电子膨胀阀的工作原理及其优点
1、 制冷装置的理想运转(最有效运转方式)
为了理解蒸发器的有效使用,本文将以过热度(过热度等于蒸发器出口温度同蒸发器入口温度之差)为例,加以说明。
文中将按照手动膨胀阀、热力膨胀阀、电子膨胀阀的顺序分别解释各种现象。从而理解电子膨胀阀的优点。
1) 手动膨胀阀开度合适,蒸发器得到最有效利用,
这时蒸发器用得最理想(最有效)。
2)手动膨胀阀开度不足(节流过小),蒸发器未能得到有效利用。 这时,蒸发器得不到有效利用,由于制冷剂不足,与膨胀阀开度合适相比,压缩机的低压降低,蒸发器内制冷剂气体变得过热,导致压缩机吸入温度升高。
3)手动膨胀阀开度过大;
这时,因为吸入管绝热,几乎没有热负荷,因此,过多的制冷剂液体或雾达到压缩机的吸入口,进而进入压缩机曲轴箱,这就是所谓的“液击”状态,造成压缩机故障。
若制冷装置按第一状态运转,这时能够最大限度的利用制冷装置的能力,所以运转情况比较理想。可是,在实际运转中,随着负荷的变化,蒸发压力也变化,于是出现后者两个状态。即使在蒸发器的出口和入口装上温度计和压力表,操作工经常进行观察(监视)和调整,也不能使制冷装置始终在第一种工况下运转。 对任何一个蒸发器,使蒸发器得到最有效的利用,对蒸发器而言
此时有一个最合适的过热度,将其称之为最小稳定过热,其值根据蒸发器而定。
如果过热大于最小稳定过热,那么蒸发器有效面积减小,相反,如果小于最小稳定过热,则将引起液击,总之,制冷装置在最小稳定过热下运转,便可最大限度的发挥装置的能力,这点非常重要。
2、 热力膨胀阀的工作方式
先介绍下热力膨胀阀的结构和工作原理,然后说明热力膨胀阀的工作过热和存在的问题。
1) 结构和工作原理
各部名称及其功能
① 隔膜:根据上侧和下侧之压差,主要是温包的压力变化而上下弯曲。
② 弹簧:给隔膜下侧施加相当于静止过热的压力。
③ 过热调节螺钉:使弹簧伸缩,设定静止过热。
④ 阀:向上方(关闭)和下方(开启)移动,便可调节制冷剂流量。
⑤ 温包:把蒸发器出口温度的变化转换为压力变化
⑥ 毛细管:把温包内压传递到隔膜上侧。
⑦ 均压口:把蒸发压力传递到隔膜下侧。
现在来考虑阀开度是怎样决定的,首先,加到隔膜上下侧的压力: 加在上侧的压力Pb:温包压力(方向↓)
加在下侧的压力Pe:蒸发压力(↑)
加在下侧的压力Ps:弹簧压力(↑)
热力膨胀阀的三种状态:
① Pb﹤Pe+Ps阀全关闭状态
② Pb=Pe+Ps阀开始打开或正好关闭时
③ Pb﹥Pe+Ps阀全开(额定容量)时
压力处在平衡状态时Pb=Pe+Ps,可以改写为Ps=Pb- Ps 。 即弹簧压力=温包压力-蒸发器压力=过热(SH)
由该弹簧压力决定的过热(过热度)正好相当于阀开始打开时的过热,它被称为静止过热。
另外,还把由②向③变化时的过热称作开启过热,并把从①向③变化时需要的过热称作最大工作过热。
由过热调节螺钉调定的过热,恰好是热力膨胀阀开始打开时的过热。热负荷增加时,随着过热的增大,热力膨胀阀接近从②到③的状态,即阀开启;相反,热负荷减少时,随着过热的减少,热力膨胀阀接近于从③到②的状态。在一定的热负荷下,阀处于一定的开度,从而达到平衡状态。这样,在制冷装置中,热力膨胀阀要有一定的过热,持续保持这种状态,不仅是为了装置的安全(防止液击),而且也正是膨胀阀工作的目的。
随着蒸发温度的下降,热力膨胀阀的工作变得迟缓,这是由于温包里介质的特性引起的,对于热力膨胀阀来说,这是不可避免的缺点,这个缺点就是随着蒸发温度的下降需要打的过热度,着意
