制冷閥件容量試驗(yàn)臺(tái)的研制

趙舉，朱洪亮，許敬能

（上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院，上海 200072）

熱力膨脹閥是一種自動(dòng)膨脹閥，它利用蒸發(fā)器出口制冷劑蒸氣的過(guò)熱度調(diào)節(jié)閥孔開(kāi)度以調(diào)節(jié)供液量和蒸發(fā)器出口制冷劑氣體過(guò)熱度變化而動(dòng)作，廣泛應(yīng)用于制冷機(jī)［1］。四通換向閥是熱泵型空調(diào)制冷裝置中用來(lái)改變制冷劑流向的閥件，進(jìn)行制冷和制熱的切換［2］。兩種閥件是制冷系統(tǒng)不可缺少的重要裝置，其容量對(duì)制冷系統(tǒng)的性能具有重大影響。

熱力膨脹閥和四通換向閥現(xiàn)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)為JB/T 3548及JB/T 7230，國(guó)內(nèi)廠家一般依據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，研制相應(yīng)的測(cè)試平臺(tái)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行試驗(yàn)研究及檢測(cè)，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量具有重大意義。

1 制冷閥件名義容量試驗(yàn)原理

依據(jù)JB/T 3548制冷用熱力膨脹閥標(biāo)準(zhǔn)，其名義容量試驗(yàn)方法如下：首先調(diào)定靜止過(guò)熱度，然后將熱力膨脹閥安裝在制冷劑流量試驗(yàn)裝置上。調(diào)節(jié)試驗(yàn)工況，使膨脹閥出口壓力為蒸發(fā)溫度對(duì)應(yīng)的制冷劑飽和壓力，慢慢升高過(guò)熱度達(dá)10℃，再逐漸降低過(guò)熱度，直至制冷劑質(zhì)量流量為0。記錄全過(guò)程感溫包溫度值和制冷劑質(zhì)量流量值。繪制膨脹閥過(guò)熱度-質(zhì)量流量特性曲線，將同一過(guò)熱度下開(kāi)啟流量和關(guān)閉流量的平均值作為該過(guò)熱度下的制冷劑質(zhì)量流量值，求得G2點(diǎn)和G1點(diǎn)處質(zhì)量流量的差就是膨脹閥名義流量值［3］，如圖1所示。

圖1 過(guò)熱度-制冷流量曲線圖

膨脹閥名義制冷量計(jì)算公式：

其中：

式中：

Q——膨脹閥的名義制冷量；

G1——膨脹閥初始點(diǎn)（過(guò)熱度為靜止過(guò)熱度）的平均質(zhì)量流量；

G2——膨脹閥名義點(diǎn)（該點(diǎn)的過(guò)熱度為靜止過(guò)熱度與開(kāi)啟過(guò)熱度之和）的平均質(zhì)量流量；

q1、 q1’——膨脹閥初始點(diǎn)的開(kāi)啟、關(guān)閉質(zhì)量流量；

q2、 q2’——膨脹閥名義點(diǎn)的開(kāi)啟、關(guān)閉質(zhì)量流量；

h1——進(jìn)入膨脹閥制冷劑液體比焓值；

h2——出蒸發(fā)器制冷劑飽和氣體比焓值。

進(jìn)行四通換向閥名義容量試驗(yàn)時(shí)，依據(jù)JB/T 7230 熱泵用四通換向閥標(biāo)準(zhǔn)，其名義容量是在名義工況下，流過(guò)換向閥吸入通道的制冷劑質(zhì)量流量和制冷系統(tǒng)在名義工況下膨脹閥入口處液體比焓值與蒸發(fā)溫度下壓縮機(jī)吸氣過(guò)熱蒸汽比焓值之差的乘積［4］。

測(cè)試方法如下：?jiǎn)?dòng)相應(yīng)試驗(yàn)裝置，使之逐步達(dá)到規(guī)定的名義工況條件。調(diào)節(jié)制冷系統(tǒng)排氣側(cè)氣體參數(shù)，使通過(guò)換向閥的高壓進(jìn)氣管（D管）的氣體制冷劑壓力保持在40±0.5℃冷凝溫度所對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽壓力，調(diào)節(jié)制冷系統(tǒng)吸氣側(cè)氣體參數(shù)，使通過(guò)換向閥低壓吸氣管（S管）的氣體制冷劑壓力保持在5±0.5℃蒸發(fā)溫度所對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽壓力和15±3℃過(guò)熱吸氣溫度。調(diào)節(jié)通過(guò)換向閥吸入通道的制冷劑流量，使氣管E與氣管S之間的壓 力 降 從0.005MPa升 至0.035MPa， 并 每 升0.005MPa進(jìn)行一次流量測(cè)定。繪制壓力降-流量曲線，取壓力降0.015MPa對(duì)應(yīng)的流量值為名義工況點(diǎn)流量mv。

換向閥名義容量計(jì)算公式：

式中：

Qrv— —換向閥名義容量；

mv— —名義工況下閥制冷劑流量；

h2——名義工況時(shí)在蒸發(fā)溫度下的制冷劑過(guò)熱氣體比焓；

h1——名義工況時(shí)閥進(jìn)口出的制冷劑液體比焓。

2 制冷閥件名義容量試驗(yàn)系統(tǒng)

本文采用一套裝置，通過(guò)閥件的切換可分別對(duì)熱力膨脹閥、四通換向閥進(jìn)行制冷容量測(cè)試，節(jié)約了設(shè)備成本。試驗(yàn)裝置包括熱力膨脹閥測(cè)試管路和四通換向閥測(cè)試管路。

