第五章 节流机构和辅助设备

武汉纺织大学Wuhan Textile University环境与城建学院

重点重点 热力膨胀阀的工作原理及运行热力膨胀阀的工作原理及运行、、调节特性调节特性

讲授讲授 ①① 节流机构概述（热力特点节流机构概述（热力特点、、功用功用、、分类）分类）②② 手动和浮球节流手动和浮球节流③③ 热力自动节流热力自动节流

自学自学 辅助设备辅助设备

概 要

§5-1 节流机构概述

一、节流的热力学特点

一、节流的热力学特点1.基本方程

2.状态参数变化

3.相变

→饱和液体（过冷液体） 两相压（汽液混合物）

P2<P1 T2<T1 V2>V1 S2>S1

1→2是绝热节流不可逆过程（虚线表示）

212

22

1

21

22hhh

g

wh

g

w

§5-1 节流机构概述

二、机构的功用及种类

1.1. 功用：功用： 11 ）实现降温降压、液体膨胀）实现降温降压、液体膨胀 22 ）高、低压分界面，防止高压蒸汽串入低压（蒸发器内））高、低压分界面，防止高压蒸汽串入低压（蒸发器内） 33 ）调节蒸发器供液量、适应负荷变化和工作正常。）调节蒸发器供液量、适应负荷变化和工作正常。2.2. 分类：分类： 手动调节：手动节流阀手动调节：手动节流阀 液位调节：浮动调节阀液位调节：浮动调节阀 蒸汽过热度调节：热力膨胀阀，电热膨胀阀（氟机）蒸汽过热度调节：热力膨胀阀，电热膨胀阀（氟机） 不调节节流：恒膨胀阀不调节节流：恒膨胀阀 .. 毛细管（小氟机）毛细管（小氟机）

§5-1 节流机构概述

§5-2 手动节流阀与浮球调节阀

1.1. 结构特点：结构特点： 外形与普通截止阀类同，调节手柄为细牙螺纹，阀外形与普通截止阀类同，调节手柄为细牙螺纹，阀

芯如图芯如图 5-15-1 所示。所示。 2.2. 运用运用①① 大型螺杆式冷水机组中与满液式蒸发器配用。大型螺杆式冷水机组中与满液式蒸发器配用。②② 作为旁通或桥修浮球阀时启用（作为旁通或桥修浮球阀时启用（ R717R717 系统）系统）

一、手动节流阀

图 5-1

二、浮球调节阀 1. 1. 结构特点 结构特点 直通式如图直通式如图 5-25-2 所示，非直通式如图所示，非直通式如图 5-35-3 所示。与所示。与

蒸发上气管、下液管相同，液位相同。蒸发上气管、下液管相同，液位相同。 液面下降→浮球下落→阀孔上升→供液量上升（属液面下降→浮球下落→阀孔上升→供液量上升（属

比例调节）比例调节） 直流：节流后液体→浮球完→供液管直流：节流后液体→浮球完→供液管 非直通：节流后液体→蒸发器→回流浮球室非直通：节流后液体→蒸发器→回流浮球室 2. 2. 运用 ：运用 ： R717R717 系统中具有自由液面的蒸发器如壳管式，立管系统中具有自由液面的蒸发器如壳管式，立管

式等。式等。

§5-2 手动节流阀与浮球调节阀

图 5-2 图 5-3

§5-3 热力膨胀阀Automatic expansion valve (AEV)

一、概述 　适用于无自由液面蒸发器（干式，蛇管式）氟系统居多。　适用于无自由液面蒸发器（干式，蛇管式）氟系统居多。 调节原理：反馈调节调节原理：反馈调节 分类：内、外平衡式分类：内、外平衡式 利用蒸发器出口制冷剂蒸汽过热度大小来调节阀孔开启度，以利用蒸发器出口制冷剂蒸汽过热度大小来调节阀孔开启度，以