味着使制冷装置的有效蒸发面积减小。
因此,使用热力膨胀阀的制冷装置,应对照运转状态的变化,每次用过热调节螺钉调节静止过热度,操作人员根据日常热负荷的多少进行调节,这样可防止装置的液击,并提高效率。可是在低温制冷装置中,带过热调节螺钉的膨胀阀周围覆有冰层,膨胀阀本身实际上不能调节。为了克服上述缺点和困难,出现了一种功能更好的膨胀阀,这就是下面要介绍的“电子膨胀阀”。
3、 电子膨胀阀
本文介绍的电子膨胀阀是艾默生公司的电动型阀。
各部件名称及其作用:
① 电子膨胀阀阀体:负责根据接收到的脉冲信号控制膨胀开度,保证适量的供液量和合适的过热度。
② 控制器:控制器是该系统的核心部件,作用类似于人体大脑,控制器可以接收压力传感器送来的4到20mA电流信号,和温度传感器的电阻值信号。根据这些信号,通过内部的计算发出脉冲信号来控制电子膨胀阀的开度,保证系统供液量和过热度,正常运转时,控制器显示系统的实际过热度。
③ 压力传感器:负责检测蒸发压力,并将蒸发压力值转变成4到20mA的电流信号。
④ 温度传感器:可以根据温度的不同电阻值也不同。 系统工作原理:
控制器采样压力传感器送来的电流信号,和温度传感器的电阻值
信号,计算出当前实际过热度;参考设定参数,计算出应当达到的要求过热度;根据实际过热度和要求过热度,结合控制器的参数设定,以一定的反映方式,来调节电子膨胀阀的开度,使其尽量靠近要求过热度;反复检测两个过热度之间的差异,逐步实时调整膨胀阀开度。
性能介绍:
根据系统所需要的过热度来控制电子膨胀阀的开启度,可以实现完全关断,其关断功能大大优于普通的电磁阀。因此当系统停机时不会有工质流过电子膨胀阀。当有制冷负荷的需求并且压缩机启动时,需要通过外部的数据输入来激活电子膨胀阀,使其非常高效、精准的调节阀体的开启度来控制不同工况下的制冷剂流量,如压缩机启动阶段、远程压缩机的启动、初始压力过高、初始压力过低、高负荷、低负荷及部分负荷。
① 算法逻辑:是自适型运算法,能根据蒸发器的状况在正则区间内自动调整。在不同类型的蒸发器和运行工况变化时,保证最佳过热度。
② 过热度控制功能:通过接受压力传感器和温度传感器的测量数据。计算实际过热度并与过热度的设定值经行比较。从而控制电子膨胀阀的开启度,实现在不同运行工况下维持过热度在期望值内
③ MOP功能:为了防止压缩机电机过载,它所具有的MOP功能可以通过一个预先设定的数值来限制蒸发压力。
④ 低过热度报警功能:液态制冷剂会导致压缩机发生严重的故障,因此必须阻止液态制冷剂进入压缩机,其内置的低过热度报警功能通过检测低过热度的状况并报警继电器。如果报警继电器被串入机组的安全控制系统中,就可以实现在低过热度时使压缩机停机。
⑤ 安全装置/内置电池:在紧急断电时,电子膨胀阀的步进电机将停止工作,阀口将出于开启状态,由于蒸发器和冷凝器之间存在压力差,此时冷凝器内的制冷剂液体会通过开启的阀口流入蒸发器,同时蒸发器没有与外界发生热交换,其内部可能存有一定量的制冷剂液体,当机组再次启动时,会造成液击。但其内部含有一套内置可充电池和精巧的充电装置。温度补偿充电循环使电池具有最长的使用寿命。
电子膨胀阀的应用:
① 常规蒸发器的过热度控制;
② 过冷器或经济起的过热度控制或螺杆压缩机的中间压力补气或喷液的控制‘
③ 双级压缩机中压气体的过热度控制
④ 热气旁通和吸气关联的过热度控制
⑤ 满液式蒸发器的过热度控制
