熱力膨脹閥的合理維護
熱力膨脹閥工作狀況的好壞，直接決定機房專用空調(diào)的運行狀況。本文從增大空調(diào)制冷量、節(jié)約能源的角度出發(fā)，結(jié)合熱力膨脹閥的工作原理，闡述定期維護熱力膨脹閥的必要性,并提出要對熱力膨脹閥進行檢查和調(diào)整的具體方法。 關(guān)鍵詞 機房專用空調(diào) 熱力膨脹閥 過熱度 1 概述 熱力膨脹閥是組成制冷裝置的重要部件，是制冷系統(tǒng)中四個基本設(shè)備之一。它實現(xiàn)從冷凝壓力至蒸發(fā)壓力的壓降，同時控制制冷劑的流量；它的體積雖小，但作用巨大，它的工作好壞，直接決定整個系統(tǒng)的運行性能。但是在實際工作中，熱力膨脹閥的運行情況往往被忽視，使熱力膨脹閥成為空調(diào)維護中的一個死角。而定期檢查和調(diào)整熱力膨脹閥，對空調(diào)的運行壽命，節(jié)約能源，降低運行成本，卻有著重要的意義。 2 熱力膨脹閥的工作過程分析 2.1 熱力膨脹閥工作原理 熱力膨脹閥是通過感受蒸發(fā)器出口氣態(tài)制冷劑的過熱度來控制進入蒸發(fā)器的制冷劑流量。按照平衡方式不同，熱力膨脹閥分為外平衡式和內(nèi)平衡式。在機房專用空調(diào)中，一般采用外平衡式熱力膨脹閥。目前所使用的風冷式機房專用空調(diào)，如HIROSS、STULZ、ISOVEL、AIREDELE和法亞均采用這種結(jié)構(gòu)。熱力膨脹閥的結(jié)構(gòu)如圖1所示：熱力膨脹閥由感應機構(gòu)、執(zhí)行機構(gòu)、調(diào)整機構(gòu)和閥體組成。感應機構(gòu)中充注氟利昂工質(zhì)，感溫包設(shè)置在蒸發(fā)器出口處，其出口處溫度與蒸發(fā)溫度之間存在溫差，通常稱為過熱度。感溫包感受到蒸發(fā)器出口溫度后，使整個感應系統(tǒng)處于對應的飽和壓力Pb。如圖1，該壓力將通過膜片傳給頂桿直到閥芯。在壓力腔上部的膜片僅有Pb存在，膜片的下方有調(diào)整彈簧的彈簧力Pt和蒸發(fā)壓力P0，三者處于平衡時有Pb=Pt+Po 。當蒸發(fā)器熱負荷增大時，出口過熱度偏高，Pb增大，Pb>Pt+Po，合力使頂桿、閥芯下移，熱力膨脹閥開啟增大，制冷劑流量按比例增加。反之，熱力膨脹閥開啟變小，制冷劑流量按比例減小。因此，機房專用空調(diào)是由熱力膨脹閥通過控制過熱度實現(xiàn)制冷系統(tǒng)的自我調(diào)整。 2.2 確定正確的過熱度 要保證熱力膨脹閥工作在最佳匹配點，就必須保證熱力膨脹閥有合適的過熱度。熱力膨脹閥的過熱度由靜裝配過熱度與有效過熱度組成。圖2顯示了機房專用空調(diào)熱力膨脹閥的典型靜態(tài)性能曲線，它的靜態(tài)特性指出了其容量和蒸發(fā)器出口氣態(tài)制冷劑過熱度的關(guān)系。使閥門開始開啟所需要的過熱度稱為開啟過熱度（A點），又叫靜裝配過熱度，一般的靜裝配過熱度約為3℃。從熱力膨脹閥開始開啟至額定開度所需要的過熱度增量（即線段AB），稱為熱力膨脹閥的有效過熱度或可變過熱度。其數(shù)值的大小與彈簧的剛度及閥芯的行程有關(guān)，一般有效過熱度約為2~5℃，通常把熱力膨脹閥的靜裝配過熱度與有效過熱度之和稱為工作過熱度，即平時所說的過熱度。因此，我們只有保證過熱度在合適的范圍內(nèi)，制冷系統(tǒng)才能達到最大冷量，又不會引起濕沖程。機房專用空調(diào)過熱度都要求在5~8℃之間。