改变供液量。改变供液量。冷负荷冷负荷 QQ00 增大→增大→ ΔΔttnn 增大→蒸发器供液量不足→阀孔增大→增大→蒸发器供液量不足→阀孔增大→ GG

增大增大

二、结构特点

感温部分：感温部分： 感温包、毛细管、弹簧片感温包、毛细管、弹簧片 传动结构：传动结构： 传动杆、阀座、弹簧、调节杆传动杆、阀座、弹簧、调节杆 节流机构：节流机构： 阀针、阀芯阀针、阀芯

§5-3 热力膨胀阀Automatic expansion valve (AEV)

三、作用原理分析

1.1. 受力分析受力分析 以弹性金属片为隔离体，分析受力情况、讨论阀孔开启度。以弹性金属片为隔离体，分析受力情况、讨论阀孔开启度。 上部：上部： PP33→→ 感温包内感应制冷剂压力（感温包内感应制冷剂压力（ tt55 ）→开启力）→开启力 下部：下部： PP11→→ 节流后制冷剂压力（节流后制冷剂压力（ tt00) →) → 关闭力关闭力 PP22→→ 弹簧压缩预紧力→关闭力弹簧压缩预紧力→关闭力 说明：芯孔很小，致以上节流前液体力略去。说明：芯孔很小，致以上节流前液体力略去。当工况一定时，三力动平衡条件为：当工况一定时，三力动平衡条件为： PP33=P=P11+P+P22→→ 阀芯静止→阀芯静止→

G=const.G=const.

§5-3 热力膨胀阀Automatic expansion valve (AEV)

2.2. 实例分析实例分析 内平衡式膨胀阀感温包内充内平衡式膨胀阀感温包内充 R22,R22, 系统也是系统也是 R22.R22. 设 设 tt00=5℃=5℃ ，则，则 PPAA=P=PBB=P=PCC=5.84bar=5.84bar 　　　　　　　　　　　　 ttAA=t=tBB=5℃=5℃ 要求过热度要求过热度 ΔΔttnn=5℃=5℃ 即即 ttcc-t-tbb=5℃=5℃ ，则，则 ttcc 为为 10℃10℃ 忽略感温包与回流管之间的传热温差，忽略感温包与回流管之间的传热温差， tt55=t=tcc=10℃=10℃ 感温包内的压力感温包内的压力 PP55=6.81bar=6.81bar

§5-3 热力膨胀阀Automatic expansion valve (AEV)

§5-3 热力膨胀阀Automatic expansion valve (AEV)

实例分析： 内平衡式膨胀阀实例分析： 内平衡式膨胀阀

　讨论：　讨论： 若 pw →0 ，则 pn ＞ p0+pw → 阀常开，无法调节供液量 若 pw →∞，则 pn ＜ p0+pw → 阀常闭，无法正常工作 只有当 p2=p3(tc)-p0(tB)=6.81(10℃)-5.84(5℃)=0.97bar 时，工况稳

定，过热度为 5℃ ，且具有相应的供液量 外界因素变化 如遇负荷降低，则蒸发器热负荷低，若供液量仍按原来情况供液→蒸

发器供液量过多→ B 点往 C 点靠拢→ Δtn 降低→ tc 下降→ pn(t5)下降→关闭力＞开启力→阀孔关小→供液量变少 → Δtn 上升，相应弹簧伸长 pw 减小，达到新的平衡位置

⑤ 弹簧预紧力 p2 与 Δtn 关系 上例： p2=0.97bar ， p0=5.84bar(t0=5℃) ， Δtn=5℃→ 阀孔开度

（ G=const ） 若 p2↑而 p0=const ，则关闭力 p2+p0↑，必使阀孔关小， G↓→Δt

n↑，即 p2↑→Δtn↑； p2↓→Δtn↓

§5-3 热力膨胀阀Automatic expansion valve (AEV)

