節(jié)流機(jī)構(gòu)是制冷系統(tǒng)的基本元件之一，在制冷系統(tǒng)中起到以下作用：

1.調(diào)節(jié)系統(tǒng)高低壓壓差；

2.調(diào)節(jié)制冷劑流量；

3.保持蒸發(fā)器內(nèi)合理的過熱度。

節(jié)流元件的性能和可靠性對于制冷系統(tǒng)影響較大。如果節(jié)流元件向蒸發(fā)器的供液量過大，液態(tài)制冷劑可能會進(jìn)入壓縮機(jī)導(dǎo)致回液乃至液擊問題；如果向蒸發(fā)器內(nèi)的供液量不足，蒸發(fā)器換熱面積不能充分利用，造成蒸發(fā)壓力降低，制冷量減小，回氣過熱度增大等問題。因此節(jié)流機(jī)構(gòu)選型至關(guān)重要。

目前商業(yè)及工業(yè)制冷常用的節(jié)流元件有熱力膨脹閥和電子膨脹閥。從膨脹閥的作用調(diào)節(jié)高低壓壓差，控制制冷劑流量，保持蒸發(fā)器過熱度來看影響選型的因素包括制冷劑的類型，膨脹閥前后壓差，膨脹閥的流量即能力等。需要強(qiáng)調(diào)的是膨脹閥的選型要以蒸發(fā)器設(shè)計(jì)能力而非壓縮機(jī)的能力為依據(jù)。我們以熱力膨脹閥為例介紹一下膨脹閥選擇步驟：

1 確定制冷劑種類

首先要確定系統(tǒng)使用的制冷劑型號，因?yàn)椴煌闹评鋭?yīng)不同的壓力和材料特性，如R22、R134a、R404A、R507、R407C和R410A等。

2 確定設(shè)計(jì)蒸發(fā)溫度，冷凝溫度

確認(rèn)制冷劑類型后確認(rèn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的蒸發(fā)溫度和冷凝溫度，我們就得到了對應(yīng)的蒸發(fā)壓力和冷凝壓力，這是膨脹閥選型的兩個(gè)基本參數(shù)。

3 膨脹閥兩端壓降計(jì)算

（1）冷凝壓力（Pc）：這是熱力膨脹閥進(jìn)口端的壓力，可以通過制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)獲得。

（2）蒸發(fā)壓力（Pe）：這是熱力膨脹閥出口端的壓力，同樣可以通過制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)獲得。

（3）供液銅管的壓力降（ΔP1）：這是從冷凝器出口到熱力膨脹閥進(jìn)口之間的管路壓力損失，還包括彎頭、閥件等的阻力損失。可以通過計(jì)算管路的摩擦損失來確定。

（4）液體管升高的壓力損失（ΔP2）：如果液體管道有高度差，還需要考慮由于液體管升高產(chǎn)生的壓力損失，可以用公式ΔP3=ρgh計(jì)算，其中ρ是制冷劑的密度，g是重力加速度，h是液體管道的升高高度。

（5）分液器和分液毛細(xì)管的壓力降（ΔP3）：這是由于分液器和分液毛細(xì)管造成的額外壓力損失，通?？梢匀〗?jīng)驗(yàn)值1bar。

綜合以上因素，熱力膨脹閥需要的壓降（ΔP）可以通過以下公式計(jì)算：

ΔP=Pc–(ΔP1+ΔP2)−ΔP3−Pe

膨脹閥選型時(shí)閥前壓力并不是冷凝壓力。雖然這高壓部分的壓力降影響相對小，但是特定系統(tǒng)如采用閃蒸經(jīng)濟(jì)器的系統(tǒng)在選擇膨脹閥時(shí)需要將這部分壓降也考慮進(jìn)去,這會對膨脹閥選型產(chǎn)生直接的影響。

下圖為某品牌選型軟件對于蒸發(fā)溫度-25℃下，冷量10kW時(shí)閥前壓降分別為0.5bar和11bar時(shí)的膨脹閥選型推薦分別為DPF3.0和DPF3.2，且負(fù)荷比有較大的差異。

4 膨脹閥入口液體溫度（過冷度）確定

根據(jù)系統(tǒng)冷凝器的配置情況和是否存在輔助過冷的裝置確認(rèn)合理的閥前過冷度值。過冷度對于膨脹閥的能力有較大影響，需要根據(jù)過冷度選擇對應(yīng)的膨脹閥能力修正系數(shù)。

5 膨脹閥能力和過熱度確認(rèn)

