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第五章 节流机构和辅助设备

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. 概 要. 重点 热力膨胀阀的工作原理及运行 、 调节特性 讲授 节流机构概述（热力特点 、 功用 、 分类） 手动和浮球节流 热力自动节流 自学 辅助设备. §5-1 节流机构概述. 一、节流的热力学特点. 1. 基本方程. 2. 状态参数变化. P 2 <P 1 T 2 <T 1 V 2 >V 1 S 2 >S 1. 1→2 是绝热节流不可逆过程（虚线表示）. 3. 相变.

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第五章 节流机构和辅助设备

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Presentation Transcript

  1. 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

  2. 概 要 • 重点 热力膨胀阀的工作原理及运行、调节特性 • 讲授 • 节流机构概述（热力特点、功用、分类） • 手动和浮球节流 • 热力自动节流 • 自学 辅助设备

  3. §5-1 节流机构概述 一、节流的热力学特点

  4. 1.基本方程 2.状态参数变化 P2<P1 T2<T1 V2>V1 S2>S1 1→2是绝热节流不可逆过程（虚线表示） 3.相变 饱和液体（过冷液体）→两相压（汽液混合物） §5-1 节流机构概述 一、节流的热力学特点

  5. §5-1 节流机构概述 二、机构的功用及种类 1.功用： 1）实现降温降压、液体膨胀 2）高、低压分界面，防止高压蒸汽串入低压（蒸发器内） 3）调节蒸发器供液量、适应负荷变化和工作正常。 2.分类： 手动调节：手动节流阀 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） 不调节节流：恒膨胀阀.毛细管（小氟机）

  6. 1.结构特点： 外形与普通截止阀类同，调节手柄为细牙螺纹，阀芯如图5-1所示。 2.运用 大型螺杆式冷水机组中与满液式蒸发器配用。 作为旁通或桥修浮球阀时启用（R717系统） §5-2 手动节流阀与浮球调节阀 一、手动节流阀

  7. 图 5-1

  8. 二、浮球调节阀 §5-2 手动节流阀与浮球调节阀 • 1. 结构特点 直通式如图5-2所示，非直通式如图5-3所示。与蒸发上气管、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（属比例调节） 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 • 2. 运用 ： R717系统中具有自由液面的蒸发器如壳管式，立管式等。

  9. 图 5-3 图 5-2

  10. §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。 调节原理：反馈调节 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，以改变供液量。 冷负荷Q0增大→Δtn增大→蒸发器供液量不足→阀孔增大→G增大

  11. 二、结构特点 §5-3 热力膨胀阀Automatic expansion valve (AEV) • 感温部分： 感温包、毛细管、弹簧片 • 传动结构： 传动杆、阀座、弹簧、调节杆 • 节流机构： 阀针、阀芯

  12. 三、作用原理分析 §5-3 热力膨胀阀Automatic expansion valve (AEV) 1.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。 上部：P3→感温包内感应制冷剂压力（t5）→开启力 下部：P1→节流后制冷剂压力（t0) →关闭力 P2→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。 当工况一定时，三力动平衡条件为：P3=P1+P2→阀芯静止→G=const.

  13. §5-3 热力膨胀阀Automatic expansion valve (AEV) 2.实例分析 内平衡式膨胀阀感温包内充R22,系统也是R22. 设 t0=5℃，则PA=PB=PC=5.84bar tA=tB=5℃ 要求过热度Δtn=5℃即tc-tb=5℃，则tc为10℃ 忽略感温包与回流管之间的传热温差，t5=tc=10℃ 感温包内的压力P5=6.81bar

  14. §5-3 热力膨胀阀Automatic expansion valve (AEV) 实例分析： 内平衡式膨胀阀

  15. §5-3 热力膨胀阀Automatic expansion valve (AEV) 　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 • 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↓→Δtn↑，即p2↑→Δtn↑；p2↓→Δtn↓

  16. §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。

  17. 四、外平衡式膨胀阀 §5-3 热力膨胀阀Automatic expansion valve (AEV) 当A→C的阻力ΔP就对应的蒸发温度降低2～3℃时，应采用外平衡式。 1.结构 　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。 2.受力 膜片下方关闭力：p1+p2(与流动阻力无关） 膜片上方开启力：p3 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Δt所对应的弹簧力p2

