膨脹閥工作異常對(duì)空調(diào)制冷系統(tǒng)的影響及解決方案

　　1.  概述：

　　正常情況下，空調(diào)隨著冷凝壓力下降，制冷量是上升的。但在冬季運(yùn)行情況下的機(jī)房空調(diào)，這種制冷量并沒有上升，反而是下降的，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)大量的低壓故障，造成壓縮機(jī)停機(jī)，機(jī)房溫度過高，威脅通訊設(shè)備安全，這種現(xiàn)象尤其以ISOVEL、法亞等機(jī)房空調(diào)為代表。

　　檢查發(fā)現(xiàn)，上述問題的產(chǎn)生，和膨脹閥工作狀況有關(guān)；換句話說，冷量下降和低壓故障是膨脹閥工作異常所致，而不是因?yàn)榉荷佟⒏稍镞^濾器堵塞、濾網(wǎng)、風(fēng)機(jī)、皮帶等引起的。

　　2.  膨脹閥工作原理：

　　膨脹閥是控制蒸發(fā)器出口氣態(tài)制冷劑的過熱度來控制進(jìn)入蒸發(fā)器的制冷劑流量。專用空調(diào)采用外平衡式膨脹閥，結(jié)構(gòu)如圖一所示：膨脹閥由感應(yīng)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、調(diào)整機(jī)構(gòu)和閥體組成。感應(yīng)機(jī)構(gòu)中充注氟利昂工質(zhì)，感溫包設(shè)置在蒸發(fā)器出口處。

　　由于過熱度的影響，其出口處溫度與蒸發(fā)溫度之間存在溫差，通常稱為過熱度。感溫包感受到蒸發(fā)器出口溫度后，使整個(gè)感應(yīng)系統(tǒng)處于對(duì)應(yīng)的飽和壓力Pb，如圖一，該壓力將通過膜片傳給頂桿。

　　在壓力腔上部的膜片僅有Pb存在，膜片的下方有調(diào)整彈簧的彈簧力Pt和蒸發(fā)壓力P0，三者處于平衡時(shí)有Pb=Pt+Po,當(dāng)Pb>Pt+Po時(shí)，表示蒸發(fā)器熱負(fù)荷偏大，出口過熱度偏高，通過膜片向頂桿傳遞這一壓力信號(hào)，使閥芯下移，膨脹閥開啟變大，制冷劑流量按比例增加。反之，膨脹閥開啟變小，制冷劑流量按比例減小。

　　3.  過冷度：

　　制冷劑冷凝為液體，繼續(xù)進(jìn)行冷卻，即過冷，液體實(shí)際溫度和飽和溫度的差值叫過冷度。一般來說，一定數(shù)值的過冷，是必要的，也是有益的，可以防止制冷劑在膨脹閥前的管路中汽化使流經(jīng)膨脹閥的制冷劑質(zhì)量流量減少，阻止膨脹閥容量的降低，增大制冷量。但是如果過冷太大，會(huì)干擾膨脹閥的工作狀況，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致膨脹閥工作失效。

　　R22建議采用的過冷度見表：

　　4.  膨脹閥失效原因分析：

　　如果我們忽略膨脹閥體溫度的影響，膨脹閥的開啟度只取決于感溫包內(nèi)氣體的壓力，感溫包溫度發(fā)生變化，感溫壓力才會(huì)變化，膨脹閥開啟度也發(fā)生變化。但在實(shí)際情況下，膨脹閥體壓力膜片上部也相當(dāng)于一個(gè)感溫包（如圖2），它感受的是閥體的溫度，也就是制冷劑液體的溫度。

　　這樣一來，感溫氣體壓力，取決于膨脹閥膜片上部和感溫包兩邊共同的壓力，如果制冷劑溫度發(fā)生變化，那么感溫氣體壓力也會(huì)發(fā)生變化，這種壓力變化就會(huì)干擾膨脹閥的正常工作。

　　如果制冷劑溫度較高，膨脹閥膜片上部壓力會(huì)增大，相應(yīng)開啟度也變大，這就是夏天空調(diào)蒸發(fā)壓力會(huì)上升的原因。在冬季，制冷劑過冷度較大，即制冷劑溫度較低，閥體溫度也會(huì)降低，左邊感溫包的壓力就會(huì)下降，受其影響，膨脹閥開啟變小，流經(jīng)膨脹閥的制冷劑流量下降，送入蒸發(fā)器的制冷劑減少，導(dǎo)致蒸發(fā)壓力降低，制冷量下降；當(dāng)這個(gè)過冷度太大（室內(nèi)溫度25度，進(jìn)入膨脹閥的液體溫度不宜低于10度），就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重點(diǎn)的干擾信號(hào)，導(dǎo)致膨脹閥過度關(guān)閉，低壓明顯偏低；如果低壓壓力低于空調(diào)機(jī)組告警值時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生低壓告警，導(dǎo)致空調(diào)停機(jī)。