膨脹閥是向蒸發(fā)器提供壓降，并控制制冷劑流量及過熱度。所以必須根據(jù)膨脹閥對應(yīng)的蒸發(fā)器的能力和設(shè)計(jì)的系統(tǒng)過熱度來確認(rèn)所需膨脹閥的制冷量及過熱度。

6 熱力膨脹閥型式選擇

熱力膨脹閥有內(nèi)平衡式和外平衡式的，它們的區(qū)別簡單來說就是內(nèi)平衡式膨脹閥膜片下面感受到的是蒸發(fā)器入口壓力，外平衡式膨脹閥膜片下方感受到的是蒸發(fā)器出口壓力。因此對于蒸發(fā)器壓力損失或壓力降較大如有分液器的系統(tǒng)，流動阻力大、盤管長的，如蒸發(fā)排管系統(tǒng)等都建議使用外平衡式的熱力膨脹閥。

需要注意的是：當(dāng)熱力膨脹閥負(fù)荷比低于30%時(shí)易出現(xiàn)膨脹閥振蕩現(xiàn)象，即膨脹閥交替開大、關(guān)小，無法進(jìn)入一個(gè)穩(wěn)定工作狀態(tài)。

從上圖(c)中可以清晰地看出膨脹閥負(fù)荷比在29%時(shí)，過熱度出現(xiàn)劇烈的有規(guī)律的上下波動，即系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象，而在膨脹閥負(fù)荷比分別為31%（圖(b)所示）和33%（圖(a)）時(shí)，系統(tǒng)正常運(yùn)行。但與圖(a)相比較，圖(b)曲線顯示明顯在幅度增大并有周期性演化的趨向。【1】

因此熱力膨脹閥選型時(shí)負(fù)荷比需要取30%~100%區(qū)間。電子膨脹閥的控制精度好于熱力膨脹閥，建議負(fù)荷比取10%~100%區(qū)間。下圖為某品牌測試的冷庫系統(tǒng)膨脹閥過大時(shí)系統(tǒng)溫度，過熱度及制冷劑流量變化圖：

因此，對于周期性負(fù)荷波動較大系統(tǒng)建議對系統(tǒng)負(fù)荷最小負(fù)荷和設(shè)計(jì)負(fù)荷做計(jì)算，避免最小負(fù)荷狀態(tài)時(shí)進(jìn)入膨脹閥的不穩(wěn)定工作區(qū)，導(dǎo)致系統(tǒng)異常波動。以典型的采用變頻壓縮機(jī)制冷系統(tǒng)為例：

某采用英華特變頻壓縮機(jī)的-18℃庫溫的制冷系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)蒸發(fā)溫度，冷凝溫度-25℃/40℃。系統(tǒng)運(yùn)行初始階段壓縮機(jī)以90Hz高頻運(yùn)行，將溫度在規(guī)定時(shí)間內(nèi)從室溫快速降至-18℃后降頻，通過低頻持續(xù)運(yùn)行保證溫度穩(wěn)定，最低運(yùn)行頻率為30Hz。降溫期間系統(tǒng)最大負(fù)荷5.8kW，恒溫階段系統(tǒng)負(fù)荷1.7kW。該工況下，系統(tǒng)制冷劑的質(zhì)量流量會從90Hz時(shí)的206.4kg/h降至30Hz時(shí)的60.8kg/h。

如果系統(tǒng)按照降溫階段最大負(fù)荷做冷風(fēng)機(jī)和熱力膨脹閥選型，熱力膨脹閥在系統(tǒng)恒溫階段就會因?yàn)榱髁窟^小進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài)，導(dǎo)致系統(tǒng)壓力及過熱度異常波動。

這對于有恒溫需求的系統(tǒng)來說難以保證穩(wěn)定溫度，需要針對不同負(fù)荷階段設(shè)置不同的熱力膨脹閥。

同工況如果采用電子膨脹閥，因?yàn)殡娮优蛎涢y的穩(wěn)定工作區(qū)間更大，且可通過控制器直接響應(yīng)壓縮機(jī)頻率變化，調(diào)節(jié)精度和速度顯著優(yōu)于熱力膨脹閥。因此變頻系統(tǒng)節(jié)流組件優(yōu)先選擇電子膨脹閥。

以上，我們對膨脹閥選型的必要條件做了總結(jié)，并對于典型系統(tǒng)中膨脹閥選型中需要注意的問題做了選型計(jì)算介紹。希望能對大家的實(shí)際應(yīng)用有所幫助。

參考文獻(xiàn)：

【1】熱力膨脹閥選型方法研究及對系統(tǒng)可靠性的影響 P28 李麗芬