熱力膨脹閥常見(jiàn)故障原因分析

韓景星 張明敏

（中國(guó)衛(wèi)星海上測(cè)控部，江蘇無(wú)錫214431）

0 引言

熱力膨脹閥是制冷系統(tǒng)中四大部件之一，是組成制冷裝置的重要部件，它具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，往往決定著整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行性能。它在控制制冷劑流量的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)從冷凝壓力至蒸發(fā)壓力的壓降；管理人員往往容易忽視此部件的運(yùn)行情況，所以及時(shí)排除熱力膨脹閥工作中的故障，對(duì)于提高設(shè)備運(yùn)行壽命、提升制冷效果、節(jié)約運(yùn)行成本具有重要的意義。

1 熱力膨脹閥工作過(guò)程分析

通過(guò)感受蒸發(fā)器出口制冷劑的過(guò)熱度來(lái)控制進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑流量。依照平衡方式的不同，熱力膨脹閥一般分為內(nèi)平衡式和外平衡式兩種。熱力膨脹閥一般由感應(yīng)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、調(diào)整機(jī)構(gòu)和閥體四部分組成。感應(yīng)機(jī)構(gòu)中充入制冷工質(zhì)，感溫包通常設(shè)置在蒸發(fā)器出口且必須與管壁有良好的接觸，以保證能準(zhǔn)確感應(yīng)壓縮機(jī)的吸氣溫度。工作時(shí)，感溫包感受到出口處溫度后產(chǎn)生壓力，通過(guò)毛細(xì)管傳到膜片上部，使整個(gè)系統(tǒng)處于對(duì)應(yīng)的飽和壓力下，該壓力通過(guò)膜片傳導(dǎo)至頂桿而后至閥芯，壓迫膜片下方的調(diào)整彈簧。當(dāng)蒸發(fā)器出口過(guò)熱度偏高時(shí)，熱力膨脹閥閥芯下移，制冷劑流量增加；反之，熱力膨脹閥開度減小，制冷劑流量減小。此部件確保了在環(huán)境發(fā)生熱負(fù)荷變化時(shí)，實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)器最佳的供液方式，因此，制冷設(shè)備通過(guò)熱力膨脹閥來(lái)控制過(guò)熱度，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)整。

2 熱力膨脹閥的選配

2.1 正確選配熱力膨脹閥的目的

熱力膨脹閥的選配對(duì)于整個(gè)制冷系統(tǒng)性能的發(fā)揮起到非常重要的作用，正確選配熱力膨脹閥將使蒸發(fā)器得到最大限度的利用，使蒸發(fā)器始終和熱負(fù)荷匹配。

2.2 熱力膨脹閥的選配依據(jù)

熱力膨脹閥的選擇通常依據(jù)制冷系統(tǒng)的制冷劑種類、蒸發(fā)器過(guò)熱負(fù)荷的大小、熱力膨脹閥進(jìn)出口的壓力差和蒸發(fā)溫度、冷凝溫度及制冷量范圍來(lái)確定。

3 熱力膨脹閥的維護(hù)周期

通常設(shè)備投入運(yùn)行初始，不需要調(diào)整熱力膨脹閥，但在系統(tǒng)運(yùn)行幾年后，彈簧彈力減弱、閥針磨損和閥孔堵塞等原因，會(huì)使得熱力膨脹閥開啟度偏大或偏小，偏離其工作點(diǎn)。

根據(jù)長(zhǎng)期對(duì)設(shè)備運(yùn)行情況統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，熱力膨脹閥偏離正常工作點(diǎn)的狀況通常發(fā)生在使用壽命的中后期，所以，對(duì)于熱力膨脹閥的維護(hù)檢查重點(diǎn)應(yīng)放在投入運(yùn)行后的中后期。檢查周期一般為：使用前4年，3次/年；使用5～8年期間，2次/年；使用第9年以后，3次以上/年。

