熱力膨脹閥常見故障原因分析

韓景星 張明敏

（中國衛星海上測控部，江蘇無錫214431）

0 引言

熱力膨脹閥是制冷系統中四大部件之一，是組成制冷裝置的重要部件，它具有體積小、結構簡單等優點，往往決定著整個系統的運行性能。它在控制制冷劑流量的同時，實現從冷凝壓力至蒸發壓力的壓降；管理人員往往容易忽視此部件的運行情況，所以及時排除熱力膨脹閥工作中的故障，對于提高設備運行壽命、提升制冷效果、節約運行成本具有重要的意義。

1 熱力膨脹閥工作過程分析

通過感受蒸發器出口制冷劑的過熱度來控制進入蒸發器的制冷劑流量。依照平衡方式的不同，熱力膨脹閥一般分為內平衡式和外平衡式兩種。熱力膨脹閥一般由感應機構、執行機構、調整機構和閥體四部分組成。感應機構中充入制冷工質，感溫包通常設置在蒸發器出口且必須與管壁有良好的接觸，以保證能準確感應壓縮機的吸氣溫度。工作時，感溫包感受到出口處溫度后產生壓力，通過毛細管傳到膜片上部，使整個系統處于對應的飽和壓力下，該壓力通過膜片傳導至頂桿而后至閥芯，壓迫膜片下方的調整彈簧。當蒸發器出口過熱度偏高時，熱力膨脹閥閥芯下移，制冷劑流量增加；反之，熱力膨脹閥開度減小，制冷劑流量減小。此部件確保了在環境發生熱負荷變化時，實現蒸發器最佳的供液方式，因此，制冷設備通過熱力膨脹閥來控制過熱度，以實現系統的自動調整。

2 熱力膨脹閥的選配

2.1 正確選配熱力膨脹閥的目的

熱力膨脹閥的選配對于整個制冷系統性能的發揮起到非常重要的作用，正確選配熱力膨脹閥將使蒸發器得到最大限度的利用，使蒸發器始終和熱負荷匹配。

2.2 熱力膨脹閥的選配依據

熱力膨脹閥的選擇通常依據制冷系統的制冷劑種類、蒸發器過熱負荷的大小、熱力膨脹閥進出口的壓力差和蒸發溫度、冷凝溫度及制冷量范圍來確定。

3 熱力膨脹閥的維護周期

通常設備投入運行初始，不需要調整熱力膨脹閥，但在系統運行幾年后，彈簧彈力減弱、閥針磨損和閥孔堵塞等原因，會使得熱力膨脹閥開啟度偏大或偏小，偏離其工作點。

根據長期對設備運行情況統計發現，熱力膨脹閥偏離正常工作點的狀況通常發生在使用壽命的中后期，所以，對于熱力膨脹閥的維護檢查重點應放在投入運行后的中后期。檢查周期一般為：使用前4年，3次/年；使用5～8年期間，2次/年；使用第9年以后，3次以上/年。

4 熱力膨脹閥工作中常見故障分析

4.1 熱力膨脹閥的堵塞故障

制冷系統時常發生的堵塞故障有“臟堵”和“冰堵”。系統內存在焊渣、銅屑、鐵屑、纖維等雜質是造成“臟堵”的主要原因；“冰堵”發生的主要原因是系統內含有過多的濕氣，多數是由抽真空不到位、加注制冷劑或補充潤滑油時進入空氣和管路焊接處工藝有缺陷等原因引起的。

4.1.1 堵塞常發生的位置

一般“臟堵”多發生在干燥過濾器，若系統內雜質過多，在制冷設備運行過程中，系統內的雜質被干燥過濾器攔截，就會造成“臟堵”現象。而“冰堵”則多發生在膨脹閥的節流孔處，且“冰堵”通常是一個反復的過程。因為在節流孔處，制冷劑節流降壓、溫度最低，當水分過多時，會在此處結冰堵塞節流孔，導致制冷劑無法通過。此時系統不制冷，整個系統溫度上升，節流孔處冰塞慢慢融化，制冷劑再次流動，系統開始制冷，隨著制冷能力的恢復溫度再次降低，“冰堵”再次發生，如此反復。

