热力膨胀阀：故障诊断与维修策略

1、结构组成
热力膨胀阀主要由阀体、阀芯、感温包、平衡管、调节弹簧、固定孔板等组成。其中 , 阀体连通高低压侧 , 内装可上下移动的阀芯 ; 阀芯顶部与调节弹簧相连 , 受弹簧力向下压紧 ; 感温包置于蒸发器出口处 , 内装挥发性液体 , 并通过毛细管 ( 外平衡管 ) 与阀芯上腔相通 ; 平衡管连接在膨胀阀前后 , 用于传递蒸发压力 ; 固定孔板限制阀芯的最大行程 [1] 。

2、工作过程
热力膨胀阀的开度调节过程如下 :(1) 感温包吸收蒸发器出口制冷剂的热量 , 使内部液体汽化 , 压力升高 , 推动膜片向上顶开阀芯 , 增大阀口流面积 ;(2) 随着阀口开度增大 , 蒸发器供液量增加 , 出口过热度下降 , 感温包压力降低 , 在弹簧力和蒸发压力作用下 , 阀芯又逐渐下行 , 减小阀口开度 ;(3) 当感温包压力、弹簧压力和蒸发压力达到平衡时 , 阀芯停止运动 , 阀口开度稳定在一个平衡位置 [2] 。  

这种 " 蒸发器出口温度反馈 - 阀芯开度调节 - 供液量变化 " 的自动控制过程 , 使热力膨胀阀能根据负荷的变化 , 自动调节阀门开度 , 维持蒸发器出口过热度在设定范围内 , 保证系统安全、高效运行。

供液量异常
供液量异常是热力膨胀阀故障的典型表现之一。主要包括 :  

(1) 供液过多 : 阀芯开度过大 , 使蒸发器液体充满 , 出口处甚至有液体溢出。此时吸气管温度接近饱和温度 , 压缩机有液击危险 [3] 。  

(2) 供液不足 : 阀芯开度过小 , 使蒸发器供液短缺 , 蒸发压力下降 , 吸气过热度上升。长期供液不足会使油被带入系统 , 引发压缩机润滑不良 [4] 。  

蒸发温度波动
当热力膨胀阀发生故障时 , 蒸发器的蒸发温度往往出现异常波动。常见的是 :  

(1) 蒸发温度忽高忽低 : 阀芯振动频繁 , 开度时大时小 , 使蒸发温度忽高忽低 , 系统制冷效果忽冷忽热 [5] 。  

(2) 蒸发温度持续偏低 : 感温包失灵或平衡孔堵塞 , 使阀芯长时间处于全开状态 , 导致蒸发温度持续偏低 , 压缩机吸气压力降低 [6] 。

阀后压力异常
阀后压力异常是判断热力膨胀阀故障的重要依据。主要表现为 :  

(1) 阀后压力过高 : 平衡孔泄漏或感温包泄漏 , 使阀后压力异常升高 , 甚至接近冷凝压力 , 系统制冷效果下降 [7] 。  

(2) 阀后压力过低 : 阀芯卡涩或弹簧松动 , 使阀门开度不足 , 导致阀后压力过低 , 低于蒸发压力 , 压缩机吸气压力降低 [8] 。

  1、阀芯卡涩    
阀芯卡涩是热力膨胀阀常见的机械故障 , 使阀芯无法随感温包压力变化而自如调节开度。主要原因包括 :  

(1) 阀芯磨损 : 阀芯与阀座长期摩擦 , 表面出现划痕、裂纹等磨损 , 导致啮合间隙增大 , 密封性下降 [9] 。  

(2) 阀芯弯曲 : 装配不当或外力作用 , 使阀杆产生微小的弯曲变形 , 阻碍阀芯的升降运动 [10] 。  

(3) 阀体杂质 : 焊渣、铁屑等异物进入阀体 , 卡在阀芯与阀座之间 , 妨碍阀芯动作 [11] 。  

(4) 润滑油脂变质 : 阀芯润滑脂使用时间过长 , 在高温下氧化变质 , 粘度增大 , 阻力增加 [12] 。  

  2、感温包失灵   
感温包是反馈蒸发器出口温度信号的关键部件 , 其失灵会使阀芯失去温度反馈 , 无法适应负荷变化。常见的失灵原因有 :  