如果發(fā)現(xiàn)過熱度不在該范圍內(nèi)，就要進行調(diào)整。 3 檢查調(diào)整熱力膨脹閥的必要性 機房專用空調(diào)剛投入運行，熱力膨脹閥是不用調(diào)整，但是在空調(diào)連續(xù)使用幾年后，由于閥針的磨損、系統(tǒng)有雜質(zhì)、閥孔部分有堵塞及彈簧彈力減弱等原因，影響了熱力膨脹閥的開啟度，使得熱力膨脹閥偏離了它的工作點，表現(xiàn)為熱力膨脹閥開啟度偏小或過大。 熱力膨脹閥開啟度太小的話，就會造成供液不足，使得沒有足夠的氟利昂在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)，制冷劑在蒸發(fā)管內(nèi)流動的途中就已經(jīng)蒸發(fā)完了，在這以后的一段，蒸發(fā)器管中沒有液體制冷劑可供蒸發(fā)，只有蒸汽被過熱。因此，相當一部分的蒸發(fā)器未能充分發(fā)揮其效能，造成制冷量不足，降低了空調(diào)的制冷效果。機房專用空調(diào)的壓縮機大多采用蒸發(fā)器回來的蒸汽來冷卻壓縮機，如果熱力膨脹閥開啟不夠，就造成蒸汽過熱度過大，對壓縮機冷卻作用減小，壓縮機的排氣溫度會增高，潤滑油變稀，潤滑質(zhì)量降低，壓縮機的工作環(huán)境惡化，會嚴重影響壓縮機的工作壽命。我公司和睦機房ISOVEL空調(diào)就曾發(fā)生壓縮機燒機現(xiàn)象，據(jù)分析與過熱度過大有關(guān)。另外由于機房溫度降不下來，又增加了壓縮機的開啟臺數(shù),增加了耗電量。 與此相反，如果熱力膨脹閥開啟過大，即熱力膨脹閥向蒸發(fā)器的供液量大于蒸發(fā)器負荷，會造成部分制冷劑來不及在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)，同氣態(tài)制冷劑一起進入壓縮機，引起濕沖程，甚至沖缸事故，損壞壓縮機。99年，杭州市電信分公司景芳二樓程控機房有一臺ISOPAK機房專用空調(diào)的一個壓縮機閥片被擊穿，可能與熱力膨脹閥開啟過大有關(guān)；同時，熱力膨脹閥開啟過大，使蒸發(fā)溫度升高，制冷量下降，壓縮機功耗增加，增加了耗電量。因此，有必要定期檢查調(diào)整熱力膨脹閥，盡量讓熱力膨脹閥工作在最佳匹配點。 4 熱力膨脹閥的調(diào)整過程 4.1 熱力膨脹閥調(diào)整前的檢查 在調(diào)整熱力膨脹閥之前，必須確認空調(diào)制冷異常是由于熱力膨脹閥偏離最佳工作點引起的，而不是因為氟利昂少、干燥過濾器堵塞、濾網(wǎng)、風機、皮帶等其他原因所引起的。同時，必須保證感溫包采樣信號的正確性，機房專用空調(diào)的感溫包必須水平安裝在回氣管的下側(cè)方45度的位置，絕對不可安裝在管道的正下方，以防管子底部積油等因素影響感溫包正確感溫。更不能安裝在立管上。檢查冷凝器風機控制方式，盡量采用調(diào)速控制，以保證冷凝壓力恒定。 4.2 熱力膨脹閥調(diào)整時注意事項 熱力膨脹閥的調(diào)整工作，必須在制冷裝置正常運行狀態(tài)下進行。由于蒸發(fā)器表面無法放置測溫計，可以利用壓縮機的吸氣壓力作為蒸發(fā)器內(nèi)的飽和壓力，查表得到近似蒸發(fā)溫度。用測溫計測出回氣管的溫度，與蒸發(fā)溫度對比來校核過熱度。