熱力膨脹閥動力頭膜片壓力梯度測試機的設計及使用

李琳琳，徐 兵

（蘇州工業(yè)園區(qū)職業(yè)技術學院，蘇州 215021）

1 熱力膨脹閥動力頭膜片在制冷系統(tǒng)中的作用

熱力膨脹閥在制冷系統(tǒng)中起調(diào)節(jié)制冷劑流量和對高壓液體制冷起節(jié)流降壓的作用。膜片式熱力膨脹閥的基本結構包括感溫包、毛細管、膜片、閥座、閥針、傳動桿及調(diào)節(jié)機構等組成。在制冷機工作時，熱力膨脹閥感應膜片受開啟方向的溫包壓力、閥關閉方向的蒸發(fā)壓力及彈簧壓力的共同作用，熱力膨脹閥自動調(diào)節(jié)的過程也是膜片調(diào)整這三力關系而達到平衡的過程[1]。

膜片是一塊0.1～0.2mm厚的特殊不銹鋼板，要求厚度和硬度均勻，在受力后的彈性變形好，才能使調(diào)節(jié)性能穩(wěn)定，調(diào)節(jié)過程無跳躍現(xiàn)象[2]。膜片的性能將直接影響到整個熱力膨脹閥的使用、壽命和性能，對提高空調(diào)的制冷效果、延長空調(diào)使用壽命、節(jié)約能源以及保證機房安全具有重要的現(xiàn)實意義[3]。

為了解動力膜片的性能，防止工作時膜片的破損或不規(guī)則變形，延長膜片的使用壽命，經(jīng)研究，設計出熱力膨脹閥動力頭動力膜片的壓力梯度測試機（以下簡稱測試機），根據(jù)壓力梯度的試驗結果，確保了壓力變化作用下膜片的最佳使用，提高了熱力膨脹閥的使用壽命。

2 測試機的設計

2.1 設計目的

測試機通過對膜片壓力的測試， 描繪出壓力梯度曲線圖，從而分析原材料的性能好壞，以及動力頭上下端蓋間的焊接情況，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)中的問題以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。

2.2 設計原理

要研究動力頭動力膜片的壓力梯度，該測試機必須模擬在工作時熱力膨脹閥內(nèi)部的受力情況，通過毛細管輸入一定的氣壓，從膜片上方給其一定的壓力，使膜片行程到最大位移處，再慢慢將動力頭內(nèi)部的壓力釋放，使膜片慢慢回復到原始位置。因此，該測試機除了包含動力頭的固定裝置，還必須考慮到下壓裝置的材料、重量和裝配方式[4]。對于不同型號的動力頭，可以更換下壓物件的尺寸來適應其大小，更換下壓物件的重量來給定特定的壓力。

2.3 結構設計

為了保證測量數(shù)據(jù)的準確度，使用性好，操作簡便、準確、安全可靠，將測試機的整體結構設計成大氣壓定位緩沖板形式。整個測試系統(tǒng)共分為三大部分：壓力梯度測試機、位移氣壓控制箱、繪圖儀。其中，測試機由主測試臺和毛細管夾緊進氣裝置兩部分組成；控制箱用來控制氣壓進出的快慢和氣壓、位移的顯示；繪圖畫板主要設置在電腦內(nèi)，根據(jù)電學傳動導向?qū)恿δて男阅茏兓灰妻D換成曲線圖。

測試時，測試機與動力頭中的毛細管夾制氣壓進口裝置配合使用，調(diào)節(jié)進氣壓力，作用在動力膜片上，以此觀察膜片運動曲線。根據(jù)以上原則，主要機構的結構設計如圖1所示。

圖1 測試機結構圖

復位機構：采用連桿復位機構，借助于杠桿動力，可輕便靈巧地抬起動力膜片的壓制裝置。

嵌套裝置：為適合不同型號的動力頭，將動力頭的嵌套裝置設計成層次結構，夾具頭的大小設計應以動力頭膜片的圓心為圓心，設計不同圓周的圓柱， 方便牢固地固定試驗中的動力頭。