4 熱力膨脹閥工作中常見(jiàn)故障分析

4.1 熱力膨脹閥的堵塞故障

制冷系統(tǒng)時(shí)常發(fā)生的堵塞故障有“臟堵”和“冰堵”。系統(tǒng)內(nèi)存在焊渣、銅屑、鐵屑、纖維等雜質(zhì)是造成“臟堵”的主要原因；“冰堵”發(fā)生的主要原因是系統(tǒng)內(nèi)含有過(guò)多的濕氣，多數(shù)是由抽真空不到位、加注制冷劑或補(bǔ)充潤(rùn)滑油時(shí)進(jìn)入空氣和管路焊接處工藝有缺陷等原因引起的。

4.1.1 堵塞常發(fā)生的位置

一般“臟堵”多發(fā)生在干燥過(guò)濾器，若系統(tǒng)內(nèi)雜質(zhì)過(guò)多，在制冷設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)內(nèi)的雜質(zhì)被干燥過(guò)濾器攔截，就會(huì)造成“臟堵”現(xiàn)象。而“冰堵”則多發(fā)生在膨脹閥的節(jié)流孔處，且“冰堵”通常是一個(gè)反復(fù)的過(guò)程。因?yàn)樵诠?jié)流孔處，制冷劑節(jié)流降壓、溫度最低，當(dāng)水分過(guò)多時(shí)，會(huì)在此處結(jié)冰堵塞節(jié)流孔，導(dǎo)致制冷劑無(wú)法通過(guò)。此時(shí)系統(tǒng)不制冷，整個(gè)系統(tǒng)溫度上升，節(jié)流孔處冰塞慢慢融化，制冷劑再次流動(dòng)，系統(tǒng)開始制冷，隨著制冷能力的恢復(fù)溫度再次降低，“冰堵”再次發(fā)生，如此反復(fù)。

4.1.2 堵塞的排除方法

要及時(shí)準(zhǔn)確地確定發(fā)生堵塞的部位，通常有以下幾種方法：

（1）觀察法：通常發(fā)生堵塞部位前的管子外部會(huì)附著一層白霜，若觀察膨脹閥出口處霜層逐漸融化為濕霜，則可初步判定為“冰堵”。

（2）分析法：膨脹閥至蒸發(fā)器的連接變徑管路及盤管彎頭處最易發(fā)生“冰堵”。

（3）試驗(yàn)法：在觀察法的基礎(chǔ)上，將疑似堵塞管路的前后截止閥關(guān)閉，清除管壁霜層后，迅速開啟關(guān)閉閥門，管路結(jié)霜臨界處即為堵塞點(diǎn)。

根據(jù)堵塞的嚴(yán)重程度，采用不同的措施解決故障。對(duì)于比較輕微的“冰堵”現(xiàn)象，可以使用熱毛巾或電吹風(fēng)等對(duì)冰塞處進(jìn)行加熱，直至故障現(xiàn)象消失，較輕的“臟堵”現(xiàn)象則需要更換干燥過(guò)濾器；對(duì)于嚴(yán)重的“冰堵”“臟堵”現(xiàn)象，建議要重新清理管路內(nèi)的雜質(zhì)，使用壓縮空氣進(jìn)行系統(tǒng)吹除作業(yè)，重新抽真空，加注制冷劑，使系統(tǒng)恢復(fù)更好的性能。

4.2 感溫包故障

4.2.1 感溫包發(fā)生故障的常見(jiàn)原因

感溫包發(fā)生故障會(huì)出現(xiàn)系統(tǒng)供液時(shí)大時(shí)小、膨脹閥關(guān)閉不嚴(yán)或者過(guò)熱度不匹配等現(xiàn)象，常見(jiàn)原因包括：一是感溫包包扎位置不正確；二是感溫包毛細(xì)管斷裂致使感溫包內(nèi)充注介質(zhì)泄漏，導(dǎo)致執(zhí)行機(jī)構(gòu)不能做出正確動(dòng)作。