熱力膨脹閥測(cè)試管路如圖2所示，包括被測(cè)熱力膨脹閥、恒溫浴槽、變頻壓縮機(jī)、冷凝器、儲(chǔ)液器、干燥過(guò)濾器、過(guò)冷器、混合器、蒸發(fā)器、氣液分離器、流量計(jì)及若干閥件、溫度、壓力傳感器。進(jìn)行熱力膨脹閥測(cè)試時(shí)，截止閥VQ4、VQ5、VQ6、VQ7、VQ8、VQ9、VJ3和調(diào)節(jié)針閥VT3關(guān)閉，截止閥VQ1、VQ2、VQ3、VJ1、VJ2、調(diào)節(jié)針閥VT1、VT2開(kāi)啟。制冷劑的循環(huán)過(guò)程如圖2中的粗線所示，制冷劑由變頻壓縮機(jī)流出后，流經(jīng)截止閥VJ1、調(diào)節(jié)針閥VT1所在的管路，流至冷凝器進(jìn)行冷凝，然后流過(guò)儲(chǔ)液器、干燥過(guò)濾器。從干燥過(guò)濾器流出的制冷劑液體流經(jīng)視液鏡、流量計(jì)1到過(guò)冷器進(jìn)行過(guò)冷，過(guò)冷后的制冷劑液體流經(jīng)固定于截止閥VQ1、VQ2所在管路上的被測(cè)熱力膨脹閥，再經(jīng)過(guò)截止閥VJ2、調(diào)節(jié)針閥VT2進(jìn)入混合器和蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器中吸熱蒸發(fā)后的氣體流經(jīng)VQ3所在的管路，進(jìn)入氣液分離器，然后返回變頻壓縮機(jī)，完成制冷循環(huán)。

圖2 熱力膨脹閥測(cè)試系統(tǒng)圖

四通換向閥測(cè)試管路如圖3所示，包括被測(cè)四通換向閥及與熱力膨脹閥測(cè)試管路共用的變頻壓縮機(jī)、油分離器、冷凝器、儲(chǔ)液器、干燥過(guò)濾器、混合器、蒸發(fā)器、壓力傳感器、溫度傳感器、氣液分離器。進(jìn)行四通換向閥測(cè)試時(shí)，截止閥VQ1、VQ2、VQ3、VJ1、VJ2、調(diào)節(jié)針閥VT1、VT2關(guān)閉，截止閥VQ4、VQ5、VQ6、VQ7、VJ3、VQ9、VJ4、VQ8、調(diào)節(jié)針閥VT3、VT4開(kāi)啟。制冷劑的循環(huán)過(guò)程如圖3粗線所示，制冷劑由變頻壓縮機(jī)流出后，經(jīng)截止閥VQ4、VQ5所在的管路，流至冷凝器進(jìn)行冷凝，然后流過(guò)儲(chǔ)液器、干燥過(guò)濾器。從干燥過(guò)濾器流出的制冷劑液體流經(jīng)截止閥VJ3、調(diào)節(jié)針閥VT3后進(jìn)入混合器和蒸發(fā)器。在蒸發(fā)器中吸熱蒸發(fā)后的氣體流經(jīng)截止閥VQ8所在的管路，再流經(jīng)流量計(jì)2、視液鏡從截止閥VQ7所在的管路流入被測(cè)四通換向閥的E口，再?gòu)腟口流出，經(jīng)過(guò)截止閥VQ6所在管路，流經(jīng)截止閥VJ3、調(diào)節(jié)針閥VT3管路，再經(jīng)截止閥VQ9進(jìn)入氣液分離器，然后返回變頻壓縮機(jī)，完成制冷循環(huán)。

圖3 四通換向閥測(cè)試系統(tǒng)圖

此試驗(yàn)臺(tái)還包括一套流經(jīng)蒸發(fā)器、冷凝器、過(guò)冷器相連通的水系統(tǒng)（圖中未畫(huà)出）用于調(diào)節(jié)試驗(yàn)工況。試驗(yàn)系統(tǒng)中設(shè)有多個(gè)溫度傳感器、壓力傳感器、兩個(gè)流量計(jì)采集試驗(yàn)所需的溫度、壓力和流量，數(shù)據(jù)采集后輸入到上位機(jī)中。兩種閥件要求的試驗(yàn)工況通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)變頻壓縮機(jī)的頻率控制，當(dāng)僅調(diào)節(jié)變頻壓縮機(jī)不能達(dá)到試驗(yàn)工況時(shí)，對(duì)于熱力膨脹閥，通過(guò)調(diào)節(jié)VT3、VJ3進(jìn)行制冷劑流體的旁通，來(lái)將被測(cè)熱力膨脹閥制冷劑出口壓力調(diào)節(jié)至要求工況。試驗(yàn)中，通過(guò)改變恒溫槽的設(shè)定值，使熱力膨脹閥的感溫包所測(cè)到溫度按照標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的工況變化，在過(guò)程中記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。對(duì)于四通換向閥，通過(guò)調(diào)節(jié)VJ3、VT3、VJ4、VT4將被測(cè)四通換向閥的S口壓力調(diào)節(jié)至工況要求壓力。試驗(yàn)中，通過(guò)調(diào)節(jié)進(jìn)入閥件的吸入通道的制冷劑流量，來(lái)測(cè)量四通換向閥S、E口之間的壓力值，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，繪制圖表，整理試驗(yàn)中所需要的相關(guān)測(cè)量結(jié)果。

3 結(jié)論

在參考國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)熱力膨脹閥和四通換向閥的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，根據(jù)其方法設(shè)計(jì)了適用于測(cè)試兩種閥件容量性能的試驗(yàn)裝置，采用一套裝置，實(shí)現(xiàn)了兩種閥件的有效評(píng)估，有效的節(jié)省了設(shè)備成本。該試驗(yàn)臺(tái)的研制對(duì)于制冷閥件的質(zhì)量監(jiān)督具有重要意義。