　　下面是杭州市電信分公司景芳軟交換機(jī)房一臺(tái)HIROSS40UA機(jī)房空調(diào)在冬季運(yùn)行時(shí)，通過調(diào)節(jié)室外機(jī)風(fēng)速方法獲得不同的冷凝壓力，下面是不同冷凝壓力下測(cè)得的蒸發(fā)壓力數(shù)據(jù)：

　　從表中可以看出，隨著冷凝溫度的逐步下降，蒸發(fā)壓力也開始下降，冷凝壓力在17.0~13.5kg/cm2期間，蒸發(fā)壓力下降較為緩慢；當(dāng)冷凝器排熱過度，冷凝壓力進(jìn)一步下降時(shí)，蒸發(fā)壓力下降的趨勢(shì)開始增大，當(dāng)高壓壓力低于11.5kg/cm2時(shí)，空調(diào)蒸發(fā)壓力明顯偏低，最低達(dá)到2.4kg/cm2，不久空調(diào)出現(xiàn)低壓報(bào)警（HIROSS空調(diào)低壓開關(guān)設(shè)置為2.6kg/cm2報(bào)警）。

　　而在北方地區(qū)，過冷現(xiàn)象對(duì)膨脹閥的工作干擾尤其明顯，由于氣溫過低，冷凝器冷凝過度，制冷劑過冷度太大，直接使膨脹閥膜片上部的氣體冷凝出現(xiàn)成為液體，膨脹閥無法打開，空調(diào)完全失去工作能力。

　　故障分析結(jié)論：

　　綜上所述，冬季空調(diào)產(chǎn)生低壓故障的原因是制冷劑液體過冷，干擾了膨脹閥的開啟度，從而導(dǎo)致膨脹閥工作異常。

　　5.  解決方案：

　　我們根據(jù)下面兩點(diǎn)思路制定了解決方案：

　　1）讓膨脹閥不受過冷度影響。

　　2）防止過冷度過大。

　　5.1. 電子膨脹閥——吸氣過熱度控制

　　從膨脹閥角度出發(fā)，不采用熱力膨脹閥，采用電子膨脹閥。由于電子膨脹閥根據(jù)微電腦的指令，調(diào)節(jié)閥的開啟度，不受閥體溫度的影響，可以較好地解決這一問題。

　　吸氣過熱度控制系統(tǒng)由電子膨脹閥、壓力傳感器、溫度傳感器、控制器組成，工作時(shí)，壓力傳感器P將蒸發(fā)器出口壓力、溫度傳感器T將壓縮機(jī)吸氣過熱度傳給控制器，控制器將信號(hào)處理后，隨后輸出指令作用于電子膨脹主閥的步進(jìn)電機(jī)，將閥開到需要的位置。以保持蒸發(fā)器需要的供液量。電子膨脹閥——吸氣過熱度控制制冷系統(tǒng)原理圖如圖三所示：

圖3 電子膨脹閥——吸氣過熱度控制制冷系統(tǒng)原理圖

　　5.2. 壓力調(diào)節(jié)閥和旁通調(diào)節(jié)閥穩(wěn)定冷凝壓力。

　　在我國(guó)北方地區(qū)，由于冬季寒冷，最低溫度可達(dá)-40℃，標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)房空調(diào)機(jī)無法在此溫度下正常運(yùn)行。需要對(duì)冷凝器進(jìn)行改造，以實(shí)現(xiàn)一臺(tái)冷凝器冬、夏自動(dòng)控制有效冷凝面積，達(dá)到低溫下制冷運(yùn)行的目的。

　　原理如下：（圖4）當(dāng)冬季冷凝壓力下降時(shí)，壓力調(diào)節(jié)閥根據(jù)閥前冷凝壓力關(guān)小調(diào)節(jié)閥，使冷凝器中液面升高，減小冷凝面積，使冷凝壓力回升到給定值；當(dāng)冷凝壓力回升到一定值時(shí)，調(diào)節(jié)閥相對(duì)開大，使冷凝壓力不致過分升高。旁通調(diào)節(jié)閥則根據(jù)貯液器內(nèi)的壓力來控制其開啟度，使貯液器內(nèi)的壓力與冷凝壓力始終保持恒定的差值，不致過高。這種方法可以防止制冷劑過冷，避免膨脹閥出現(xiàn)過度關(guān)閉的問題，從而保證膨脹閥的正常工作。

　　5.3. 壓力控制冷卻風(fēng)量。

　　采用壓力開關(guān)控制風(fēng)機(jī)的開?；蛘哂脡毫φ{(diào)速器控制風(fēng)速來調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)量，進(jìn)而達(dá)到控制冷凝壓力的目的。我們進(jìn)行了不同的試驗(yàn)。

