船用冷库热力膨胀阀的调节

船用冷库热力膨胀阀的调节

〔内容提要〕热力膨胀阀的可靠性和精度，直接决定船用冷库系统的运行状况。此文从热力膨胀阀的工作原来出发，结合增大制冷量、节约能源和运行安全的需要，阐述定期检查热力膨胀阀的必要性，并提出调整热力膨胀阀的具体操作方法。

关键词：船舶冷藏制冷系统 热力膨胀阀 工作原理 调整和维护

1 概述

热力膨胀阀，控制制冷剂从冷凝器至蒸发器的节流降压作用，改变制冷剂的流量，调节制冷系统工况，是制冷系统中四各基本设备之

一。它的可靠性和调节精度，直接决定整个系统的运行性能。

定期检查和调整热力膨胀阀，对船用冷库制冷装臵的寿命，节约能源，降低运行成本，有着重要的意义。但在实际工作中，热力膨胀阀的运行情况往往被忽视，使热力膨胀阀成为制冷系统维护中的死角。

2热力膨胀阀的工作过程分析

2.1热力膨胀阀工作原理

热力膨胀阀通过感受蒸发器出口气态制冷剂的过热度，控制进入蒸发器的制冷剂流量，以调节制冷系统工况。按照平衡方式不同，热力膨胀阀分为外平衡式和内平衡式。在船舶制冷系统尤其式低温库，一般采用外平衡式热力膨胀阀。

热力膨胀阀有感温机构、执行机构、调节机构和阀体组成，结构如图1所示。

膜片

Pb

P0

顶杆

阀芯

供液 Pt 膨胀阀开启度

感温包

阀体 膨胀阀 蒸发器 回气 螺杆

图1 热力膨胀阀结构图

（1）执行机构

就是热力膨胀阀的阀芯，通过阀芯开度改变制冷剂流量。

（2）感温机构

包括膜片上部空间、感温包及其导管，其中充满制冷剂。感温包设臵在蒸发器出口处，感受到蒸发器出口温度，使整个感温机构处于对应的饱和压力Pb。

蒸发器出口冷剂温度，通常高于蒸发器内压力所对应的饱和温度，这个温差称为过热度（正值）。

（3）调节机构

包括自动调节――膜片（通过连杆与执行机构阀芯连接）及其上下两个腔室，和手动设定――阀芯下发的弹簧和螺杆（改变执行机构阀芯开度）

膜片的自动调节，依靠其上下两个腔室压力差：膜片上方感受感温机构内对应蒸发器出口温度饱和压力的作用Pb向下通过膜片，传给顶杆直到阀芯；膜片下方感受蒸发器内冷剂饱和压力的作用P0向上，通过膜片，传给顶杆直到阀芯。

手动设定的弹簧力Pt，可通过膨胀阀下部的螺杆调节：拧紧阀杆，Pt增加；拧松螺杆，Pt减少。

三者处于平衡时，有Pb ＝P0＋Pt

当蒸发器负荷增大时，出口过热度偏高，Pt增大，Pb ＞P0＋Pt，合力使顶杆、阀芯下移，热力膨胀阀开度增大冷剂流量按比例增加，反之，热力膨胀阀开启减小，冷剂流量按比例减小。

船用冷库就是这样，由热力膨胀阀通过控制过热度，实现制冷系统工况的

2.2确定正确的过热度

要保证热力膨胀阀工作在最佳匹配点，就必须保证热力膨胀阀有合适的过热度。热力膨胀阀的过热度由装配过热度与有效过热度组成。

图2是船用冷库热力膨胀阀的典型静态性能曲线，表明了膨胀阀供液能力与蒸发器出口气态制冷剂过热度的关系。

使阀门开始开启所需要的过热度称为开启过热度（A点），又叫静装配过热度。一般静装配过热度约为3oC。

从热力膨胀阀开始开启至额定开度所需要的过热度增量（即线段AB），称为热力膨胀阀的有效过热度或可变过热度。其数值的大小与弹簧的刚度及阀芯的行程有关。一般有效过热度约为2～5 oC。

通常把热力膨胀阀的静装配过热度与有效过热度之和称为工作过热度，即平时所说的过热度。

因此，我们只有保证过热度在合适的范围内，制冷系统才能达到最大（制）冷量，又不会引起湿冲程。

船用冷库过热度都要求在2～5 oC之间。如果发现过热度不在该范围内，就需要调整。

3检查调整热力膨胀阀的必要性

由于出厂前已调整好，热力膨胀阀在船用冷库投入运行初期不必调整。

但是，在冷库连续使用几年后，由于针阀的磨损、系统有杂质、阀孔部分有堵塞及弹簧弹力减弱等原因，导致热力膨胀阀开度偏离它的工作点（偏小或过大）。

（1）热力膨胀阀开度太小

● 供液不足，使得没有足够的氟利昂在蒸发器内蒸发。制冷剂在蒸发器前段就已经蒸发完了，其后的一段蒸发管中，没有液态制冷剂可供蒸发，只有蒸汽被过热，就造成蒸汽过热度过大。因此，相当一部分的蒸发器未能充分发挥其效能，造成制冷量不足，降低了冷库系统的制冷效果。

● 船用冷库的压缩机大多采用蒸发器回来的蒸汽来冷却压缩机。蒸汽过热度过大，压缩机的排气温度会增高，润滑油变稀，对压缩机冷却作用减小，润滑质量降低，压缩机的工作环境恶化，会严重影响压缩机的工作寿命。

