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汽車空調(diào)熱力膨脹閥的標(biāo)定及驗(yàn)證方法

2021-12-23 18:44:12·  來(lái)源：汽車熱管理之家  
　
摘要：熱力膨脹閥的零點(diǎn)標(biāo)定及性能驗(yàn)證是保證整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的制冷性能及穩(wěn)定性的重要因素。通過(guò)熱力膨脹閥的工作原理及空氣作動(dòng)試驗(yàn)研究了膨脹閥 0 度作動(dòng)值的標(biāo)
摘要：熱力膨脹閥的零點(diǎn)標(biāo)定及性能驗(yàn)證是保證整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的制冷性能及穩(wěn)定性的重要因素。通過(guò)熱力膨脹閥的工作原理及空氣作動(dòng)試驗(yàn)研究了膨脹閥 0 度作動(dòng)值的標(biāo)定，通過(guò)四象限圖介紹了熱力膨脹閥性能驗(yàn)證的試驗(yàn)方法。

1. 引言

膨脹閥的標(biāo)定及驗(yàn)證是保證膨脹閥性能的關(guān)鍵，會(huì)直接影響整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)的制冷性能，對(duì)空調(diào)系統(tǒng)的制冷效果、運(yùn)行壽命、運(yùn)行成本具有重要的意義。
膨脹閥有節(jié)流降壓、調(diào)節(jié)流量、保持一定過(guò)熱度、防止液擊和異常過(guò)熱等作用。使從冷凝器來(lái)的高溫高壓液態(tài)制冷劑節(jié)流降壓成為容易蒸發(fā)的低溫低壓的氣液混合物進(jìn)入蒸發(fā)器。膨脹閥通過(guò)流量的調(diào)節(jié)使蒸發(fā)器具有一定的過(guò)熱度，保證蒸發(fā)器總?cè)莘e的有效利用，避免液態(tài)制冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)產(chǎn)生液擊；同時(shí)又能控制過(guò)熱度在一定范圍，防治異常過(guò)熱現(xiàn)象的發(fā)生。
2 熱力膨脹閥的工作原理
2.1 熱力膨脹閥的力學(xué)平衡
膨脹閥的開(kāi)度決定制冷劑流量的大小，其開(kāi)度是由閥芯和推桿聯(lián)合控制的。感溫包內(nèi)的充注物通過(guò)感知平衡管內(nèi)低壓端的溫度而產(chǎn)生壓力變化，膜片處承受三個(gè)力的作用：彈簧對(duì)閥芯的彈力FS，平衡管內(nèi)制冷劑輸入的壓力PL ，感溫包內(nèi)充注物的壓力PB ，當(dāng)這三個(gè)力平衡時(shí)，節(jié)流閥位置一定，制冷劑流量也一定，此時(shí)，PB*a=PL*a+FS其中，PB*a----相當(dāng)感溫包內(nèi)壓力;PL*a----低壓側(cè)壓力;FS----彈簧力；a-----膜片有效面積。
2.2 熱力膨脹閥的溫度調(diào)節(jié)
當(dāng)平衡管內(nèi)低壓端溫度較低時(shí)，感溫包內(nèi)充注物的壓力較小，小于彈簧力與平衡管內(nèi)低壓端壓力之和時(shí)，即PB*a<PL*a+FS，閥芯球體上移，閥門(mén)關(guān)小，冷媒流量減小，此時(shí)空氣側(cè)溫度與流量不變，單位質(zhì)量冷媒吸熱量增加，溫度升高；當(dāng)平衡管內(nèi)低壓端溫度較高時(shí)，感溫包內(nèi)充注物的壓力大于彈簧力與平衡管內(nèi)低壓端壓力之和，即PB*a>PL*a+FS，閥芯球體下移，閥門(mén)開(kāi)大，冷媒流量增大，單位質(zhì)量冷媒吸熱量減少，溫度降低。

3. 空氣作動(dòng)試驗(yàn)

3.1過(guò)熱度
膨脹閥出口過(guò)熱度為感溫包溫度與膜片下方壓力對(duì)應(yīng)的飽和溫度差。閥自關(guān)閉狀態(tài)至開(kāi)始打開(kāi)所需的過(guò)熱度為靜止過(guò)熱度（S.S.H），閥從開(kāi)啟至額定開(kāi)度所需要的過(guò)熱度增量稱為熱力膨脹閥的有效過(guò)熱度（S.H.C）。熱力膨脹閥的靜止過(guò)熱度與有效過(guò)熱度之和稱為工作過(guò)熱度（T.S.H），汽車空調(diào)的制冷效果主要通過(guò)調(diào)節(jié)工作過(guò)熱度實(shí)現(xiàn)。
3.2熱力膨脹閥的空氣作動(dòng)試驗(yàn)
試驗(yàn)?zāi)康模涸O(shè)定靜止過(guò)熱度（S.S.H），即閥關(guān)閉狀態(tài)至剛打開(kāi)的過(guò)熱度，也稱 0℃作動(dòng)值。此值一般通過(guò)改變閥剛打開(kāi)時(shí)的彈簧負(fù)荷來(lái)調(diào)節(jié)。原理圖如圖1所示，膨脹閥的感溫包浸泡在0℃液體中，如果要求0℃作動(dòng)值為0.1MPa，則入口通入壓力為1.03 MPa的空氣，出口處固定泄壓孔的直徑為 0.8mm。試驗(yàn)中通過(guò)調(diào)節(jié) TXV 的調(diào)節(jié)螺絲，調(diào)節(jié)彈簧的壓縮量，即彈簧力FS，使得蒸發(fā)器出口壓力PL為0.1MPa時(shí)，閥打開(kāi)。


