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汽車空調熱力膨脹閥的標定及驗證方法
2021-12-23 18:44:12· 來源：汽車熱管理之家
摘要：熱力膨脹閥的零點標定及性能驗證是保證整個空調系統(tǒng)的制冷性能及穩(wěn)定性的重要因素。通過熱力膨脹閥的工作原理及空氣作動試驗研究了膨脹閥 0 度作動值的標
摘要：熱力膨脹閥的零點標定及性能驗證是保證整個空調系統(tǒng)的制冷性能及穩(wěn)定性的重要因素。通過熱力膨脹閥的工作原理及空氣作動試驗研究了膨脹閥 0 度作動值的標定，通過四象限圖介紹了熱力膨脹閥性能驗證的試驗方法。
1. 引言
膨脹閥的標定及驗證是保證膨脹閥性能的關鍵，會直接影響整個空調系統(tǒng)的制冷性能，對空調系統(tǒng)的制冷效果、運行壽命、運行成本具有重要的意義。
膨脹閥有節(jié)流降壓、調節(jié)流量、保持一定過熱度、防止液擊和異常過熱等作用。使從冷凝器來的高溫高壓液態(tài)制冷劑節(jié)流降壓成為容易蒸發(fā)的低溫低壓的氣液混合物進入蒸發(fā)器。膨脹閥通過流量的調節(jié)使蒸發(fā)器具有一定的過熱度，保證蒸發(fā)器總容積的有效利用，避免液態(tài)制冷劑進入壓縮機產(chǎn)生液擊；同時又能控制過熱度在一定范圍，防治異常過熱現(xiàn)象的發(fā)生。
2 熱力膨脹閥的工作原理
2.1 熱力膨脹閥的力學平衡
膨脹閥的開度決定制冷劑流量的大小，其開度是由閥芯和推桿聯(lián)合控制的。感溫包內(nèi)的充注物通過感知平衡管內(nèi)低壓端的溫度而產(chǎn)生壓力變化，膜片處承受三個力的作用：彈簧對閥芯的彈力FS，平衡管內(nèi)制冷劑輸入的壓力PL ，感溫包內(nèi)充注物的壓力PB ，當這三個力平衡時，節(jié)流閥位置一定，制冷劑流量也一定，此時，PB*a=PL*a+FS其中，PB*a----相當感溫包內(nèi)壓力;PL*a----低壓側壓力;FS----彈簧力；a-----膜片有效面積。
2.2 熱力膨脹閥的溫度調節(jié)
當平衡管內(nèi)低壓端溫度較低時，感溫包內(nèi)充注物的壓力較小，小于彈簧力與平衡管內(nèi)低壓端壓力之和時，即PB*a<PL*a+FS，閥芯球體上移，閥門關小，冷媒流量減小，此時空氣側溫度與流量不變，單位質量冷媒吸熱量增加，溫度升高；當平衡管內(nèi)低壓端溫度較高時，感溫包內(nèi)充注物的壓力大于彈簧力與平衡管內(nèi)低壓端壓力之和，即PB*a>PL*a+FS，閥芯球體下移，閥門開大，冷媒流量增大，單位質量冷媒吸熱量減少，溫度降低。
3. 空氣作動試驗
3.1過熱度
膨脹閥出口過熱度為感溫包溫度與膜片下方壓力對應的飽和溫度差。閥自關閉狀態(tài)至開始打開所需的過熱度為靜止過熱度（S.S.H），閥從開啟至額定開度所需要的過熱度增量稱為熱力膨脹閥的有效過熱度（S.H.C）。熱力膨脹閥的靜止過熱度與有效過熱度之和稱為工作過熱度（T.S.H），汽車空調的制冷效果主要通過調節(jié)工作過熱度實現(xiàn)。
3.2熱力膨脹閥的空氣作動試驗
