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电子膨胀阀与热力膨胀阀优劣势对比

电子膨胀阀与热力膨胀阀

1 热力膨胀阀

 

  目前氟利昂冷藏库中采用的节流装置是热力膨胀阀,热力膨胀阀的工作原理是通过感受蒸发器出口制冷剂蒸气过热度的大小,来调节制冷剂的流量,以维持恒定的过热度,在控制原理上属于比例调节器。虽然热力膨胀阀可以自动调节 制冷剂的流量,但是它的缺点也是很显著的:

 

  (1)对过热度 响应的延迟时间长,特别是容积延迟。蒸发器出口处的过热 蒸气先把热量传给感温包外壳,感温包外壳本身就具有较大的热惰性,造成了一定的容积延迟,感温包外壳把热量传给 感温介质,这又产生了进一步的延迟。延迟的结果会导致热 力膨胀阀交替地开大或关小,即产生振荡现象。当膨胀阀开得过大时,蒸发器出口过热度偏低,吸气压力上升;当阀开得过小时,蒸发器供液不足,吸气压力降低。这对整个系统的经济性和安全性都会产生不利影响。实验表明,热力膨胀 阀调节效果对小型装置要十几分钟,大型装置要 30 min~40 min 才稳定。

 

  (2)调节范围有限。因为与阀针连接的膜片的变形量有限,使得阀针的运动位移较小,故流量调节范围小。这对于负荷变化较大的冷藏库或者采用变频压缩机的系统,热力膨胀阀便无法满足要求。

 

  (3)调节精度低。热力膨胀阀的执行机构膜片由于加工精度和安装等因素,会产生的变形及影响变形灵敏度,故难以达到较高的调节精度。 为了克服上述缺点,制冷系统中热力膨胀阀的替代问题越来越引起了人们的关注。

 

  2 电子膨胀阀

 

  电子膨胀阀是按照预设程序调节蒸发器供液量,因属于电子式调节模式,故称为电子膨胀阀。它适应了制冷机电一体化的发展要求,具有热力膨胀阀无法比拟的优良特性,为 制冷系统的智能化控制提供了条件,是一种很有发展前途的 自控节能元件。电子膨胀阀与热膨胀阀的基本用途相同,结构上多种多样,但在性能上,两者却存在较大的差异。

 

  从控制实现的角度来看,电子膨胀阀由控制器、执行器 和传感器三部分构成,通常所说的电子膨胀阀大多仅指执行器,即可控驱动装置和阀体,实际上仅有这一部分是无法完 成控制功能的。电子膨胀阀控制器的核心硬件为单片机,如控制器同时要完成压缩机及风机的变频等控制功能,一般采用多机级连的形式。电子膨胀阀的传感器通常采用热电偶或热电阻。

 

  电子膨胀阀作为一种新型的控制元件,早已经突破了节流机构的概念,它是制冷系统智能化的重要环节,也是制冷系统优化得以真正实现的重要手段和保证,也是制冷系统机电一体的象征,已经被应用在越来越多的领域中。由于电子膨胀阀的采用,突破了以前在空调机组设计过程中存在的某种系统屈从热力膨胀阀的观念,进入膨胀阀为系统优化服务的新境界,对于制冷行业的发展起着重要的作用。

 

  与热力膨胀阀相比电子膨胀阀在以下方面有显著的优势:

 

  (1)电子膨胀阀的驱动方式是控制器通过对传感器采集 得到的参数进行计算,向驱动板发出调节指令,由驱动板向电子膨胀阀输出电信号,驱动电子膨胀阀的动作。电子膨胀阀从全闭到全开状态其用时仅需几秒钟,反应和动作速度快,不存在静态过热度现象,且开闭特性和速度均可人为设定,尤其适合于工况波动剧烈的热泵机组的使用。

 

  (2)电子膨胀阀的适用温度低。对于热力膨胀阀,当环境温度较低,其感温包内部的感温介质的压力变化大大减小,严重影响了调节性能。而对于电子膨胀阀,其感温部件为热电偶或热电阻,它们在低温下同样能准确反应出过热度的变化。因此,在冷藏库的冻结间等低温环境中,电子膨胀阀也能提供较好的流量调节。

 