圖1 空氣作動(dòng)試驗(yàn)原理圖
圖2 膨脹閥的四象限圖

4. 膨脹閥的四象限圖

四象限圖是膨脹閥單體性能驗(yàn)證的關(guān)鍵，從中可以看出一個(gè)膨脹閥的感溫包充注特性、鋼球壓力位移特性、閥芯開(kāi)度流量特性及溫度流量特性等。
4.1 第一象限：充注特性
目的：充注特性是用來(lái)檢測(cè)動(dòng)力頭內(nèi)冷媒的充注狀況。
原理：把動(dòng)力頭的溫度逐步升高，由此，PB逐步提高，即開(kāi)閥壓力增大，閥開(kāi)度逐步增大，隨之PL也增大。
感溫包內(nèi)的充注介質(zhì)及方式可通過(guò)圖線的斜率來(lái)判斷，若膨脹閥的充注特性曲線與R134a的特性曲線平行，則為平行充注，否則，為交叉充注。交叉充注時(shí)，曲線斜率越大，感溫包中惰性氣體的比例越小，膨脹閥對(duì)系統(tǒng)低壓的調(diào)節(jié)越靈敏；斜率越小，則反之。
4.2 第二象限：壓力--位移特性
目的：通過(guò)測(cè)試低壓壓力和鋼球的位移，可以知道膜片跟彈簧的性能。
原理：將動(dòng)力頭浸泡在0度的恒溫槽中,即PB保持不變，然后將低壓壓力逐步提高,即PL逐步加大,來(lái)測(cè)量鋼球的位移。膨脹閥生產(chǎn)商一般通過(guò)曲線是否平滑來(lái)檢測(cè)膜片與彈簧的性能是否有異常。
壓力-位移曲線隨著PB*a、PL*a、FS 三個(gè)力的相互作用而發(fā)生變化。當(dāng)PL=0時(shí)，位移最大，閥門(mén)完全打開(kāi)；隨著PL的增大，位移越來(lái)越小，閥門(mén)逐漸關(guān)閉。
4.3 第三象限：開(kāi)度－流量特性
目的：通過(guò)測(cè)試開(kāi)度－流量曲線，我們可以知道膨脹閥的制冷能力以及鋼球、閥口是否符合要求，測(cè)匹配度是否合適。
原理：在膨脹閥開(kāi)度相同的情況下，鋼球及閥口的大小影響到系統(tǒng)的冷媒流量。調(diào)整控制好系統(tǒng)工況，PH為1.5MPa,PL為0.2MPa, 入口過(guò)冷度為5℃，出口過(guò)熱度為5 ℃，并保持不變，用手動(dòng)閥逐步增加膨脹閥開(kāi)度大小，測(cè)試不同開(kāi)度下的流量大小。
4.4 第四象限：溫度－流量
通過(guò)以上三個(gè)象限，可計(jì)算得出溫度與流量的對(duì)應(yīng)關(guān)系。即膨脹閥通過(guò)蒸發(fā)器出口溫度對(duì)系統(tǒng)流量的一個(gè)控制情況，以此檢測(cè)膨脹閥的調(diào)控性能及制冷能力。
隨著膨脹閥出口溫度升高，過(guò)熱度越來(lái)越大，達(dá)到靜止過(guò)熱度時(shí)，膨脹閥打開(kāi)，閥開(kāi)度隨著過(guò)熱度的增大而增大，流量也越來(lái)越大。此時(shí)，更多低溫冷媒流入膨脹閥出口，從而使膨脹閥出口溫度下降。

結(jié)束語(yǔ)

熱力膨脹閥的四象限特性直接影響整個(gè)制冷系統(tǒng)的制冷效果和運(yùn)行壓力的穩(wěn)定性。通過(guò)四象限圖對(duì)膨脹閥的標(biāo)定和性能進(jìn)行檢測(cè)，能夠及時(shí)排除膨脹閥的制造故障和和標(biāo)定偏差。熱力膨脹閥只有通過(guò)準(zhǔn)確的0度作動(dòng)值標(biāo)定和性能檢測(cè)，才能保證空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行的正常壓力和制冷效果，為駕駛員及乘客提供舒適的駕乘環(huán)境。
作者：牛萬(wàn)瑩 賴選華 魏成龍
單位：神龍汽車有限公司
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