3.存在问题　　若蒸发器为蛇管式，且管道较长。设 R22 系统，

压力降 Δp=0.36bar ， tA=t0=5℃ ， pA=5.84bar ，pc≈pB=pA-Δp=5.84-0.36=5.48bar ， tB=3℃ 。而p2 调定在 Δtn=5℃ 的位置时，如过热度还是 5℃则开启力为 tc=3+5℃=8℃ 所对应的饱和压力 pn=6.40bar ，显然开启力→供液量不足。这样 Δtn↑，要维持原来供液量只有增大工作过热度， B 点远离 C 点，导致蒸发器有效面积不能充分发挥。甚至出现 Δp↑→pn↓→ 阀无法开。因此，发展外平衡式膨胀阀。

§5-3 热力膨胀阀Automatic expansion valve (AEV)

四、外平衡式膨胀阀当当 A→CA→C 的阻力的阻力 ΔΔPP就对应的蒸发温度降低就对应的蒸发温度降低 22～～ 3℃3℃ 时，时，

应采用外平衡式。应采用外平衡式。

1.1. 结构结构 　在膜片下不是节流后压力，而是用一根平衡管直接与　在膜片下不是节流后压力，而是用一根平衡管直接与

蒸发器出口管相同。蒸发器出口管相同。 2.2. 受力受力 膜片下方关闭力：膜片下方关闭力： pp11+p+p22(( 与流动阻力无关）与流动阻力无关） 膜片上方开启力：膜片上方开启力： pp33

所以膨胀阀工作特性不受蒸发器中制冷剂流动阻力损失所以膨胀阀工作特性不受蒸发器中制冷剂流动阻力损失对阀孔开启度的影响，始终是过热度对阀孔开启度的影响，始终是过热度 ΔΔtt 所对应的弹簧所对应的弹簧力力 pp22

§5-3 热力膨胀阀Automatic expansion valve (AEV)

外平衡式膨胀阀

五、调节特性

图图 5-75-7； ； 5-85-8； ； 5-95-9

§5-3 热力膨胀阀Automatic expansion valve (AEV)

1.1. 开启过热度（关闭过热度，静装配过热度）开启过热度（关闭过热度，静装配过热度） ΔΔttnn′=p′=pnn-p-p00=p=pww

由弹簧的静装配预紧力决定。由弹簧的静装配预紧力决定。 0→A 0→A ΔΔttnn′=′= 3 3～～ 4℃4℃ （标准值）（标准值） 弹簧调到最松位置的关闭过热度→最小，不大于弹簧调到最松位置的关闭过热度→最小，不大于 2℃2℃；；

弹簧调到最紧位置的关闭过热度→最大，不小于弹簧调到最紧位置的关闭过热度→最大，不小于 8℃8℃ 。。显然，实际运行时，若过热度显然，实际运行时，若过热度 ΔΔttnn<<ΔΔttnn′′→→ 阀常闭，不能阀常闭，不能

工作。工作。

§5-3 热力膨胀阀Automatic expansion valve (AEV)

2.2.可变过热度（有效过热度）可变过热度（有效过热度） 当当 ΔΔttnn> > ΔΔttnn′→′→ 阀开阀开 G↑G↑ ，且，且 ΔΔttnn ↑G↑ ↑G↑

流量变化范围：流量变化范围： 00～～ 100%100%

A→BA→B称可变过热度称可变过热度 ΔΔttnn″″ ，设计时取，设计时取 ΔΔttnn″ =3″ =3～～ 5℃5℃ΔΔttnn″″ 与阀芯行程和弹簧刚度有关。 与阀芯行程和弹簧刚度有关。 虎克定律虎克定律 kxF

§5-3 热力膨胀阀Automatic expansion valve (AEV)

3.3. 工作过热度（总过热度）工作过热度（总过热度） 当当 OA<OA<ΔΔttnn<OB<OB 时，称着工作过热度，通常在时，称着工作过热度，通常在 22～～ 12℃12℃