电子膨胀阀的工作原理及其优点
1、 制冷装置的理想运转(最有效运转方式)
为了理解蒸发器的有效使用,本文将以过热度(过热度等于蒸发器出口温度同蒸发器入口温度之差)为例,加以说明。
文中将按照手动膨胀阀、热力膨胀阀、电子膨胀阀的顺序分别解释各种现象。从而理解电子膨胀阀的优点。
1) 手动膨胀阀开度合适,蒸发器得到最有效利用,
这时蒸发器用得最理想(最有效)。
2)手动膨胀阀开度不足(节流过小),蒸发器未能得到有效利用。 这时,蒸发器得不到有效利用,由于制冷剂不足,与膨胀阀开度合适相比,压缩机的低压降低,蒸发器内制冷剂气体变得过热,导致压缩机吸入温度升高。
3)手动膨胀阀开度过大;
这时,因为吸入管绝热,几乎没有热负荷,因此,过多的制冷剂液体或雾达到压缩机的吸入口,进而进入压缩机曲轴箱,这就是所谓的“液击”状态,造成压缩机故障。
若制冷装置按第一状态运转,这时能够最大限度的利用制冷装置的能力,所以运转情况比较理想。可是,在实际运转中,随着负荷的变化,蒸发压力也变化,于是出现后者两个状态。即使在蒸发器的出口和入口装上温度计和压力表,操作工经常进行观察(监视)和调整,也不能使制冷装置始终在第一种工况下运转。 对任何一个蒸发器,使蒸发器得到最有效的利用,对蒸发器而言
此时有一个最合适的过热度,将其称之为最小稳定过热,其值根据蒸发器而定。
如果过热大于最小稳定过热,那么蒸发器有效面积减小,相反,如果小于最小稳定过热,则将引起液击,总之,制冷装置在最小稳定过热下运转,便可最大限度的发挥装置的能力,这点非常重要。
2、 热力膨胀阀的工作方式
先介绍下热力膨胀阀的结构和工作原理,然后说明热力膨胀阀的工作过热和存在的问题。
1) 结构和工作原理
各部名称及其功能
① 隔膜:根据上侧和下侧之压差,主要是温包的压力变化而上下弯曲。
② 弹簧:给隔膜下侧施加相当于静止过热的压力。
③ 过热调节螺钉:使弹簧伸缩,设定静止过热。
④ 阀:向上方(关闭)和下方(开启)移动,便可调节制冷剂流量。
⑤ 温包:把蒸发器出口温度的变化转换为压力变化
⑥ 毛细管:把温包内压传递到隔膜上侧。
⑦ 均压口:把蒸发压力传递到隔膜下侧。
现在来考虑阀开度是怎样决定的,首先,加到隔膜上下侧的压力: 加在上侧的压力Pb:温包压力(方向↓)
加在下侧的压力Pe:蒸发压力(↑)
加在下侧的压力Ps:弹簧压力(↑)
热力膨胀阀的三种状态:
① Pb﹤Pe+Ps阀全关闭状态
② Pb=Pe+Ps阀开始打开或正好关闭时
③ Pb﹥Pe+Ps阀全开(额定容量)时
压力处在平衡状态时Pb=Pe+Ps,可以改写为Ps=Pb- Ps 。 即弹簧压力=温包压力-蒸发器压力=过热(SH)
由该弹簧压力决定的过热(过热度)正好相当于阀开始打开时的过热,它被称为静止过热。
另外,还把由②向③变化时的过热称作开启过热,并把从①向③变化时需要的过热称作最大工作过热。
由过热调节螺钉调定的过热,恰好是热力膨胀阀开始打开时的过热。热负荷增加时,随着过热的增大,热力膨胀阀接近从②到③的状态,即阀开启;相反,热负荷减少时,随着过热的减少,热力膨胀阀接近于从③到②的状态。在一定的热负荷下,阀处于一定的开度,从而达到平衡状态。这样,在制冷装置中,热力膨胀阀要有一定的过热,持续保持这种状态,不仅是为了装置的安全(防止液击),而且也正是膨胀阀工作的目的。
随着蒸发温度的下降,热力膨胀阀的工作变得迟缓,这是由于温包里介质的特性引起的,对于热力膨胀阀来说,这是不可避免的缺点,这个缺点就是随着蒸发温度的下降需要打的过热度,着意