調(diào)整中，如果感到過熱度太小，則可把調(diào)節(jié)螺桿按順時針方向轉(zhuǎn)動（即增大彈簧力，減小熱力膨脹閥開啟度），使流量減��；反之，若感到過熱度太大，即供液不足，則可把調(diào)節(jié)螺桿朝相反方向（逆時針）轉(zhuǎn)動，使流量增大。由于實際工作中的熱力膨脹閥感溫系統(tǒng)存在著一定的熱惰性，形成信號傳遞滯后，運行基本穩(wěn)定后方可進行下一次調(diào)整。因此整個調(diào)整過程必須耐心細致，調(diào)節(jié)螺桿轉(zhuǎn)動的圈數(shù)一次不宜過多過快（直桿式熱力膨脹閥的調(diào)節(jié)螺桿轉(zhuǎn)動一圈，過熱度變化大概改變1~2℃）。 4.3 熱力膨脹閥具體的調(diào)整步驟 4.3.1熱力膨脹閥過熱度的測量 過熱度如圖3所示測量，步驟如下： 1)停機。將數(shù)字溫度表的探頭插入到蒸發(fā)器回氣口處（對應感溫包位置）的保溫層內(nèi)。將壓力表與壓縮機低壓閥的三通相連。 2)開機，讓壓縮機運行15分鐘以上，進入穩(wěn)定運行狀態(tài)，使壓力指示和溫度顯示達到一穩(wěn)定值。 3)讀出數(shù)字溫度表溫度T1與壓力表測得壓力所對應的溫度T2，過熱度為兩讀數(shù)之差T1- T2。注意，必須同時讀出這兩個讀數(shù)。 熱力膨脹閥過熱度應在5~8℃之間，如果不是，則進行適當?shù)恼{(diào)整。 4.3.2具體調(diào)整步驟 1) 拆下熱力膨脹閥的防護蓋； 2) 轉(zhuǎn)動調(diào)整螺桿2~4圈；（機房專用空調(diào)的熱力膨脹閥一般采用壓桿式和散型齒輪式，散型齒輪式是用一個小齒輪帶動一個大齒輪，調(diào)節(jié)的圈數(shù)比較多，一般可以調(diào)2~4圈；壓桿式可調(diào)圈數(shù)比較少，每次調(diào)1/4圈；O65空調(diào)的熱力膨脹閥采用散型齒輪式） 3) 等系統(tǒng)運行穩(wěn)定，重新讀數(shù)，計算過熱度，是否在正常范圍。不是的話，重復2）、3）操作，直至符合要求。調(diào)節(jié)過程必須小心仔細。（如果熱力膨脹閥油堵嚴重，拆下后用無水乙醇進行清洗，再重新裝上；失去調(diào)節(jié)功能的熱力膨脹閥應更換；安裝熱力膨脹閥需注意感溫包安裝位置和做好保溫工作） 另外，在實際中， 采用如上儀表檢查熱力膨脹閥工作情況，往往要浪費大量的時間，因此，可采用目檢與儀表檢查相結(jié)合的方法，即先用眼睛觀察壓縮機回氣管的結(jié)露情況，發(fā)現(xiàn)異常后，再用儀表檢查。這樣，可以節(jié)約大量的時間，而且完全可以達到檢查目的。 5 熱力膨脹閥調(diào)整效果實例 現(xiàn)根據(jù)上述步驟對杭州市電信分公司惠興路七局程控機房的HIROSS空調(diào)熱力膨脹閥進行了調(diào)整。在檢查中發(fā)現(xiàn)一臺94年安裝的HIROSSO55型空調(diào)在兩個壓縮機都運行的情況下，進回風溫差偏小（回風22.5℃，送風16.8℃）空調(diào)制冷效果不明顯。觀察視液鏡和干燥過濾器，發(fā)現(xiàn)氟利昂充足，排除少氟和過濾器堵塞，進一步檢查，發(fā)現(xiàn)兩臺空調(diào)壓縮機回氣有過熱、熱力膨脹閥出口處溫度偏低現(xiàn)象，用數(shù)字式溫度計測得其中一個系統(tǒng)蒸發(fā)器出口溫度為18℃，壓力表測得回氣壓力為3.2kg/cm2，對應的蒸發(fā)溫度為-5℃，過熱度為23℃，明顯偏離正常的過熱度，從而診斷為熱力膨脹閥開啟度不夠，決定調(diào)整熱力膨脹閥開啟度。進行正確調(diào)整后，蒸發(fā)器出口溫度為12℃，用壓力表測得回氣壓力為4.8kg/cm2，對應的溫度為4.5℃，相減后過熱度為7.5℃。 現(xiàn)場調(diào)整前后的具體數(shù)據(jù)如下表1：
