傳統節流機構的工作原理及匹配,節流的工作原理是制冷工質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。節流機構的作用:
1、 節流降壓。當常溫高壓的制冷劑飽和液體流過節流閥,變成低溫低壓的制冷劑液體并產生少許閃發氣體。進而實現向外界吸熱的目的。
2、 調節流量:節流閥通過感溫包感受蒸發器出口處制冷劑過熱度的變化來控制閥的開度,調節進入蒸發器的制冷劑流量,使其流量與蒸發器的熱負荷相匹配。當蒸發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:節流機構具有控制蒸發器出口制冷劑過熱度的功能,既保持蒸發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生。
4、 控制蒸發液位:帶液位控制的節流機構具有控制蒸發器液位的功能,既保持蒸發器傳熱面積的充分利用,又防止吸氣帶液降低吸氣過熱度。
若節流機構向蒸發器的供液量與蒸發負荷相比過大,部分液態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器負荷相比太少,則蒸發器部分傳熱面積未能充分發揮其效能,甚至會造成蒸發壓力降低,而且使制冷系統的制冷量降低,制冷系數減小,制冷裝置能耗增大。節流機構流量的調節對制冷裝置節能降耗起著非常重要的作用。大型中央空調冷水機組常用的節流機構有手動節流閥、孔板、熱力膨脹閥、浮球+主節流閥。
熱力膨脹閥廣泛應用于熱泵冷熱水機組。它既可控制蒸發器供液量,又可節流飽和液態制冷劑。根據熱力膨脹閥結構上的不同,分為內平衡式和外平衡式兩種。考慮到制冷劑流經蒸發器產生一定的壓力損失,為降低開啟過熱度,提高蒸發器傳熱面積的利用率,一般自膨脹閥出口至蒸發器出口,制冷劑的壓力降所對應的蒸發溫度降超過2~3℃,應選用外平衡式熱力膨脹閥。
外平衡式熱力膨脹閥的工作原理是建立在力平衡的基礎上。工作時,彈性金屬膜片上部受感溫包內工質的壓力P3作用,下面受蒸發器出口壓力P1與彈簧力P2的作用。膜片在三個力的作用下,向上或向下鼓起,從而使閥孔關下或開大,用以調節蒸發器的供液量。當進入蒸發器的液量小于蒸發器熱負荷的需要時,則蒸發器出口蒸氣的過熱度增大,膜片上方的壓力大于下方的壓力,這樣就迫使膜片向下鼓出,通過頂桿壓縮彈簧,并把閥針頂開,使閥孔開大,則供液量增大。反之當供液量大于蒸發器熱負荷的需要時,則出口處蒸氣的過熱度減小,感溫系統中的壓力降低,膜片上方的作用力小于下方的作用力時,使膜片向上鼓出,彈簧伸長,頂桿上移并使閥孔關小,對蒸發器的供液量也就隨之減少。熱力膨脹閥的過熱度由開啟過熱度和有效過熱度組成,開啟過熱度與彈簧的預緊力有關,有效過熱度與彈簧的強度及閥針的行程有關。膨脹閥的彈簧是按標準工況設計的,機組在標準工況下,機組滿負荷或變負荷運行均維持較高的COP值。但在大壓差工況下,蒸發壓力降低,蒸發器負荷需求的液量減少,但實際情況相反,在吸氣過熱度不變的情況下,由于蒸發壓力降低,蒸發器出口壓力P1相應降低,膜片上下的壓差變大,使主閥開度增大,供液量增加;但在小壓差工況下,蒸發壓力上升,蒸發器負荷需求的液量增多,但實際情況是在吸氣過熱度不變的情況下,由于蒸發壓力上升,蒸發器出口壓力P1相應提高,膜片上下的壓差變小,使主閥開度減小,供液量減少;在變負荷下亦如此。因此熱力膨脹閥在變工況下供液量的調節方面需進一步改進。