電子膨脹閥的應(yīng)用領(lǐng)域及關(guān)鍵技術(shù)

呂民

摘 要：電子膨脹閥作為一個(gè)節(jié)流元件，主要是保證制冷液的流量可根據(jù)預(yù)設(shè)的程序進(jìn)行調(diào)節(jié)。傳統(tǒng)的節(jié)流元件在負(fù)荷突變或量程變大的情況下，已不能滿足舒適節(jié)能的要求。電子膨脹閥與變?nèi)萘考夹g(shù)相結(jié)合的針織機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用。目前，對(duì)電子膨脹閥的使用主要包括應(yīng)用、流量特性，本文主要從這方面研究了相對(duì)應(yīng)的控制策略，探究此類產(chǎn)品膨脹閥的運(yùn)行模式和工作方法。電子膨脹閥比熱膨脹閥具有更高的溫度控制精度，因其溫度低、調(diào)節(jié)范圍廣、靈敏度高、速度快等優(yōu)點(diǎn)被大量使用在了各種制冷機(jī)械上。

關(guān)鍵詞：電子、膨脹閥、應(yīng)用、技術(shù)

1、前言

目前，熱膨脹閥已經(jīng)普遍應(yīng)用在空調(diào)和低溫制冷系統(tǒng)中，然而新技術(shù)的出現(xiàn)與人們對(duì)能量的重視，更加需要一種新的閥門來滿足人們的要求。電子膨脹閥就這樣應(yīng)運(yùn)而生，能夠按照預(yù)定的程序調(diào)節(jié)冷卻器的流量，進(jìn)入制冷機(jī)組，滿足制冷機(jī)和電氣工程的使用效果，具有與熱膨脹閥不兼容的優(yōu)秀性能。為制冷系統(tǒng)提供智能控制，成為具有廣闊發(fā)展前景的制冷部件。這兩類閥門主要采用相似的構(gòu)造，但閥門的特性有很大的不同。討論了電子膨脹閥應(yīng)用技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)，指出了當(dāng)前技術(shù)存在的問題和未來的發(fā)展趨勢(shì)。

2、電子膨脹閥

2.1工作原理

電子膨脹閥控制機(jī)械工作中冷凝液的流動(dòng)，減少目標(biāo)過熱過程，保障整個(gè)過程能夠持續(xù)進(jìn)行。作為流量控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，結(jié)合溫控、壓力控制系統(tǒng)，閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)由驅(qū)動(dòng)和電源、PLC或步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)控制。

2.2分類

根據(jù)驅(qū)動(dòng)方式，可分為電磁閥和電動(dòng)閥。膨脹閥由線圈上的電壓大小進(jìn)行開關(guān)。改變導(dǎo)線上的控制電壓，改變閥體針閥中的溶液，從而調(diào)節(jié)冷凝液的作用效果，電動(dòng)膨脹閥又稱步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)閥，電機(jī)在螺桿驅(qū)動(dòng)閥中前后移動(dòng)，為了改變閥盤的液體的橫截面積L來控制流量大小。所以電子閥基本分為直接驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)直接驅(qū)動(dòng)兩種，分別由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)：減速器的原理與直線基本相同，但前者增加了一組減速器，閥針的作用是推動(dòng)步進(jìn)電機(jī)通過減速機(jī)單元。

2.3電子膨脹閥特性

通過對(duì)電子和熱膨脹閥的比較，表明電子控制下具有以下優(yōu)點(diǎn)：電子膨脹閥控制蒸發(fā)器過熱的作用大大超過了傳統(tǒng)的熱膨脹閥。電子膨脹閥過熱參數(shù)值可調(diào)，只需更改相應(yīng)程序，有一個(gè)預(yù)加載彈簧，設(shè)置在一定的蒸發(fā)溫度。受溫度改變的影響，系統(tǒng)的運(yùn)行阻力使其運(yùn)行成為可能，最好只在較窄的狀況和負(fù)載范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果匹配不好，或者模式和負(fù)載變化過大，會(huì)干擾閥門的正常運(yùn)行。電子膨脹閥工作在低溫下，熱包的壓力大大降低，熱電偶能準(zhǔn)確反映低溫時(shí)的溫度變化，還提供了更有效的流量調(diào)節(jié)。它具有比例調(diào)節(jié)、流量波動(dòng)大的特點(diǎn)，調(diào)節(jié)時(shí)，可直接測(cè)量蒸發(fā)器出口的真實(shí)過熱度，具有良好的線性流量特性，適合機(jī)電一體化的發(fā)展，充分體現(xiàn)了機(jī)電一體化的發(fā)展趨勢(shì)。