(1) 感温包泄漏 : 感温包焊缝开裂、膜片破损等 , 使其内部气体泄漏 , 压力降低 , 推力不足 [13] 。  

(2) 毛细管堵塞 : 毛细管内脏污、油垢等杂质堆积 , 堵塞气体通道 , 使感温包压力信号无法传递到阀芯上腔 [14] 。  

(3) 感温包安装不当 : 感 温包未紧贴蒸发器出口管壁 , 或绑扎过松 , 使其无法及时、准确地感应制冷剂温度变化 [15] 。

   3、平衡管堵塞   
平衡管用于将蒸发压力引入阀芯下腔 , 平衡感温包压力 , 其堵塞会扰乱阀芯的受力平衡。常见堵塞原因包括 :  

(1) 焊渣堵塞 : 安装时焊接不慎 , 使焊渣溅入平衡管内 , 造成局部堵塞 [16] 。  

(2) 油垢堆积 : 系统杂质、焦炭等随制冷剂进入平衡管 , 逐渐沉积堆积 , 封堵管路 [17] 。  

(3) 铜屑堵塞 : 铜管切割、扩口时产生的铜屑 , 在系统运行时被带入平衡管 , 引发堵塞 [18] 。  

   4、外平衡孔泄漏    
外平衡孔是连接感温包与阀芯上腔的通道 , 其泄漏会导致感温包压力降低 , 阀芯开度异常。泄漏原因主要有 :  

(1) 密封垫损坏 : 平衡孔密封垫老化、破损 , 使平衡孔与阀体接触面渗漏 [19] 。  

(2) 平衡孔磨损 : 长期运行使平衡孔壁产生磨损 , 孔径增大 , 泄漏加剧 [20] 。  

(3) 紧固螺母松动 : 固定平衡孔的螺母因振动等原因松脱 , 使泄漏通道扩大 [21] 。

1、供液量判据     
供液量是诊断热力膨胀阀故障的首要判据。通过观察以下特征参数 , 可初步判断故障类型 :  

(1) 吸气压力 : 供液过多时 , 吸气压力高于正常值 10% 以上 ; 供液不足时 , 吸气压力低于正常值 10% 以上 [22] 。  

(2) 吸气过热度 : 供液过多时 , 吸气过热度低于正常值 5K 以上 ; 供液不足时 , 吸气过热度高于正常值 5K 以上 [23] 。  

(3) 电流及蒸发温度 : 供液过多时 , 压缩机电流高于额定值 , 且蒸发温度波动较小 ; 供液不足时 , 压缩机电流低于额定值 , 且蒸发温度波动较大 [24] 。

2、阀后压力检查     
阀后压力是判定膨胀阀阀口开度的直接指标。可从以下两方面检查 :  

(1) 压力表读数 : 通过在阀后装压力表 , 直接读取阀后压力值 , 若阀后压力远高或低于蒸发压力 , 则阀口开度异常 [25] 。  

(2) 制冷剂流态 : 正常情况下 , 经节流后的制冷剂呈汽液两相雾状 ; 若呈液柱状 , 则阀门开度过大 ; 若呈过热蒸汽态 , 则阀门开度过小 [26] 。  

3、膨胀阀拆检     
对于一些无法从外部诊断的故障 , 需要拆卸膨胀阀 , 检查内部零部件。主要检查项目包括 :  

(1) 阀芯动作 : 手动上下推动阀芯 , 观察其动作是否灵活、到位 , 阻力是否均匀 [27] 。  

(2) 感温包状 态 : 目测感温包表面有无破损、泄漏 , 手捏感温包 , 感受其硬度、压力 [28] 。  

(3) 平衡管流通性 : 用压缩空气吹入平衡管两端 , 感受其阻力大小 , 判断有无堵塞 [29] 。  

(4) 外平衡孔密封 : 涂抹皂液于平衡孔外 , 观察是否产生气泡 , 判断有无泄漏 [30] 。

1、阀芯故障的处理     
对于阀芯卡涩故障 , 可采取以下维修措施 :  

(1) 更换阀芯 : 对于阀芯严重磨损、弯曲变形的 , 直接更换新阀芯 , 并检查阀座、阀体有无损坏 [31] 。  

(2) 清洗阀体 : 拆开阀体 , 用细铜丝、毛刷等工具清除阀芯、阀座表面的杂质和氧化物 , 再用汽油、丙酮等溶剂清洗 , 吹干后涂润滑脂重新装配 [32] 。  

(3) 调整弹簧 : 适当增大或减小弹簧预紧力 , 使阀芯在平衡位置时开度适中 , 并保证阀芯的灵活性 [33] 。

2、感温包故障的处理     
对于感温包失灵故障 , 可视情采取以下对策 :  