味着使制冷装置的有效蒸发面积减小。
因此,使用热力膨胀阀的制冷装置,应对照运转状态的变化,每次用过热调节螺钉调节静止过热度,操作人员根据日常热负荷的多少进行调节,这样可防止装置的液击,并提高效率。可是在低温制冷装置中,带过热调节螺钉的膨胀阀周围覆有冰层,膨胀阀本身实际上不能调节。为了克服上述缺点和困难,出现了一种功能更好的膨胀阀,这就是下面要介绍的“电子膨胀阀”。
3、 电子膨胀阀
本文介绍的电子膨胀阀是艾默生公司的电动型阀。
各部件名称及其作用:
① 电子膨胀阀阀体:负责根据接收到的脉冲信号控制膨胀开度,保证适量的供液量和合适的过热度。
② 控制器:控制器是该系统的核心部件,作用类似于人体大脑,控制器可以接收压力传感器送来的4到20mA电流信号,和温度传感器的电阻值信号。根据这些信号,通过内部的计算发出脉冲信号来控制电子膨胀阀的开度,保证系统供液量和过热度,正常运转时,控制器显示系统的实际过热度。
③ 压力传感器:负责检测蒸发压力,并将蒸发压力值转变成4到20mA的电流信号。
④ 温度传感器:可以根据温度的不同电阻值也不同。 系统工作原理:
控制器采样压力传感器送来的电流信号,和温度传感器的电阻值
信号,计算出当前实际过热度;参考设定参数,计算出应当达到的要求过热度;根据实际过热度和要求过热度,结合控制器的参数设定,以一定的反映方式,来调节电子膨胀阀的开度,使其尽量靠近要求过热度;反复检测两个过热度之间的差异,逐步实时调整膨胀阀开度。
性能介绍:
根据系统所需要的过热度来控制电子膨胀阀的开启度,可以实现完全关断,其关断功能大大优于普通的电磁阀。因此当系统停机时不会有工质流过电子膨胀阀。当有制冷负荷的需求并且压缩机启动时,需要通过外部的数据输入来激活电子膨胀阀,使其非常高效、精准的调节阀体的开启度来控制不同工况下的制冷剂流量,如压缩机启动阶段、远程压缩机的启动、初始压力过高、初始压力过低、高负荷、低负荷及部分负荷。
① 算法逻辑:是自适型运算法,能根据蒸发器的状况在正则区间内自动调整。在不同类型的蒸发器和运行工况变化时,保证最佳过热度。
② 过热度控制功能:通过接受压力传感器和温度传感器的测量数据。计算实际过热度并与过热度的设定值经行比较。从而控制电子膨胀阀的开启度,实现在不同运行工况下维持过热度在期望值内
③ MOP功能:为了防止压缩机电机过载,它所具有的MOP功能可以通过一个预先设定的数值来限制蒸发压力。
④ 低过热度报警功能:液态制冷剂会导致压缩机发生严重的故障,因此必须阻止液态制冷剂进入压缩机,其内置的低过热度报警功能通过检测低过热度的状况并报警继电器。如果报警继电器被串入机组的安全控制系统中,就可以实现在低过热度时使压缩机停机。
⑤ 安全装置/内置电池:在紧急断电时,电子膨胀阀的步进电机将停止工作,阀口将出于开启状态,由于蒸发器和冷凝器之间存在压力差,此时冷凝器内的制冷剂液体会通过开启的阀口流入蒸发器,同时蒸发器没有与外界发生热交换,其内部可能存有一定量的制冷剂液体,当机组再次启动时,会造成液击。但其内部含有一套内置可充电池和精巧的充电装置。温度补偿充电循环使电池具有最长的使用寿命。
电子膨胀阀的应用:
① 常规蒸发器的过热度控制;
② 过冷器或经济起的过热度控制或螺杆压缩机的中间压力补气或喷液的控制‘
③ 双级压缩机中压气体的过热度控制
④ 热气旁通和吸气关联的过热度控制
⑤ 满液式蒸发器的过热度控制