卡槽裝置：由于動力頭下壓裝置的重力原因，需在下壓裝置的探頭不作用在膜片上的時候固定，在下方手柄上方設置卡槽，方便固定下壓裝置的位置，方便測試。

微調(diào)裝置：測試時必須有氣壓的釋放，在測試機的上部設置一個微調(diào)裝置，可以根據(jù)探頭的移動來準確地調(diào)節(jié)連接顯示器的讀數(shù)。根據(jù)電學原理，將此裝置將連接到控制器，根據(jù)控制箱顯示的讀數(shù)變化來調(diào)節(jié)曲線繪圖器的原點，然后記錄數(shù)據(jù)，方便試驗結束后膜片壓力梯度的計算。

將以上各主要機構裝配好，嚴格滿足定位要求，同軸度要求，垂直度要求等。

3 測試過程

如上所述，工作時膜片受上下壓力作用不斷的變形。當然，在膨脹閥的正常使用過程中，閥門只是起到一個微調(diào)的作用，并不可能每次的變形都達到極限，但為了更精確的了解膜片的性能和壽命，在每次的實驗過程中，必須讓膜片的變形達到最大，才有助于很好的分析其性能。

圖2 測試流程圖

如圖2所示，連接好所有裝置，打開通電電源和進氣壓力。按以下步驟操作：

1）將動力頭的毛細管夾制好，將控制桿向前推夾緊毛細管。

2）打開控制箱上“慢進”開關和“快出”開關，讓氣壓慢慢充入動力頭內(nèi)，隨著氣壓上升，動力頭裝置中的緩沖板位于中心位置。

3）將待測試的動力頭螺紋面向上放置到測試機的嵌套中（檢查并確認壓銷處于緩沖板中央）。

4）將“慢進”和“快出”兩開關關閉。

5）調(diào)節(jié)手柄，使測試機上方的dead weight釋放，下壓，針頭對準緩沖板的中心。

6）將傳感器向上移動，直到行程表是零。

7）打開電腦中的繪圖表格，按“ZERO”鍵，選擇畫筆為“Down”狀態(tài)，看是否移動在原點位置。

8）將畫筆狀態(tài)更改為“Up”狀態(tài)。

9）撥下“慢出”開關，使壓力釋放。

10）當繪圖軟件中紙?zhí)幱诠P下方時，將筆位開關打到“Down”的位置，使筆繪畫曲線。

11）確保畫線在起始階段與X軸重合，檢查紙張是否到位。

12）當圖畫好后，將“慢出”開關關閉。

13）檢查Y軸末端的值，應該和位移顯示器上的讀數(shù)一致，稍后記下該讀數(shù)。

14）將“慢進”開關打開，這會使筆折回圖像以確認滯后。

15）當畫筆到紙末端的時候，將畫筆設為“Up”狀態(tài)，使其抬起。

16）在圖紙上標注好剛剛測試動力頭的工件號和序列號。

17）將“快出”和“慢出”兩個開關打開。

18）將測試機上的封閉手柄拉下松開，釋放動力頭。

4 結果分析

拿出打印出來的圖紙，找到第一筆畫痕，它和Y軸上越過15的虛線的交匯點在X軸上投影是X1；它和Y軸上越過45的虛線的交匯點在X軸上的投影是X2，將X1-X2所得到得結果，就是該動力頭膜片的壓力梯度值。

[1] 蔡世龍.膜片式流量調(diào)節(jié)閥[J].石油機械,2006,34(2):31-33.

[2] 王曉敏.工程材料學[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學出版社,1998.

[3] 吳家龍.彈性力學[M].第1版.北京:高等教育出版社,2001.

[4] 張德生,等.膜片式油壓調(diào)節(jié)器動態(tài)模擬試驗臺設計[J].黑龍江工程學院學報,2005,19(3):48-50.