(1) 更换感温包 : 对于感温包泄漏、毛细管堵死的 , 直接更换新的感温包 , 注意选型规格要与原型号一致 [34] 。  

(2) 清洗毛细管 : 用钢丝疏通毛细管内的杂质和油垢 , 必要时可用化学溶剂浸泡、超声波清洗 , 确保毛细管通畅 [35] 。  

(3) 调整安装位置 : 重新安装感温包 , 使其紧贴蒸发器出口弯头处 , 并用绝热胶带缠紧 , 减小散热损失 [36] 。

3、平衡管堵塞的处理     
对于平衡管堵塞故障 , 可采取以下疏通措施 :  

(1) 正反吹 洗 : 用高压氮气对平衡管进行正向和反向吹洗 , 排出内部的焊渣、油垢等杂质 [37] 。  

(2) 热煮清 洗 : 将平衡管与阀体分离 , 放入煮沸的水中加热 , 使管内杂质溶解、软化 , 再用高压气体吹净 [38] 。  

(3) 机械疏通 : 用钢丝、铜丝等从平衡孔插入 , 捅通局部堵塞 , 注意不要刮伤管壁 [39] 。

4、外平衡孔泄漏的处理     
对于外平衡孔泄漏故障 , 可采取以下维修方法 :  

(1) 更换密封垫 : 拆下平衡孔 , 更换新的密封垫 , 材料应选用耐油、耐高温的氟橡胶或四氟乙烯 [40] 。  

(2) 修复 平衡 孔 : 对于平衡孔磨损 , 可用铰刀略微扩孔 , 再用丝锥攻丝 , 恢复孔壁光洁度 [41] 。  

(3) 紧固连接螺母 : 重新涂抹螺纹密封胶 , 拧紧连接螺母 , 并在螺母上加装防松垫圈 , 防止螺母松动 [42] 。

1、合理选型     
膨胀阀选型不当 , 会加剧磨损和内漏等故障。因此 , 选型时应注意 :  

(1) 阀体材 质 : 根据制冷剂种类 , 选用相容性好的阀体材料 , 如氨系统选用钢制 , 氟系统选用黄铜 [43] 。  

(2) 流量系数 : 根据蒸发器的设计流量 , 选择流量系数匹配的膨胀阀 , 既不过大也不过小 [44] 。  

(3) 平衡方式 : 全封闭系统选用内平衡阀 , 半封闭和开启系统选用外平衡阀 , 避免平衡失调 [45] 。

2、规范安装      
不当的安装是引发膨胀阀早期失效的主要原因。安装时应把握以下要点 :  

(1) 安装位置 : 膨胀阀应安装在蒸发器入口处 , 紧靠分配器 , 减少吸气过热 [46] 。  

(2) 连接方式 : 膨胀阀与管路的连接应采用螺纹或法兰 , 不得焊接 , 以便拆卸更换 [47] 。  

(3) 固定支撑 : 膨胀阀应用合适的支架固定 , 防止管路应力传递给阀体 [48] 。  

(4) 辅助节流 : 在膨胀阀前设置干过滤器 , 在出口设置单向阀 , 保护膨胀阀不受杂质和反向气流影响 [49] 。  

3、调试运行      
膨胀阀投运后 , 应进行反复调试 , 优化运行参数 , 避免长期偏离额定工况。调试时应关注 :  

(1) 阀门开度 : 通过调节弹簧压力 , 使阀门开度在 50%~75% 之间 , 既不过饱满 , 也不过匮乏 [50] 。  

(2) 过热度设定 : 根据压缩机允许的吸气过热度范围 , 调整膨胀阀的过热度设定值 , 一般控制在 4~8K[51] 。  

(3) 感温包位置 : 调整感温包安装位置 , 使其能准确反映蒸发器出口过热度变化 [52] 。

4、日常维护    
为延长膨胀阀使用寿命 , 减少故障发生 , 日常运行中还应注意 :  

(1) 定期巡检 : 每月至少巡检一次 , 检查阀体有无泄漏、振动等异常 , 感温包安装是否牢固 [53] 。  

(2) 清洗管路 : 每年停机时 , 对膨胀阀前后管路进行吹扫清洗 , 排出沉积杂质和油垢 [54] 。  

(3) 更换滤芯 : 定期更换膨胀阀前的干过滤器滤芯 , 避免滤芯堵塞影响膨胀阀供液 [55] 。  

(4) 避免超压 : 严格控制系统充注量 , 避免冷凝压力过高导致膨胀阀超压损坏 [56] 。