛细管1234567891011121314图4-20内平衡式热力膨胀阀结构1-气箱座2-阀体3、13-螺母4-阀座5-阀针6-调节杆座7-填料8-阀帽9-调节杆10-填料压盖11-感温包12-过滤网14-毛细管膜片受力分析膜片下方制冷剂状态为气液两相，压力为蒸发器入口压力膜片下方感温包内感温包内工质状态为气液两相，压力为蒸发器出口温度对应的饱和压力膜片上方工质状态为饱和气态，压力等于感温包内工质压力t=5℃t=10℃t=0℃注意：3种状况下均处于气液两相状态p1：阀后制冷剂蒸发压力，作用在膜片下，向上，使阀门开小；力的大小为蒸发温度对应的饱和压力即蒸发压力；膜片受力分析受力分析p2：弹簧力，作用在膜片下，向上，使阀门开小；大小可通过调整螺钉予以调整；P3：感温包内制冷剂的压力，随蒸发器出口回气过热度的变化，作用在膜片上，向下，使阀门开大，其大小决定于感温包内充注的制冷剂性质以及感受温度的高低。感温包内制冷剂温度对应的饱和压力。膜片受力分析（续）膜片在3个力的作用下向上或向下鼓起。使得阀孔开大或关小，用以调节蒸发器的供液量。3个力的大小取决于蒸发器内的情况蒸发器内的情况取决于工作状况膜片受力分析（续）当膨胀阀调整结束并保持一定的开启度工作时，作用在膜片上下部的3个力处于平衡状态，即p3=p1+p2，这时膜片不动，即阀门开启度不变。平衡状态非平衡状态而当其中一个力发生变化，就会破坏原有平衡，此时，p3不等于p1+p2，膜片开始有位移，阀门开启度也随之变化，直到建立新的平衡为止。当蒸发器负荷增加时，非平衡状态举例说明显得供液量不足，蒸发器出口的制冷剂蒸气过热度增大，感温包内的制冷剂温度升高，这时感温包内的压力p3增大，造成p3p1+p2，阀针向下移动，阀门开大，蒸发器供液量增加；反之类推。已知：制冷剂为R22，感温包内也为R22；进入蒸发器的液态制冷剂温度为5℃；蒸发器内B点处制冷剂全部汽化；感温包位置C点制冷剂蒸气为10℃；任务：工况下膜片受力分析；调节机理分析。举例分析5℃5℃tc=10℃解：1)p1为5℃R22对应的饱和压力，查附图得:p1=0.5838MPa=583.8kPa忽略蒸发器的阻力损失，使得A-B段制冷剂温度均为5oC。2)感温包内制冷剂的温度近似等于蒸发器出口制冷剂温度，因此，感温包内温度为10oC，对应饱和压力查附图2得：p3=0.6807MPa=680.7kPa5℃5℃5℃tc=10℃若将弹簧力p2通过调节螺钉调为96.9kPa，则p1+p2=p3，用冷量减小膜片上下压力相等，膜片处于平衡状态，相应的阀门有一定开启度，这时，蒸发器出口处制冷剂过热度为5oC。680.7kPa583.8kPa当用冷量减小时，蒸发器的负荷减少，蒸发器内制冷剂沸腾减弱，此时，蒸发器内供液量显得过多，用冷量增大因此，造成全部汽化点推后，B推后到B’，则C点处制冷剂蒸气温度低于10oC，对应的饱和压力将低于680.7kPa，则p3p1+p2，阀门上移，阀门开启度减小，供液量减少。583.8680.75℃10℃当用冷量增加时，蒸发器的负荷增加，蒸发器内制冷剂沸腾加剧，此时，蒸发器内供液量显得过少，因此，造成全部汽化点前移，B前移到B’’，则C点处制冷剂蒸气温度高于10oC，对应的饱和压力将高于680.7kPa，则p3p1+p2，阀门下移，阀门开启度增大，供液量增多。应用范围680.7583.85℃10℃此时：p2=96.9kPa，p1=583.8kPa,则p3=680.7kPa，p3对应的饱和温度为10℃（与不考虑蒸发器阻力时相同），则考虑蒸发器阻力情况下，真实过热度△t=10℃，大于不考虑阻力情况（5℃），蒸发器换热性能不能得到充分发挥，蒸发器阻力越大，则过热度偏离设计值越大，因此，内平衡式热力膨胀阀主要应用于蒸发器阻力较小的制冷系统。