1. 概述
節(jié)能和環(huán)保是人類亟待解決的兩大問題。2002年8月26日至9月4日在南非約翰內(nèi)斯堡舉行了可持續(xù)發(fā)展世界峰會。在該次會議上制冷學會發(fā)表了《制冷業(yè)對于可持續(xù)發(fā)展和減緩大氣變化的承諾》，在此文件中闡明制冷業(yè)主要的挑戰(zhàn)來自氣候變暖。造成制冷業(yè)影響氣候變暖的80%的原因是二氧化碳的排放。這些間接的排放是部分是由制冷裝置運行所需能量的生產(chǎn)引起的。制冷、空調(diào)和熱泵這些設(shè)備所消耗的電能約占*生產(chǎn)電能的15%，這表明間接排放的影響是非常的嚴重。此文件還提出在下一個20年制冷業(yè)必須樹立雄心去達到目標之一：每個制冷設(shè)備耗能減少30~50%。制冷業(yè)者為保護環(huán)境，應(yīng)把節(jié)能貫穿到制冷設(shè)備的使用周期中去。作為制冷循環(huán)的四大部件之一，節(jié)流裝置在系統(tǒng)中起著非常關(guān)鍵的作用，通過選擇應(yīng)用合適的節(jié)流機構(gòu)與制冷系統(tǒng)匹配是整個制冷設(shè)備降低能耗的重要一環(huán)。本文將對節(jié)流機構(gòu)的工作原理和運行能量匹配進行分析，重點對電子膨脹閥的工作原理進行分析。
2. 傳統(tǒng)節(jié)流機構(gòu)的工作原理及匹配
節(jié)流的工作原理是制冷工質(zhì)流過閥門時流動截面突然收縮，流體流速加快，壓力下降，壓力下降的大小取決于流動截面收縮的比例。節(jié)流機構(gòu)的作用：
1、 節(jié)流降壓。當常溫高壓的制冷劑飽和液體流過節(jié)流閥，變成低溫低壓的制冷劑液體并產(chǎn)生少許閃發(fā)氣體。進而實現(xiàn)向外界吸熱的目的。
2、 調(diào)節(jié)流量：節(jié)流閥通過感溫包感受蒸發(fā)器出口處制冷劑過熱度的變化來控制閥的開度，調(diào)節(jié)進入蒸發(fā)器的制冷劑流量，使其流量與蒸發(fā)器的熱負荷相匹配。當蒸發(fā)器熱負荷增加時閥開度也增大，制冷劑流量隨之增加，反之，制冷劑流量減少。
3、 控制過熱度：節(jié)流機構(gòu)具有控制蒸發(fā)器出口制冷劑過熱度的功能，既保持蒸發(fā)器傳熱面積的充分利用，又防止吸氣帶液損壞壓縮機的事故發(fā)生。
4、 控制蒸發(fā)液位：帶液位控制的節(jié)流機構(gòu)具有控制蒸發(fā)器液位的功能，既保持蒸發(fā)器傳熱面積的充分利用，又防止吸氣帶液降低吸氣過熱度。
若節(jié)流機構(gòu)向蒸發(fā)器的供液量與蒸發(fā)負荷相比過大，部分液態(tài)制冷劑一起進入壓縮機，引起濕壓縮或沖缸事故。相反若供液量與蒸發(fā)器負荷相比太少，則蒸發(fā)器部分傳熱面積未能充分發(fā)揮其效能，甚至會造成蒸發(fā)壓力降低，而且使制冷系統(tǒng)的制冷量降低，制冷系數(shù)減小，制冷裝置能耗增大。節(jié)流機構(gòu)流量的調(diào)節(jié)對制冷裝置節(jié)能降耗起著非常重要的作用。大型*空調(diào)冷水機組常用的節(jié)流機構(gòu)有手動節(jié)流閥、孔板、熱力膨脹閥、浮球+主節(jié)流閥。
2.1手動節(jié)流閥
手動節(jié)流閥是zui老式的節(jié)流閥，其外形與普通截止閥相似。它由閥體、閥芯、閥桿、填料壓蓋、上蓋、手輪和螺栓等零件組成。與截止閥不同之處在于它的閥芯為針型或具有V形缺口的錐體，而且閥桿采用細牙螺紋。當旋轉(zhuǎn)手輪時，可使閥門的開啟度緩慢地增大或減小，以保證良好的調(diào)節(jié)性能。手動節(jié)流閥開啟的大小，需要操作人員頻繁地調(diào)節(jié)，以適應(yīng)負荷的變化。通常開啟度為1/8~1/4圈，一般不超過一圈，開啟度過大就起不到節(jié)流（膨脹）的作用。這種節(jié)流閥現(xiàn)在已被自動節(jié)流機構(gòu)取代。