● 由于冷库温度降不下来，压缩机长时间满负荷运转，增加耗电量。

（2）热力膨胀阀开启过大

● 向蒸发器的供液量大于蒸发器负荷，部分制冷剂来不及在蒸发器内蒸发，同气态制冷剂一起进入压缩机，引起湿冲程，甚至冲缸事故，损坏压缩机。

● 蒸发压力升高，即蒸发温度升高，制冷量下降，压缩机功耗增加，耗电量增加。

因此，有必要定期检查调整热力膨胀阀，尽量让热力膨胀阀工作在最佳匹配点。

4热力膨胀阀的调整过程

4.1热力膨胀阀调整前的检查

（1）必须确认冷库制冷异常是由于热力膨胀阀偏离最佳工作点引起的，而不是因为氟利昂少、干燥过滤器堵塞、滤网、风机、皮带等原因所引起的。

（2）必须保证感温包采样信号的正确性。

船用冷库的感温包，必须水平安装在回气管的下侧45度方位且尽可能贴平压紧，保证没有油污。绝对不可安装在管道的正下方，更不能安装在立管上。

4.2调节热力膨胀阀

4.2.1测量过热度

由于蒸发器表面无法放臵测量剂，可以用数字温度控制器，一方面测得回气管的温度，同时测得压缩机的吸气压力（作为蒸发器内的饱和压力）所对应的饱和温度（显示在压力表上）。回气管的温度与压缩机吸气压力所对应的饱和温度之差，即过热度。

过热度测量如图3所示。

步骤如下：

（1） 停机

（2） 将数字

温度控制器的探头

插入到蒸发器回气

口处（对应感温包

位臵）的保温层内

；将数字温度控制

器的压力表与压缩

机低压阀的三通相

连。

（3）开机，

压缩机稳定运行15

分钟以上，让压力

指示和温度显示达

达到稳定值。

（4）读出数字

温度控制器温度T1,

与压力表测得压力所对应

的温度T2,TI-T2即为过 热度。注意，必须同时读出这两个读数。

采用如上仪表检查热力膨胀阀工作情况，往往要浪费大量时间。建议采用目检与仪表检查相结合的方法，即先观察压缩机回气管的结霜情况，发现异常后，再用仪表检查，可以节约时间。

4.2.2调整热力膨胀阀的具体步骤

过热度应在2～5OC之间。若超出此范围，则需要适当调整。

（1） 拆下热力膨胀阀的防护盖。

（2） 转动调节杆。若认为过热度太小，将调节螺杆顺时针方针转动（即增加弹簧力，减小热力膨胀阀开度），使流量减小；若认为过热度太大，即供液不足，则将调节螺杆朝逆时针方向转动，使流量增大。

（3） 等系统运行稳定，重新读数，计算过热度，看是否在正常范围。不是的话，重复（2）、（3）操作，直至符合要求。

4.3调整热力膨胀阀注意事项

（1）调整热力膨胀阀，必须在制冷装臵正常稳定运行状态下进行。

（2）转动调节螺杆的圈数，一次不宜过多。

船用冷库的热力膨胀阀一般采用压杆式或伞型齿轮式。

伞型齿轮式是用一个小齿轮带动一个大齿轮，调节的圈数比较多，一般可以调2～4圈；直杆式可调圈数比较少，每次调1/4圈（直杆式热力膨胀阀的调节螺杆转动一圈，过热度变化大概改变1～2OC）。

（3）整个调整过程必须耐心细致。

因为实际工作中的热力膨胀阀感温系统存在着一定的热惰性，信号传递滞后，所以每次调节后，需待系统运行基本稳定，方可进行下一次调整。

（4）安装热力膨胀阀需要注意感温包安装位臵和做好保温工作；失去调节功能的热力膨胀阀应更换；若热力膨胀阀油堵严重，可拆下用无水乙醇清洗后装妥。

5热力膨胀阀的调整效果实例

某远洋船舶伙食冷库系统（制冷剂R22）,低温冷库温度远没达到设计库温（－20 OC左右），蒸发盘管只有靠近膨胀阀处约1/3结霜；压缩机运转时间长；储液器视液镜显示冷剂充足。检查证实储液器出口、过滤器和干燥器没有堵塞。进一步检查发现，压缩机回气有过热，热力膨胀阀出口处温度偏低；用数字式温度计测得系统蒸发器出口温度－8 OC，压力表测得回气压力为0.1MPa，对应的饱和温度为－40 MPa，过热度为32 OC，明显偏离正常的过热度。从而诊断为热力膨胀阀开启度不够，决定调整热力膨胀阀。

根据上节所述步骤，正确调整热力膨胀阀后，蒸发器出口温度为－25 OC，回气压力0.16MPa，对应饱和温度－30 OC，相减后过热度为5 OC。

调整前后的具体数据见表1。

热力膨胀阀调整后，经过一段时间运行，发现船舶伙食低温冷库的库温符合要求，系统蒸发器全面结有均匀薄霜，压缩机壳体的表面温度降低，表明压缩机冷却良好从而延长了压缩机的寿命。

6热力膨胀阀维护周期

据对某公司船舶冷库运行情况统计，发现热力膨胀阀偏离工作点的情况常发生在使用寿命的中后期。因此。检查调整热力膨胀阀的重点放在这一段的船舶。

表2是根据统计确定的热力膨胀阀检查周期。

定期检查调整热力膨胀阀虽然有些麻烦，但对提高船用冷库的制冷效果、延长系统使用寿命和节约能源具有重要的现实意义。