假定蒸发器压力损失△P=86.2kPa，则Pc=497.6kPa，对应制冷剂饱和温度为0oC。5℃5℃10℃5.1.3.2外平衡式热力膨胀阀膜片下部空间通过一平衡管与蒸发器出口相连；平衡管3个力膜片下部空间与膨胀阀出口互不相通；是与蒸发器出口相连的毛细管相通。受力分析：p1－蒸发器后压力；p2－弹簧力；p3－感温包内制冷剂的压力；受力分析(1)p1=pC，pC为蒸发器出口压力；考虑蒸发器内AB段流动阻力Δp，忽略BC段阻力，则pC≈pB=pA-Δp（pA是TA对应的饱和压力）。(2)p3=pcs，蒸发器出口制冷剂温度tc所对应的饱和压力；(3)当p2=p3-p1=pCS-pA+Δp，阀体处于平衡状态。举例此时：p2=96.9kPa，p1=497.6kPa,则p3=594.5kPa，p3对应的饱和温度为5.6℃，则考虑蒸发器阻力情况下，外平衡热力膨胀阀蒸发器真实过热度△t=5.6℃，大于不考虑阻力情况（5℃），小于采用内平衡式热力膨胀阀时蒸发器出口过热度（10℃）因此，外平衡式热力膨胀阀主要应用于蒸发器阻力较大（采用分液器）的制冷系统。假定蒸发器压力损失△P=86.2kPa，则Pc=497.6kPa，对应制冷剂饱和温度为0oC。0℃5℃5.6℃热力膨胀阀过热度控制（交叉充注）totbpsΔtpopbto’Δt’pstb’ΔtΔtΔtΔt不同充填物相同制冷剂tp3505101520-40-30-20-1001020304050温度(℃)压力(bar)饱和压力R22饱和温度－压力曲线（了解）过热度随蒸发温度而变化蒸发温度为0℃过热度为5℃时感温包内压力蒸发温度为-20℃过热度为5℃时感温包内压力过热度随蒸发温度而变化过热度随蒸发温度而变化蒸发温度为0℃过热度为5℃时感温包内压力蒸发温度为-20℃过热度为5℃时感温包内压力过热度随蒸发温度而变化过热度(℃)工作过热度：2~13℃＋＝热力膨胀阀的基本调节特性D关闭过热度：2～8℃A开启过热度(静装配过热度):3℃（可调节）B有效过热度：5℃C120%全开0额定开度100%ΔTQ0带保险结构的双向热力膨胀阀（了解）38感温包的安装位置感温包是检测蒸发器出口制冷剂过热温度的传感器安装位置及注意事项安装在蒸发器出口压缩机的水平吸气管上采用回热器系统安装在出气管上不受其它热源（风扇电机、液体管等）的影响，需保温根据吸气管管径大小，安装位置不同，按1、2、3、4点原则进行安装平衡管必须设置在感温包之后10cm左右的位置（考虑平衡管液态制冷剂泄露影响）39感温包的安装位置40感温包的安装位置12124411223312124411223312-16(mm))(8583in112124411223312124411223318-22(mm))(8743in212124411223312124411223325-32(mm))(4111in3121244112233121244112233)(211in=38(mm)441热力膨胀阀的性能（了解）制冷剂流量与压差的对应关系dθh()/rDvvivoviMCAppvvoviDv96.30802.0Csin212sinAhdhv思考几个问题1.热力膨胀阀在未安装前是开启还是关闭的？2.热力膨胀阀若是感温包泄露了，阀体工作状态如何变化？3.热力膨胀阀若是感温包由管路上脱落了，阀体工作状态如何变化？5.1.4毛细管特点流量控制和节流降压部件5.1.4毛细管节流过程5.1.4毛细管特点特点：（1）一般直径为0.6~2.5mm，长0.6~6m细而长纯铜管；（2