2.2孔板
孔板節(jié)流機構(gòu)由兩塊孔板組成，采用兩級節(jié)流。制冷工質(zhì)通過*級孔板時，制冷工質(zhì)剛好到達飽和液體線，并產(chǎn)生少許閃發(fā)氣體;由于閃發(fā)氣體占據(jù)一部分空間，其流量也在波動，致使工質(zhì)進入第二級孔板時流體的流量在一定范圍（約20%）內(nèi)變動，進而達到自動調(diào)節(jié)制冷劑循環(huán)量的功能，第二級孔板因變動的流量造成不同的壓降變化，與系統(tǒng)高低壓差進行調(diào)節(jié)，于動態(tài)平衡后，穩(wěn)定發(fā)揮制冷工質(zhì)膨脹功能而完成整個制冷循環(huán)。一二級孔板設(shè)計依據(jù)：
1、 流量公式：q= a x Α x（2 x Δp x ρ）1/2
2、 冷水機組標準工況：12℃/7℃；30℃/35℃。
冷水機組在標準工況滿負荷運行時，孔板向蒸發(fā)器的供液量與蒸發(fā)負荷相匹配。但機組實際運行經(jīng)常處于變工況、變負荷運行。在大壓差工況下，蒸發(fā)器負荷需求減?。ǚ却笥?span lang="EN-US">20%），孔板zui大調(diào)節(jié)余量20%，由于壓差增大，孔板實際供液量比蒸發(fā)器負荷需要的液量大，吸氣過熱度降低，引起濕壓縮；在小壓差工況下，蒸發(fā)器負荷需求增大（幅度大于20%），由于壓差減小，蒸發(fā)器實際存液量比蒸發(fā)器負荷需要的液量小，吸氣過熱度升高，制冷量降低，制冷系數(shù)減小，制冷裝置能耗增大；在由低負荷轉(zhuǎn)為高負荷情況下（幅度大于20%），蒸發(fā)器負荷需求增大，由于制冷劑質(zhì)量流量增大，短時間內(nèi)蒸發(fā)器實際存液量比蒸發(fā)器負荷需要的液量小，吸氣過熱度升高，制冷量降低，制冷系數(shù)減小，制冷裝置能耗增大；在由高負荷轉(zhuǎn)為低負荷情況下（幅度大于20%），蒸發(fā)器負荷需求減小，由于制冷劑質(zhì)量流量減小，短時間內(nèi)蒸發(fā)器實際存液量比蒸發(fā)器負荷需要的液量大，吸氣過熱度降低，引起濕壓縮，情況即機組滿負荷運行突然停機，蒸發(fā)器負荷需求減小75%，由于制冷劑質(zhì)量流量突然減小75%，短時間蒸發(fā)器實際存液量比蒸發(fā)器負荷需要的液量大55%，吸氣過熱度急速降低，進而降低排氣過熱度，油分效果下降，甚至導(dǎo)致壓縮機奔油。雖然一二級孔板在一定范圍可自動調(diào)節(jié)，但其應(yīng)付變工況、變負荷能力差，且制冷系數(shù)減小，制冷裝置能耗增大，一般不宜采用。
2.3熱力膨脹閥
熱力膨脹閥廣泛應(yīng)用于*空調(diào)冷水機組。它既可控制蒸發(fā)器供液量，又可節(jié)流飽和液態(tài)制冷劑。根據(jù)熱力膨脹閥結(jié)構(gòu)上的不同，分為內(nèi)平衡式和外平衡式兩種?？紤]到制冷劑流經(jīng)蒸發(fā)器產(chǎn)生一定的壓力損失，為降低開啟過熱度，提高蒸發(fā)器傳熱面積的利用率，一般自膨脹閥出口至蒸發(fā)器出口，制冷劑的壓力降所對應(yīng)的蒸發(fā)溫度降超過2~3℃，應(yīng)選用外平衡式熱力膨脹閥。
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