摘要 热力膨胀阀工作状况的好坏，直接决定机房专用空调的运行状况。本文从增大空调制冷量、节约能源的角度出发，结合热力膨胀阀的工作原理，阐述定期维护热力膨胀阀的必要性,并提出要对热力膨胀阀进行检查和调整的具体方法。
关键词 机房专用空调 热力膨胀阀 过热度
1 概述
热力膨胀阀是组成制冷装置的重要部件，是制冷系统中四个基本设备之一。它实现从冷凝压力至蒸发压力的压降，同时控制制冷剂的流量；它的体积虽小，但作用巨大，它的工作好坏，直接决定整个系统的运行性能。但是在实际工作中，热力膨胀阀的运行情况往往被忽视，使热力膨胀阀成为空调维护中的一个死角。而定期检查和调整热力膨胀阀，对空调的运行寿命，节约能源，降低运行成本，却有着重要的意义。
2 热力膨胀阀的工作过程分析
2.1 热力膨胀阀工作原理
热力膨胀阀是通过感受蒸发器出口气态制冷剂的过热度来控制进入蒸发器的制冷剂流量。按照平衡方式不同，热力膨胀阀分为外平衡式和内平衡式。在机房专用空调中，一般采用外平衡式热力膨胀阀。目前所使用的风冷式机房专用空调，如HIROSS、STULZ、ISOVEL、AIREDELE和法亚均采用这种结构。热力膨胀阀的结构如图1所示：热力膨胀阀由感应机构、执行机构、调整机构和阀体组成。感应机构中充注氟利昂工质，感温包设置在蒸发器出口处，其出口处温度与蒸发温度之间存在温差，通常称为过热度。感温包感受到蒸发器出口温度后，使整个感应系统处于对应的饱和压力Pb。如图1，该压力将通过膜片传给顶杆直到阀芯。在压力腔上部的膜片仅有Pb存在，膜片的下方有调整弹簧的弹簧力Pt和蒸发压力P0，三者处于平衡时有Pb=Pt+Po 。当蒸发器热负荷增大时，出口过热度偏高，Pb增大，Pb>Pt+Po，合力使顶杆、阀芯下移，热力膨胀阀开启增大，制冷剂流量按比例增加。反之，热力膨胀阀开启变小，制冷剂流量按比例减小。因此，机房专用空调是由热力膨胀阀通过控制过热度实现制冷系统的自我调整。
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静装配过热度与有效过热度组成。图2显示了机房专用空调热力膨胀阀的典型静态性能曲线，它的静态特性指出了其容量和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，一般的静装配过热度约为3℃。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℃，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冷量，又不会引起湿冲程。机房专用空调过热度都要求在5~8℃之间。如果发现过热度不在该范围内，就要进行调整。
3 检查调整热力膨胀阀的必要性
机房专用空调刚投入运行，热力膨胀阀是不用调整，但是在空调连续使用几年后，由于阀针的磨损、系统有杂质、阀孔部分有堵塞及弹簧弹力减弱等原因，影响了热力膨胀阀的开启度，使得热力膨胀阀偏离了它的工作点，表现为热力膨胀阀开启度偏小或过大。
热力膨胀阀开启度太小的话，就会造成供液不足，使得没有足够的氟利昂在蒸发器内蒸发，制冷剂在蒸发管内流动的途中就已经蒸发完了，在这以后的一段，蒸发器管中没有液体制冷剂可供蒸发，只有蒸汽被过热。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，降低了空调的制冷效果。机房专用空调的压缩机大多采用蒸发器回来的蒸汽来冷却压缩机，如果热力膨胀阀开启不够，就造成蒸汽过热度过大，对压缩机冷却作用减小，压缩机的排气温度会增高，润滑油变稀，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。我公司和睦机房ISOVEL空调就曾发生压缩机烧机现象，据分析与过热度过大有关。另外由于机房温度降不下来，又增加了压缩机的开启台数,增加了耗电量。
与此相反，如果热力膨胀阀开启过大，即热力膨胀阀向蒸发器的供液量大于蒸发器负荷，会造成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。99年，杭州市电信分公司景芳二楼程控机房有一台ISOPAK机房专用空调的一个压缩机阀片被击穿，可能与热力膨胀阀开启过大有关；同时，热力膨胀阀开启过大，使蒸发温度升高，制冷量下降，压缩机功耗增加，增加了耗电量。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
在调整热力膨胀阀之前，必须确认空调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、皮带等其他原因所引起的。同时，必须保证感温包采样信号的正确性，机房专用空调的感温包必须水平安装在回气管的下侧方45度的位置，绝对不可安装在管道的正下方，以防管子底部积油等因素影响感温包正确感温。更不能安装在立管上。检查冷凝器风机控制方式，尽量采用调速控制，以保证冷凝压力恒定。
4.2 热力膨胀阀调整时注意事项
热力膨胀阀的调整工作，必须在制冷装置正常运行状态下进行。由于蒸发器表面无法放置测温计，可以利用压缩机的吸气压力作为蒸发器内的饱和压力，查表得到近似蒸发温度。用测温计测出回气管的温度，与蒸发温度对比来校核过热度。调整中，如果感到过热度太小，则可把调节螺杆按顺时针方向转动（即增大弹簧力，减小热力膨胀阀开启度），使流量减小；反之，若感到过热度太大，即供液不足，则可把调节螺杆朝相反方向（逆时针）转动，使流量增大。由于实际工作中的热力膨胀阀感温系统存在着一定的热惰性，形成信号传递滞后，运行基本稳定后方可进行下一次调整。因此整个调整过程必须耐心细致，调节螺杆转动的圈数一次不宜过多过快（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1~2℃）。