試驗目的：設定靜止過熱度（S.S.H），即閥關閉狀態(tài)至剛打開的過熱度，也稱 0℃作動值。此值一般通過改變閥剛打開時的彈簧負荷來調節(jié)。原理圖如圖1所示，膨脹閥的感溫包浸泡在0℃液體中，如果要求0℃作動值為0.1MPa，則入口通入壓力為1.03 MPa的空氣，出口處固定泄壓孔的直徑為 0.8mm。試驗中通過調節(jié) TXV 的調節(jié)螺絲，調節(jié)彈簧的壓縮量，即彈簧力FS，使得蒸發(fā)器出口壓力PL為0.1MPa時，閥打開。
圖1 空氣作動試驗原理圖
圖2 膨脹閥的四象限圖
4. 膨脹閥的四象限圖
四象限圖是膨脹閥單體性能驗證的關鍵，從中可以看出一個膨脹閥的感溫包充注特性、鋼球壓力位移特性、閥芯開度流量特性及溫度流量特性等。
4.1 第一象限：充注特性
目的：充注特性是用來檢測動力頭內(nèi)冷媒的充注狀況。
原理：把動力頭的溫度逐步升高，由此，PB逐步提高，即開閥壓力增大，閥開度逐步增大，隨之PL也增大。
感溫包內(nèi)的充注介質及方式可通過圖線的斜率來判斷，若膨脹閥的充注特性曲線與R134a的特性曲線平行，則為平行充注，否則，為交叉充注。交叉充注時，曲線斜率越大，感溫包中惰性氣體的比例越小，膨脹閥對系統(tǒng)低壓的調節(jié)越靈敏；斜率越小，則反之。
4.2 第二象限：壓力--位移特性
目的：通過測試低壓壓力和鋼球的位移，可以知道膜片跟彈簧的性能。
原理：將動力頭浸泡在0度的恒溫槽中,即PB保持不變，然后將低壓壓力逐步提高,即PL逐步加大,來測量鋼球的位移。膨脹閥生產(chǎn)商一般通過曲線是否平滑來檢測膜片與彈簧的性能是否有異常。
壓力-位移曲線隨著PB*a、PL*a、FS 三個力的相互作用而發(fā)生變化。當PL=0時，位移最大，閥門完全打開；隨著PL的增大，位移越來越小，閥門逐漸關閉。
4.3 第三象限：開度－流量特性
目的：通過測試開度－流量曲線，我們可以知道膨脹閥的制冷能力以及鋼球、閥口是否符合要求，測匹配度是否合適。
原理：在膨脹閥開度相同的情況下，鋼球及閥口的大小影響到系統(tǒng)的冷媒流量。調整控制好系統(tǒng)工況，PH為1.5MPa,PL為0.2MPa, 入口過冷度為5℃，出口過熱度為5 ℃，并保持不變，用手動閥逐步增加膨脹閥開度大小，測試不同開度下的流量大小。
4.4 第四象限：溫度－流量
通過以上三個象限，可計算得出溫度與流量的對應關系。即膨脹閥通過蒸發(fā)器出口溫度對系統(tǒng)流量的一個控制情況，以此檢測膨脹閥的調控性能及制冷能力。
隨著膨脹閥出口溫度升高，過熱度越來越大，達到靜止過熱度時，膨脹閥打開，閥開度隨著過熱度的增大而增大，流量也越來越大。此時，更多低溫冷媒流入膨脹閥出口，從而使膨脹閥出口溫度下降。
結束語
熱力膨脹閥的四象限特性直接影響整個制冷系統(tǒng)的制冷效果和運行壓力的穩(wěn)定性。通過四象限圖對膨脹閥的標定和性能進行檢測，能夠及時排除膨脹閥的制造故障和和標定偏差。熱力膨脹閥只有通過準確的0度作動值標定和性能檢測，才能保證空調系統(tǒng)的運行的正常壓力和制冷效果，為駕駛員及乘客提供舒適的駕乘環(huán)境。
作者：牛萬瑩 賴選華 魏成龍
單位：神龍汽車有限公司
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