HIROSSO55空調(diào)數(shù)值
蒸發(fā)器出口
溫度
（度）
壓縮機回氣
壓力
(kg/cm2)
壓縮機回氣
壓力對應的
溫度（度）
過熱度
（度）
過熱度是否
符合要求
廠家調(diào)試標準值*
<14
4.5~6
2.5~11
5~8
標準值
1#系統(tǒng)
本次調(diào)整前
21.0
3.2
-5.0
26.0
否
本次調(diào)整后
13.4
5.0
5.8
7.6
是
2#系統(tǒng)
本次調(diào)整前
20.5
4.0
0.0
20.5
否
本次調(diào)整后
13.9
5.2
6.0
7.9
是
（注：廠家調(diào)試標準值由HIROSS空調(diào)上海辦事處提供） 熱力膨脹閥調(diào)整前后的進回風溫、濕度如下表2：
空調(diào)回風
空調(diào)送風溫度
回送風溫差
溫度（度）
濕度（RH）
溫度（度）
濕度（RH）
（度）
調(diào)整前
22.5
54.8
16.8
75.4
5.7
調(diào)整后
22.5
54.8
14.3
84.3
8.2
制冷量計算方法如下： 1) 查濕空氣的焓濕圖,可以知道回風空氣的焓h1 =45.5 kJ/kg，調(diào)整前送風空氣的焓h2=38.1 kJ/kg。調(diào)整后送風空氣的焓h'2=40.7 kJ/kg。 2) HIROSSO55空調(diào)的風量循環(huán)量為V=19800M3/H，故空氣質(zhì)量循環(huán)量 G=ρ× V=1.2× 19800/3600=6.6 kg/s 3)故調(diào)整前制冷量Q=G(h1-h2)=6.6×(45.50-40.7)=30.96kJ/S=31.68kW 調(diào)整后的制冷量Q'=G(h1-h'2)=6.6×(45.50-38.1)=48.84 kW 比較接近HIROSSO55空調(diào)的標準制冷量（回風溫度22度、濕度50%時，標準制冷量為51.5kW）。 調(diào)整后制冷量比調(diào)整前增大了17.16kW ，提高了35%。 熱力膨脹閥調(diào)整后，壓縮機殼體中部的表面溫度從調(diào)整前的52℃降低到29℃，表明壓縮機冷卻良好，從而延長了壓縮機的壽命。 6.熱力膨脹閥維護周期 經(jīng)過對杭州市電信分公司近二百多臺機房專用空調(diào)的運行情況統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)熱力膨脹閥偏離工作點的情況通常發(fā)生在使用壽命的中后期，因此，決定對熱力膨脹閥的檢查調(diào)整重點放在空調(diào)壽命的中后期上，下面是根據(jù)實際統(tǒng)計確立的熱力膨脹閥檢查周期。 熱力膨脹閥檢查調(diào)整周期
使用前4年
5~8年中
第9年以后
1次/年
2次/年
3次以上
7.結(jié)束語 定期檢查調(diào)整熱力膨脹閥雖然有些麻煩，但對提高空調(diào)的制冷效果、延長空調(diào)使用壽命、節(jié)約能源以及保證機房安全具有重要的現(xiàn)實意義。