4.3 热力膨胀阀具体的调整步骤
4.3.1热力膨胀阀过热度的测量，步骤如下：
1)停机。将数字温度表的探头插入到蒸发器回气口处（对应感温包位置）的保温层内。将压力表与压缩机低压阀的三通相连。
2)开机，让压缩机运行15分钟以上，进入稳定运行状态，使压力指示和温度显示达到一稳定值。
3)读出数字温度表温度T1与压力表测得压力所对应的温度T2，过热度为两读数之差T1- T2。注意，必须同时读出这两个读数。
热力膨胀阀过热度应在5~8℃之间，如果不是，则进行适当的调整。
4.3.2具体调整步骤
1) 拆下热力膨胀阀的防护盖；
2) 转动调整螺杆2~4圈；（机房专用空调的热力膨胀阀一般采用压杆式和散型齿轮式，散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；压杆式可调圈数比较少，每次调1/4圈；O65空调的热力膨胀阀采用散型齿轮式）
3) 等系统运行稳定，重新读数，计算过热度，是否在正常范围。不是的话，重复2）、3）操作，直至符合要求。调节过程必须小心仔细。（如果热力膨胀阀油堵严重，拆下后用无水乙醇进行清洗，再重新装上；失去调节功能的热力膨胀阀应更换；安装热力膨胀阀需注意感温包安装位置和做好保温工作）
另外，在实际中， 采用如上仪表检查热力膨胀阀工作情况，往往要浪费大量的时间，因此，可采用目检与仪表检查相结合的方法，即先用眼睛观察压缩机回气管的结露情况，发现异常后，再用仪表检查。这样，可以节约大量的时间，而且完全可以达到检查目的。
5 热力膨胀阀调整效果实例
现根据上述步骤对杭州市电信分公司惠兴路七局程控机房的HIROSS空调热力膨胀阀进行了调整。在检查中发现一台94年安装的HIROSSO55型空调在两个压缩机都运行的情况下，进回风温差偏小（回风22.5℃，送风16.8℃）空调制冷效果不明显。观察视液镜和干燥过滤器，发现氟利昂充足，排除少氟和过滤器堵塞，进一步检查，发现两台空调压缩机回气有过热、热力膨胀阀出口处温度偏低现象，用数字式温度计测得其中一个系统蒸发器出口温度为18℃，压力表测得回气压力为3.2kg/cm2，对应的蒸发温度为-5℃，过热度为23℃，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开启度。进行正确调整后，蒸发器出口温度为12℃，用压力表测得回气压力为4.8kg/cm2，对应的温度为4.5℃，相减后过热度为7.5℃。
现场调整前后的具体数据如下表1：
|
HIROSSO55空调数值 |
蒸发器出口
温度（度） |
压缩机回气
压力(kg/cm2) |
压缩机回气压力对
应的温度（度） |
过热度（度） |
过热度是否
符合要求 |
| 厂家调试标准值* |
<14 |
4.5~6 |
2.5~11 |
5~8 |
标准值 |
| 1#系统 |
本次调整前 |
21.0 |
3.2 |
-5.0 |
26.0 |
否 |
| 本次调整后 |
5.0 |
5.8 |
7.6 |
是 |
|
|
2#系统 |
本次调整前 |
20.5 |
4.0 |
0.0 |
20.5 |
否 |
| 本次调整后 |
5.2 |
6.0 |
7.9 |
是 |
|
（注：厂家调试标准值由HIROSS空调上海办事处提供）
热力膨胀阀调整前后的进回风温、湿度如下表2：
|
|
空调回风 |
空调送风温度 |
回送风温差 |
|
|
温度（度） |
湿度（RH） |
温度（度） |
湿度（RH） |
（度） |
|
调整前 |
22.5 |
54.8 |
16.8 |
75.4 |
5.7 |
|
调整后 |
22.5 |
54.8 |
14.3 |
84.3 |
8.2 |
制冷量计算方法如下：
1) 查湿空气的焓湿图,可以知道回风空气的焓h1 =45.5 kJ/kg，调整前送风空气的焓h2=38.1 kJ/kg。调整后送风空气的焓h''''2=40.7 kJ/kg。
2) HIROSSO55空调的风量循环量为V=19800M3/H，故空气质量循环量
G=ρ× V=1.2× 19800/3600=6.6 kg/s
3)故调整前制冷量Q=G(h1-h2)=6.6×(45.50-40.7)=30.96kJ/S=31.68kW
调整后的制冷量Q''''=G(h1-h''''2)=6.6×(45.50-38.1)=48.84 kW
比较接近HIROSSO55空调的标准制冷量（回风温度22度 、湿度50%时，标准制冷量为51.5kW）。
调整后制冷量比调整前增大了17.16kW ，提高了35%。
热力膨胀阀调整后，压缩机壳体中部的表面温度从调整前的52℃降低到29℃，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
经过对杭州市电信分公司近二百多台机房专用空调的运行情况统计，发现热力膨胀阀偏离工作点的情况通常发生在使用寿命的中后期，因此，决定对热力膨胀阀的检查调整重点放在空调寿命的中后期上，下面是根据实际统计确立的热力膨胀阀检查周期。
热力膨胀阀检查调整周期
|
使用前4年 |
5~8年中 |
第9年以后 |
|
1次/年 |
2次/年 |
3次以上 |
7.结束语
定期检查调整热力膨胀阀虽然有些麻烦，但对提高空调的制冷效果、延长空调使用寿命、节约能源以及保证机房安全具有重要的现实意义。
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