之间工作。在额定容量下的工作故热度之间工作。在额定容量下的工作故热度 ΔΔttnn==ΔΔttnn′+′+ΔΔttnn″″ 。。教材中“保持教材中“保持 55～～ 7 ℃7 ℃ 的过热度”是指额定容量（的过热度”是指额定容量（ 100100%% ）下的值。）下的值。 CC 点为备用值，全开可比额定供液量大点为备用值，全开可比额定供液量大 1100～～ 30%30% 。故，热力膨胀阀正常工作性能必须是在一定冷。故，热力膨胀阀正常工作性能必须是在一定冷负荷负荷 QQ00范围内，在运行工况（范围内，在运行工况（ tt00 、、 ttkk ）一定的情况下，）一定的情况下，改变改变 ΔΔttnn 实现实现 GG～～ QQ00 之间的平衡，从而保证系统正常工之间的平衡，从而保证系统正常工作。作。

§5-3 热力膨胀阀Automatic expansion valve (AEV)

4.4. 过热度与蒸发温度的关系（图过热度与蒸发温度的关系（图 5-75-7 ）） 感温包充注与系统一致的感温包充注与系统一致的 R22R22且冲灌方式是充液式且冲灌方式是充液式

（充液量约为感温包容积一半，其余空间为饱和蒸汽（充液量约为感温包容积一半，其余空间为饱和蒸汽状态）。状态）。

下曲线：下曲线： R22R22 的的 ppss=f(t=f(tss))对应关系对应关系 上曲线：当上曲线：当 pp22=0.97bar=0.97bar 时的时的 pp11+p+p22=f(t=f(t00))

§5-3 热力膨胀阀Automatic expansion valve (AEV)

①①原则 原则 tt00=5℃=5℃ ，， ppAA=5.84bar=5.84bar

平衡时：平衡时： pp11+p+p22=p=p33=5.84+0.97=6.81bar=5.84+0.97=6.81bar

→ →tt55=10 =t℃=10 =t℃ cc,, 即即 ΔΔttnn=5℃=5℃②②如如 tt00↓ t↓ t00=-15℃=-15℃ ，， ppAA=2.93bar=2.93bar ，， pp22=0.97bar=0.97bar ，， ppnn=2.9=2.9

3+0.97=3.80bar3+0.97=3.80bar ，， tt55=-8 =t℃=-8 =t℃ cc ，， ΔΔttnn=-8-(-15)=7℃=-8-(-15)=7℃显然：显然： tt00↓↓ΔΔttnn↑↑；； tt00↑↑ΔΔttnn↓↓ 。因为上曲线比下曲线更躺下来些。。因为上曲线比下曲线更躺下来些。

③③分档选用 分档选用 ttoo=-10=-10～～ 10℃10℃空调空调 tt0 0 =-18=-18～～ 2℃2℃ 冷藏。冷藏。通常通常 R12R12 、、 R22R22 适用范围适用范围 10 10 ～～ -30℃-30℃

§5-3 热力膨胀阀Automatic expansion valve (AEV)

六、热力膨胀阀的选配、安装与调试

1.1.选配：选配： 11 ）确定膨胀阀压力差（运行工况）确定膨胀阀压力差（运行工况 ppkk 、、 pp00 ）） ΔΔp=pp=pkk--∑∑ΔΔpp--pp00 ∑ ∑ΔΔpp ：所有流动阻力损失，一般取：所有流动阻力损失，一般取

∑∑ ΔΔp≈1.0p≈1.0～～ 2.0bar2.0bar

22 ）根据热力计算将运行工况的制冷量换算到膨胀阀铭）根据热力计算将运行工况的制冷量换算到膨胀阀铭牌冷量规定下的制冷量牌冷量规定下的制冷量 QQ 。。

33 ）一般情况下选内平衡式。）一般情况下选内平衡式。

§5-3 热力膨胀阀Automatic expansion valve (AEV)

R12R12 蒸发器压降到起的蒸发温度降＞蒸发器压降到起的蒸发温度降＞ 2℃2℃ 选外平衡式选外平衡式R22R22 蒸发器压降到起的蒸发温度降＞蒸发器压降到起的蒸发温度降＞ 1℃1℃