　　壓力控制器控制：將冷凝器風(fēng)機(jī)改為壓力控制，壓力開關(guān)控制風(fēng)機(jī)的開或停來調(diào)節(jié)冷卻風(fēng)量，保障冷凝壓力在一個(gè)合適范圍，防止過冷度失控。方法如下（我們采用PENN PLT056N025型壓力控制器）：

　　1)  停機(jī)，切斷空調(diào)電源。

　　2)  拆下調(diào)速板和溫度傳感器，在ISOVEL調(diào)速板位置裝上壓力控制器。

　　3)  接好電線（接線方法如圖三所示）和壓力探頭，防止制冷劑泄露。

　　4)  將壓力控制器動(dòng)作壓力設(shè)置為1.7MPa，回差壓力設(shè)置為0.3MPa。

　　5)  檢查無誤后，送電開機(jī)，根據(jù)壓力表讀數(shù)校正壓力控制器的設(shè)定。

　　改造后，空調(diào)的冷凝壓力由壓力控制器控制，當(dāng)高壓壓力高于1.7Mpa時(shí)，冷凝風(fēng)機(jī)啟動(dòng),當(dāng)壓力低于1.4 Mpa時(shí)，冷凝風(fēng)機(jī)停止,通過風(fēng)機(jī)的開停,將壓力控制在1.4—1.7Mpa之間，防止了風(fēng)機(jī)的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)造成制冷劑過冷度太大，制冷劑的過冷度被限定在容許的范圍內(nèi)（3－6℃），圖6是冷凝器的壓力工作圖。

　　從圖中可以看出，系統(tǒng)壓力波動(dòng)較為頻繁，但由于ISOVEL空調(diào)冷凝器下部裝有一個(gè)較大的儲(chǔ)液桶，起到供液均衡作用，所以對(duì)空調(diào)工作影響不大。缺點(diǎn)是風(fēng)機(jī)頻繁啟動(dòng)，噪聲比改造前有所提高。

　　壓力調(diào)速控制：用壓力調(diào)速器取代了壓力控制器（我們采用JOHNSON的P215DP-9100型壓力調(diào)速器），控制器根據(jù)系統(tǒng)壓力自動(dòng)控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，并達(dá)到一個(gè)平衡點(diǎn)，工作方式如圖7，當(dāng)冷凝壓力達(dá)到1.6MPa時(shí)，壓力開關(guān)輸出電壓，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)，這時(shí)，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速很低，隨著冷凝壓力的升高，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速加快，直到冷凝壓力大于等于2.0MPa時(shí)，壓力控制器輸出最大電壓，此時(shí)風(fēng)機(jī)達(dá)到最大轉(zhuǎn)速；隨著冷凝壓力的降低，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，當(dāng)壓力等于啟動(dòng)點(diǎn)的位置1. 6MPa時(shí)，壓力開關(guān)切斷電壓，風(fēng)機(jī)停機(jī)。接線圖8如，這種方式，彌補(bǔ)了方法A的缺點(diǎn)，制冷循環(huán)壓力穩(wěn)定，沒有風(fēng)機(jī)頻繁啟動(dòng)的噪聲，尤其適合在住宅小區(qū)等對(duì)噪聲有控制的地方。

　　6.  方案評(píng)估

　　方案1，電子膨脹閥反應(yīng)和動(dòng)作速度快，開閉特性和速度均可人為設(shè)定，可在10%--100%的范圍內(nèi)進(jìn)行精確調(diào)節(jié)，完全不受制冷劑溫度影響，但技術(shù)要求高，適合空調(diào)生產(chǎn)廠家采用。

　　方案2，要對(duì)外機(jī)進(jìn)行改造，需要兩只壓力調(diào)節(jié)閥相互配合控制，費(fèi)用較大，北方地區(qū)可以考慮采用。

　　方案3，投資較小，只需要安裝一只壓力控制器或者壓力調(diào)速器就可以，不用更改制冷系統(tǒng)，方便快捷，而且費(fèi)用低，尤其是后一種壓力調(diào)速方法，采用無級(jí)調(diào)速，避免了風(fēng)扇的頻繁啟動(dòng)，降低噪聲的同時(shí)，延長(zhǎng)了風(fēng)機(jī)的運(yùn)行壽命，適合我們采用。

　　7.  結(jié)束語

　　我們采用了方案三中的壓力調(diào)速方法，對(duì)杭州市區(qū)所有的ISOVEL、法亞空調(diào)等機(jī)房空調(diào)的外機(jī)進(jìn)行了改造，并對(duì)機(jī)房所有專用空調(diào)過冷度進(jìn)行檢查，使過冷度保持在合適的范圍，徹底解決了冬季空調(diào)頻繁的低壓故障，保證了空調(diào)的正常運(yùn)行，確保了機(jī)房的安全。