  18. 外平衡式膨胀阀

  19. 五、调节特性 §5-3 热力膨胀阀Automatic expansion valve (AEV) • 图5-7； 5-8； 5-9

  20. §5-3 热力膨胀阀Automatic expansion valve (AEV) 1.开启过热度（关闭过热度，静装配过热度） Δtn′=pn-p0=pw 由弹簧的静装配预紧力决定。 0→A Δtn′= 3～4℃（标准值） 弹簧调到最松位置的关闭过热度→最小，不大于2℃；弹簧调到最紧位置的关闭过热度→最大，不小于8℃。 显然，实际运行时，若过热度Δtn<Δtn′→阀常闭，不能工作。

  21. §5-3 热力膨胀阀Automatic expansion valve (AEV) 2.可变过热度（有效过热度） 当Δtn> Δtn′→阀开G↑，且Δtn ↑G↑ 流量变化范围：0～100% A→B称可变过热度Δtn″，设计时取Δtn″ =3～5℃ Δtn″与阀芯行程和弹簧刚度有关。 虎克定律

  22. §5-3 热力膨胀阀Automatic expansion valve (AEV) 3.工作过热度（总过热度） 当OA<Δtn<OB时，称着工作过热度，通常在2～12℃之间工作。在额定容量下的工作故热度Δtn=Δtn′+Δtn″。教材中“保持5～7 ℃的过热度”是指额定容量（100%）下的值。C点为备用值，全开可比额定供液量大10～30%。故，热力膨胀阀正常工作性能必须是在一定冷负荷Q0范围内，在运行工况（t0、tk）一定的情况下，改变Δtn实现G～Q0之间的平衡，从而保证系统正常工作。

  23. §5-3 热力膨胀阀Automatic expansion valve (AEV) 4.过热度与蒸发温度的关系（图5-7） 感温包充注与系统一致的R22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状态）。 下曲线：R22的ps=f(ts)对应关系 上曲线：当p2=0.97bar时的p1+p2=f(t0)

  24. §5-3 热力膨胀阀Automatic expansion valve (AEV) ①原则 t0=5℃，pA=5.84bar 平衡时：p1+p2=p3=5.84+0.97=6.81bar →t5=10℃=tc,即Δtn=5℃ ②如t0↓ t0=-15℃，pA=2.93bar，p2=0.97bar，pn=2.93+0.97=3.80bar，t5=-8℃=tc，Δtn=-8-(-15)=7℃显然： t0↓Δtn↑；t0↑Δtn↓。因为上曲线比下曲线更躺下来些。 ③分档选用 to=-10～10℃空调t0 =-18～2℃冷藏。通常R12、R22适用范围10 ～-30℃

  25. 六、热力膨胀阀的选配、安装与调试 §5-3 热力膨胀阀Automatic expansion valve (AEV) 1.选配： 1）确定膨胀阀压力差（运行工况pk、p0） Δp=pk-∑Δp-p0 ∑Δp：所有流动阻力损失，一般取∑Δp≈1.0～2.0bar 2）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Q。 3）一般情况下选内平衡式。

  26. §5-3 热力膨胀阀Automatic expansion valve (AEV) R12蒸发器压降到起的蒸发温度降＞2℃ 选外平衡式 R22蒸发器压降到起的蒸发温度降＞1℃ 4）根据t0、△p，按（1.5～2）Q0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，可考虑两个以上膨胀阀并用供液。

  27. §5-3 热力膨胀阀Automatic expansion valve (AEV) 2.安装 • 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，且离压缩机1．5米以上。 • 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。

  28. §5-3 热力膨胀阀Automatic expansion valve (AEV) 3.调整 ① 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 ② 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 粗调：每旋转一周Δtn=1～2℃，逐步逼近运行工况 细调：1/2～1/4周→稳定运行工况 每次调整间隔不应少于15分钟

  29. §5-４　毛细管 １.作用及结构 作用：与膨胀阀一样起调节作用 结构：细长管子，Δp=f(L,d) d↓ L↑ 一般尺寸d≈0.6～2mm, L=0.5～5m 空调器、冰箱常用d≈0.8～2mm, L=1～4m 2 .特点 • 不能调节供液量 • 偏离工况性能差 • 因无法调节G，降温速度慢 3 .选配 • 以实验结构确定d.l(设计工况） • 类比法 Δ p↑

  30. §5-5 辅助设备（自学） • 提示： 1. 改善工作条件，提高运行可靠性和稳定性 2. 分类： • 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）

  31. §5-5 辅助设备（自学） • 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： • 油分主要原理、选择原则？ • 集油器操作注意事项？ • 贮液器作用，为什么只能储存容器80%？ • 空气分离器基本工作原理？为什么氟及不装？装在什么地方？ • 氟系统是否安装干燥过滤器？为什么？

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