3、電子膨脹閥的應(yīng)用

3.1熱泵機(jī)組

由于熱泵機(jī)組必須根據(jù)其結(jié)構(gòu)和原理平衡制冷和制熱條件，毛細(xì)管作為節(jié)流元件時(shí)，必須滿足廣泛的工作環(huán)境，需要兩個(gè)電磁閥和一個(gè)溫度傳感器進(jìn)行切換，以選擇合適的管道，一方面增加了成本，另一方面由于毛細(xì)管在工作過程中調(diào)節(jié)能力不強(qiáng)，導(dǎo)致閥體熱膨脹彈簧的預(yù)緊力無法調(diào)節(jié)，系統(tǒng)仍不能在全工況下實(shí)現(xiàn)最佳運(yùn)行。這種填料方式的選擇和控制比較困難，在空氣源熱泵機(jī)組的應(yīng)用中，閥門熱膨脹的調(diào)節(jié)非常有限，電子膨脹閥的調(diào)節(jié)范圍更廣，可在15%～100%范圍內(nèi)精確調(diào)節(jié)，更適用于各種泵組，反應(yīng)速度優(yōu)。當(dāng)制冷劑用量不足或過高（偏離設(shè)計(jì)值）時(shí)，采用電子膨脹閥± 0時(shí)，毛細(xì)管節(jié)流器的效率明顯降低，特別是在制冷劑充注不足的情況下;電子膨脹節(jié)流單元的效率幾乎與充注的制冷劑量無關(guān)，也就是說，當(dāng)熱泵機(jī)組偏離設(shè)計(jì)工況時(shí)，可促進(jìn)系統(tǒng)持續(xù)工作。

3.2汽車空調(diào)

由于天氣和交通條件的影響，汽車空調(diào)的熱負(fù)荷和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速通常在非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)工況下工作，節(jié)流閥采用H型和F型熱膨脹閥，而熱膨脹閥的過熱度參數(shù)值則按標(biāo)準(zhǔn)工況確定，通過對(duì)電動(dòng)膨脹閥在汽車空調(diào)器中的應(yīng)用分析，提出了控制方案，將發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速比例調(diào)節(jié)與蒸發(fā)器開環(huán)相結(jié)合，模糊控制的反饋過于熱情，結(jié)果表明EEV空調(diào)系統(tǒng)不僅在各種負(fù)載條件下具有較高的能效，而且具有較高的動(dòng)態(tài)響應(yīng)和溫度控制精度，采用模糊PID參數(shù)對(duì)電子膨脹閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，在設(shè)計(jì)條件下，仍能為蒸發(fā)器提供足夠的制冷劑，有效控制過熱，使蒸發(fā)器出口PID空氣溫度下降。

3.3多聯(lián)式空調(diào)

多功能機(jī)組通過管道將一臺(tái)室外機(jī)的制冷劑供應(yīng)給多臺(tái)室內(nèi)機(jī)，并控制制冷劑進(jìn)入熱交換器，每個(gè)房間都能滿足室內(nèi)熱負(fù)荷的需要，結(jié)合電子膨脹閥，房間可根據(jù)室內(nèi)負(fù)荷要求獨(dú)立調(diào)節(jié)。它占地面積小，安裝方便，管理靈活，能效高，便于集中管理和網(wǎng)絡(luò)管理。多功能空調(diào)機(jī)組的研究重點(diǎn)是壓縮機(jī)變頻器和電子膨脹閥的控制為了克服以往壓縮機(jī)和電子膨脹閥控制的不足，提出了電子膨脹閥的同步控制電路和控制方法，使系統(tǒng)工作更加合理組合，提高系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。