  (3)电子膨胀阀的过热度设定值可调。只需改变一下控制程序中的源代码,就可改变过热度的设定值。完全不像热力膨胀阀那样要进入冷库当中,现场调节弹簧的预紧力来改变过热度的设定值,对电子膨胀阀的调节作用可以彻底实现远距离控制,并且电子膨胀阀可根据不同需要灵活调整过热度以减小蒸发器表面和冷藏库内环境之间的温差,从而减少蒸发器表面的结霜,这样一来,既提高了冷冻能力,同时也可以降低食品的干耗。

 

  (4)电子膨胀阀可起到节能的作用。对于冷藏库制冷系 统停机期间如使高低压侧连通,则会产生所谓工质迁移现象, 即冷凝器中的常温高压液体将逐渐流入蒸发器,使蒸发器的温度压力都升高。再次开机时,要重新建立压差也需要消耗 压缩机额外一部分能量。反之,若在停机期间切断高低压侧,这虽然维持了蒸发器的低温低压,但再次启动时,压缩机属 于带载启动,电流冲击大,也会增加能量的损失。但若是采用电子膨胀阀就会解决上述问题。具体做法是:停机时令膨胀阀全关,防止冷凝器的高温液体流入蒸发器,造成再次启 动时的能量损失。开机前,将膨胀阀全开,使系统高低压侧平衡,然后开机。这样既实现了轻载启动,又减少了停机中的热棍失。另外,采用电子膨胀阀可以缩短冻结时间,电子 膨胀阀在冻结全过程中能做到负荷与冷量平衡,冻结效率可以得到提高,冻结时间比热力膨胀阀也可缩短10%,同时也就减少了压缩机的能耗。采用电子膨胀阀控制压缩机排气温度可以防止因排气温度的升高对系统性能产生的不利影响, 同时又可省去专设的安全保护器,节约成本,节省电耗约6%。

 

  (5)电子膨胀阀适应机电一体化的发展要求。随着微 机控制技术的崛起,机电一体化已成为制冷系统发展的新趋势。电子膨胀阀照比热力膨胀阀已由原来的机械式控制向电脑式控制发展,充分体现了机电一体化的发展趋势。目前在家用空调领域,电子膨胀阀和变频压缩机组成的系统已取得了很好的效果,其原理就是将电子膨胀阀大范围的流量调节特性与变频压缩机的变频特性结合起来。

 

  3 电子膨胀阀的形式

 

  目前人们对电子膨胀阀的研究和开发主要针对的是电磁式膨胀阀和电动式膨胀阀。电磁式膨胀阀在电磁线圈通电前, 针阀处于打开位置;由线圈上施加的电压控制针阀开度的大小,从而调节膨胀阀的流量。该阀动作响应快,但在制冷系统工作时一直需要供电。

 

  电动式膨胀阀也即步进电机驱动电子膨胀阀,它通过给电机驱动施加一定逻辑关系的数字信号,使步进电机通过螺纹驱动阀针的向前和向后运动,从而改变阀口的流通面积达到控制流量的目的。电动式膨胀阀又有直动型和减速型两种。 直动型是步进电机直接带动阀针(直动型电动式膨胀阀)减速型是步进电机通过减速齿轮组推动阀针动作。通过减速齿轮组可以产生较大的推力,是一种常用的驱动方式。

 

  丹麦 Danfoss 公司还研制了一种带有压力参考系统的电子膨胀阀,这种电子膨胀阀除外加控制器对过热度进行控制外,还用一根压力平衡管将蒸发压力输入至阀体,以迅速平衡蒸发压力的波动。步进电机驱动的电子膨胀阀因其更适用微机控制、并有较好的稳定性,而被更多的制冷系统采用。

 

  4 结束语

 

  当前,越来越多的制冷装置采用电子膨胀阀节流,其舒适性、节能性、满足特殊工作需要的灵活性充分显示出电子 控制的特色。大型制冷装置要想在制冷循环层次上实现智能 优化运行,电子膨胀阀的应用也将必不可少。在远洋船舶中船舶空调系统和船舶冷藏箱的制冷系统,由于其相对恶劣多变的工作条件及较高的工作要求,以电子膨胀阀取代热力膨胀阀也有十分现实的意义。可以预见,电子膨胀阀技术作为电子控制介入制冷循环的突破口之一,有着广阔的前景。

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