4.1.2 堵塞的排除方法

要及時準確地確定發生堵塞的部位，通常有以下幾種方法：

（1）觀察法：通常發生堵塞部位前的管子外部會附著一層白霜，若觀察膨脹閥出口處霜層逐漸融化為濕霜，則可初步判定為“冰堵”。

（2）分析法：膨脹閥至蒸發器的連接變徑管路及盤管彎頭處最易發生“冰堵”。

（3）試驗法：在觀察法的基礎上，將疑似堵塞管路的前后截止閥關閉，清除管壁霜層后，迅速開啟關閉閥門，管路結霜臨界處即為堵塞點。

根據堵塞的嚴重程度，采用不同的措施解決故障。對于比較輕微的“冰堵”現象，可以使用熱毛巾或電吹風等對冰塞處進行加熱，直至故障現象消失，較輕的“臟堵”現象則需要更換干燥過濾器；對于嚴重的“冰堵”“臟堵”現象，建議要重新清理管路內的雜質，使用壓縮空氣進行系統吹除作業，重新抽真空，加注制冷劑，使系統恢復更好的性能。

4.2 感溫包故障

4.2.1 感溫包發生故障的常見原因

感溫包發生故障會出現系統供液時大時小、膨脹閥關閉不嚴或者過熱度不匹配等現象，常見原因包括：一是感溫包包扎位置不正確；二是感溫包毛細管斷裂致使感溫包內充注介質泄漏，導致執行機構不能做出正確動作。

4.2.2 感溫包故障常用處理方法

通常情況下，感溫包的安裝應當盡量遠離壓縮機吸氣端且盡量靠近蒸發器，設計中常將其安裝在蒸發器出口水平段的回氣管的頂部上端“1點鐘”位置。如果回氣管管徑小于22 mm，則感溫包的安裝角度為管子軸線以下與水平軸線成45°左右，約為“3點鐘”位置。

感溫包的安裝位置直接影響熱力膨脹閥的靈敏度，若感溫包安裝在管子底部，由于總有部分液態制冷劑流到感溫包的位置，就會導致感溫包的溫度迅速變化，引起供液紊亂；若將感溫包安裝在管子上部，則會使蒸發器的制冷劑過多，從而降低了部件的靈敏度。

感溫包安裝時，管路表面應當進行徹底清潔，感溫包用銅片包扎好水平或略朝下放置，保證與管路的良好接觸。

4.3 熱力膨脹閥調整不當

4.3.1 關于熱力膨脹閥調整的相關概念

（1）熱力膨脹閥的過熱度：當膨脹閥處于某一位置時，所對應的過熱度稱為“熱力膨脹閥的過熱度”。

（2）動態過熱度：熱力膨脹閥閥孔開啟到全開為止，其過熱度增加的數值叫“動態過熱度”。

（3）靜態過熱度：熱力膨脹閥處于開啟位置時，此時控制的過熱度最小，稱之為“靜態過熱度”。

4.3.2 熱力膨脹閥調整方法

（1）調整熱力膨脹閥前，應進行細致檢查，以確認系統工作異常的原因是熱力膨脹閥故障，逐一排除其他可能引起相同故障現象的因素，認真檢查感溫包安裝部位是否正確。

（2）調整熱力膨脹閥的注意事項：調整熱力膨脹閥應當在系統運行時進行。通過觀察壓縮機吸氣壓力作為蒸發器飽和壓力，從而得到該飽和壓力下的蒸發溫度；而后使用儀表測出回氣管溫度數值，與算出的蒸發溫度對比校對過熱度，熱力膨脹閥的過熱度應在5～8 ℃。調節螺桿時，順時針方向轉為減小膨脹閥開度，制冷劑流量減小；若對比數值過熱度太大，則逆時針轉動調節螺桿，使膨脹閥開度增大，增加制冷劑流量。由于熱力膨脹閥感溫系統信號傳遞存在一定的滯后性，所以調整時一定要耐心，每次調節轉動圈數不宜過多，待系統運行穩定后再進行下一次調節。

5 結語

隨著制冷設備投入使用年限的增長，設備故障問題頻發，若維護保養不全面、不到位，將嚴重影響設備的制冷性能，造成能源和物資的浪費。所以，強化故障分析解決能力，加強設備全面保養，對保證船舶制冷系統的良好運行有著重要意義。