44 ）根据）根据 tt00 、△、△ pp ，按（，按（ 1.51.5～～ 22 ）） QQ00 作为选择膨胀阀的依据，作为选择膨胀阀的依据，查目录确定型号和进出口管径。蒸发器负荷过大时，可考虑查目录确定型号和进出口管径。蒸发器负荷过大时，可考虑两个以上膨胀阀并用供液。两个以上膨胀阀并用供液。

§5-3 热力膨胀阀Automatic expansion valve (AEV)

§5-3 热力膨胀阀Automatic expansion valve (AEV)

2.2.安装安装 阀体垂直安装，阀帽在下，汽箱在上。阀体垂直安装，阀帽在下，汽箱在上。 感温包应布置在蒸发器出口一段水平管道上，且感温包应布置在蒸发器出口一段水平管道上，且

离压缩机离压缩机 11．． 55米以上。米以上。 感温包固定装置应避免集油积液。感温包固定装置应避免集油积液。 感温包固定用包扎法或索管法，且应隔热保温。感温包固定用包扎法或索管法，且应隔热保温。

§5-3 热力膨胀阀Automatic expansion valve (AEV)

3.3. 调整调整① ① 露（或霜）结至半个甚至整个压缩机露（或霜）结至半个甚至整个压缩机供液过多→阀孔开度过大→应关小→顺时针调供液过多→阀孔开度过大→应关小→顺时针调② ② 露（或霜）结至在蒸发器出口露（或霜）结至在蒸发器出口供液不足→阀孔开度过小→应开大→逆时针调供液不足→阀孔开度过小→应开大→逆时针调 粗调：每旋转一周粗调：每旋转一周 ΔΔttnn=1=1～～ 2℃2℃ ，逐步逼近运行工况，逐步逼近运行工况 细调：细调： 1/21/2～～ 1/41/4周→稳定运行工况周→稳定运行工况 每次调整间隔不应少于每次调整间隔不应少于 1515 分钟分钟

§5-４　毛细管１１ .. 作用及结构作用及结构 作用：与膨胀阀一样起调节作用作用：与膨胀阀一样起调节作用 结构：细长管子，结构：细长管子， ΔΔpp=f(L,d) =f(L,d) d↓ d↓ L↑L↑ 一般尺寸一般尺寸 d≈0.6d≈0.6～～ 2mm, L=0.52mm, L=0.5～～ 5m5m 空调器、冰箱常用空调器、冰箱常用 d≈0.8d≈0.8～～ 2mm, L=12mm, L=1～～

4m 4m 2 .2 . 特点特点①① 不能调节供液量不能调节供液量②② 偏离工况性能差偏离工况性能差③③ 因无法调节因无法调节 GG ，降温速度慢，降温速度慢3 .3 .选配选配①① 以实验结构确定以实验结构确定 d.l(d.l( 设计工况）设计工况）②② 类比法类比法

ΔΔ p↑

§5-5 辅助设备（自学）

提示：提示： 1. 1. 改善工作条件，提高运行可靠性和稳定性改善工作条件，提高运行可靠性和稳定性 2. 2. 分类：分类：

润滑油的分离及收集设备（油分离器、集油器润滑油的分离及收集设备（油分离器、集油器 )) 制冷剂的贮存及分离设备（贮液器、气液分离器）制冷剂的贮存及分离设备（贮液器、气液分离器） 制冷剂 的净化设备（空气分离器、过滤器、干燥器）制冷剂 的净化设备（空气分离器、过滤器、干燥器） 安全保护装置（紧急泄氨器、安全阀、易熔塞）安全保护装置（紧急泄氨器、安全阀、易熔塞）

明确：　１ .每种设备的基本工作原理，结构特点？　２ .每种设备的安装位置及在系统中的作用？　３ .每种设备的选择方法？　４ .哪些设备需保温？

讨论：① 油分主要原理、选择原则？② 集油器操作注意事项？③ 贮液器作用，为什么只能储存容器 80%？④ 空气分离器基本工作原理？为什么氟及不装？装在什么地方？

⑤ 氟系统是否安装干燥过滤器？为什么？

§5-5 辅助设备（自学）