4.2.2 感溫包故障常用處理方法

通常情況下，感溫包的安裝應(yīng)當(dāng)盡量遠(yuǎn)離壓縮機(jī)吸氣端且盡量靠近蒸發(fā)器，設(shè)計(jì)中常將其安裝在蒸發(fā)器出口水平段的回氣管的頂部上端“1點(diǎn)鐘”位置。如果回氣管管徑小于22 mm，則感溫包的安裝角度為管子軸線以下與水平軸線成45°左右，約為“3點(diǎn)鐘”位置。

感溫包的安裝位置直接影響熱力膨脹閥的靈敏度，若感溫包安裝在管子底部，由于總有部分液態(tài)制冷劑流到感溫包的位置，就會(huì)導(dǎo)致感溫包的溫度迅速變化，引起供液紊亂；若將感溫包安裝在管子上部，則會(huì)使蒸發(fā)器的制冷劑過(guò)多，從而降低了部件的靈敏度。

感溫包安裝時(shí)，管路表面應(yīng)當(dāng)進(jìn)行徹底清潔，感溫包用銅片包扎好水平或略朝下放置，保證與管路的良好接觸。

4.3 熱力膨脹閥調(diào)整不當(dāng)

4.3.1 關(guān)于熱力膨脹閥調(diào)整的相關(guān)概念

（1）熱力膨脹閥的過(guò)熱度：當(dāng)膨脹閥處于某一位置時(shí)，所對(duì)應(yīng)的過(guò)熱度稱為“熱力膨脹閥的過(guò)熱度”。

（2）動(dòng)態(tài)過(guò)熱度：熱力膨脹閥閥孔開啟到全開為止，其過(guò)熱度增加的數(shù)值叫“動(dòng)態(tài)過(guò)熱度”。

（3）靜態(tài)過(guò)熱度：熱力膨脹閥處于開啟位置時(shí)，此時(shí)控制的過(guò)熱度最小，稱之為“靜態(tài)過(guò)熱度”。

4.3.2 熱力膨脹閥調(diào)整方法

（1）調(diào)整熱力膨脹閥前，應(yīng)進(jìn)行細(xì)致檢查，以確認(rèn)系統(tǒng)工作異常的原因是熱力膨脹閥故障，逐一排除其他可能引起相同故障現(xiàn)象的因素，認(rèn)真檢查感溫包安裝部位是否正確。

（2）調(diào)整熱力膨脹閥的注意事項(xiàng)：調(diào)整熱力膨脹閥應(yīng)當(dāng)在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)進(jìn)行。通過(guò)觀察壓縮機(jī)吸氣壓力作為蒸發(fā)器飽和壓力，從而得到該飽和壓力下的蒸發(fā)溫度；而后使用儀表測(cè)出回氣管溫度數(shù)值，與算出的蒸發(fā)溫度對(duì)比校對(duì)過(guò)熱度，熱力膨脹閥的過(guò)熱度應(yīng)在5～8 ℃。調(diào)節(jié)螺桿時(shí)，順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)為減小膨脹閥開度，制冷劑流量減??；若對(duì)比數(shù)值過(guò)熱度太大，則逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)螺桿，使膨脹閥開度增大，增加制冷劑流量。由于熱力膨脹閥感溫系統(tǒng)信號(hào)傳遞存在一定的滯后性，所以調(diào)整時(shí)一定要耐心，每次調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)不宜過(guò)多，待系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后再進(jìn)行下一次調(diào)節(jié)。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著制冷設(shè)備投入使用年限的增長(zhǎng)，設(shè)備故障問(wèn)題頻發(fā)，若維護(hù)保養(yǎng)不全面、不到位，將嚴(yán)重影響設(shè)備的制冷性能，造成能源和物資的浪費(fèi)。所以，強(qiáng)化故障分析解決能力，加強(qiáng)設(shè)備全面保養(yǎng)，對(duì)保證船舶制冷系統(tǒng)的良好運(yùn)行有著重要意義。