3.4船用制冷機(jī)組

由于受海洋氣候條件的影響，運(yùn)輸船舶經(jīng)常在溫度較高的不同區(qū)域之間移動(dòng)，因此船用空調(diào)制冷裝置具有工作范圍廣、環(huán)境溫度變化大的特點(diǎn)。介紹了電子膨脹閥控制蒸發(fā)器過熱度的幾種方法，以及電子膨脹閥在船用制冷容器中的優(yōu)點(diǎn)和需要解決的問題。電子膨脹閥在制冷設(shè)備制冷系統(tǒng)中的應(yīng)用本文考慮并分析了電子膨脹閥在制冷系統(tǒng)中應(yīng)用的可能性，指出電子膨脹閥在制冷系統(tǒng)中的波動(dòng)較大，能夠適應(yīng)這一特點(diǎn)。、

3.5太陽能壓縮空調(diào)

太陽能的合理高效利用已成為現(xiàn)代空調(diào)技術(shù)的一個(gè)熱點(diǎn)和重要方向太陽能的利用具有非線性輻射強(qiáng)度和不規(guī)則振蕩的特點(diǎn)，這給太陽能壓縮空調(diào)系統(tǒng)的研究和應(yīng)用帶來了困難和挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的節(jié)流閥已不能滿足快轉(zhuǎn)速的要求，采用電子膨脹閥實(shí)現(xiàn)太陽能水泵的PI控制，要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全年優(yōu)化，必須將變頻技術(shù)與壓縮技術(shù)相結(jié)合。

4、電子膨脹閥控制策略

空調(diào)制冷系統(tǒng)作為電子膨脹閥的調(diào)節(jié)對(duì)象，具有很強(qiáng)的非線性，時(shí)滯與模式變化有著密切的關(guān)系。除了系統(tǒng)的效率外，機(jī)組運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性也是系統(tǒng)評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)。因此，在設(shè)計(jì)控制策略時(shí)必須考慮到空調(diào)和制冷系統(tǒng)的啟動(dòng)和運(yùn)行階段有很大的不同，有必要在機(jī)組啟動(dòng)階段設(shè)計(jì)啟動(dòng)控制方案。零過熱時(shí)間、最大過熱偏差和調(diào)節(jié)時(shí)間是主要評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。由于負(fù)荷突變等因素，蒸發(fā)器在0℃ 而制冷劑的液氣比增大，不能根據(jù)過熱程度判斷蒸發(fā)器排出的氣體作為調(diào)節(jié)閥液的良好依據(jù)。最大過熱度穩(wěn)定曲線仍然適用于系統(tǒng)，MSS電子膨脹閥的控制方法是基于輸出溫度的波動(dòng)，蒸發(fā)器調(diào)節(jié)目標(biāo)過熱，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，閥門快速關(guān)閉會(huì)導(dǎo)致過熱急劇增加。因此，重新調(diào)整可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定，甚至預(yù)期參數(shù)出現(xiàn)周期性波動(dòng)。

5、結(jié)束語

與其他節(jié)流元件相比，電子膨脹閥更適用于各種場(chǎng)合，當(dāng)負(fù)荷變化較大或范圍較廣時(shí)，由于兩相流在流動(dòng)特性方面固有的復(fù)雜機(jī)理，為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的進(jìn)一步節(jié)能優(yōu)化，由于其在一定條件下的截止流等特殊特性以及實(shí)驗(yàn)中相應(yīng)的流量特性之間的相關(guān)性，已被廣泛應(yīng)用于系統(tǒng)概念之外的許多領(lǐng)域?，F(xiàn)在越來越多的制冷設(shè)備采用節(jié)流電子閥，能滿足特殊的工作需要，充分體現(xiàn)了電子控制的特點(diǎn)。它是智能制冷系統(tǒng)的重要構(gòu)成部分，實(shí)現(xiàn)了在制冷循環(huán)水平上的智能化和優(yōu)化運(yùn)行。

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