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

（蘇州工業園區職業技術學院，蘇州 215021）

1 熱力膨脹閥動力頭膜片在制冷系統中的作用

熱力膨脹閥在制冷系統中起調節制冷劑流量和對高壓液體制冷起節流降壓的作用。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、傳動桿及調節機構等組成。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、閥關閉方向的蒸發壓力及彈簧壓力的共同作用，熱力膨脹閥自動調節的過程也是膜片調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，才能使調節性能穩定，調節過程無跳躍現象[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，對提高空調的制冷效果、延長空調使用壽命、節約能源以及保證機房安全具有重要的現實意義[3]。

為了解動力膜片的性能，防止工作時膜片的破損或不規則變形，延長膜片的使用壽命，經研究，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，發現生產中的問題以及提高產品質量。

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

為了保證測量數據的準確度，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，根據電學傳動導向將動力膜片的性能變化位移轉換成曲線圖。

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，調節進氣壓力，作用在動力膜片上，以此觀察膜片運動曲線。根據以上原則，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裝置，可以根據探頭的移動來準確地調節連接顯示器的讀數。根據電學原理，將此裝置將連接到控制器，根據控制箱顯示的讀數變化來調節曲線繪圖器的原點，然后記錄數據，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，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）調節手柄，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，看是否移動在原點位置。

8）將畫筆狀態更改為“Up”狀態。

9）撥下“慢出”開關，使壓力釋放。

10）當繪圖軟件中紙處于筆下方時，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一致，稍后記下該讀數。

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，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.膜片式流量調節閥[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.膜片式油壓調節器動態模擬試驗臺設計[J].黑龍江工程學院學報,2005,19(3):48-50.