热力膨胀阀动力头膜片压力梯度测试机的设计及使用

李琳琳，徐 兵

（苏州工业园区职业技术学院，苏州 215021）

1 热力膨胀阀动力头膜片在制冷系统中的作用

热力膨胀阀在制冷系统中起调节制冷剂流量和对高压液体制冷起节流降压的作用。膜片式热力膨胀阀的基本结构包括感温包、毛细管、膜片、阀座、阀针、传动杆及调节机构等组成。在制冷机工作时，热力膨胀阀感应膜片受开启方向的温包压力、阀关闭方向的蒸发压力及弹簧压力的共同作用，热力膨胀阀自动调节的过程也是膜片调整这三力关系而达到平衡的过程[1]。

膜片是一块0.1～0.2mm厚的特殊不锈钢板，要求厚度和硬度均匀，在受力后的弹性变形好，才能使调节性能稳定，调节过程无跳跃现象[2]。膜片的性能将直接影响到整个热力膨胀阀的使用、寿命和性能，对提高空调的制冷效果、延长空调使用寿命、节约能源以及保证机房安全具有重要的现实意义[3]。

为了解动力膜片的性能，防止工作时膜片的破损或不规则变形，延长膜片的使用寿命，经研究，设计出热力膨胀阀动力头动力膜片的压力梯度测试机（以下简称测试机），根据压力梯度的试验结果，确保了压力变化作用下膜片的最佳使用，提高了热力膨胀阀的使用寿命。

2 测试机的设计

2.1 设计目的

测试机通过对膜片压力的测试， 描绘出压力梯度曲线图，从而分析原材料的性能好坏，以及动力头上下端盖间的焊接情况，发现生产中的问题以及提高产品质量。

2.2 设计原理

要研究动力头动力膜片的压力梯度，该测试机必须模拟在工作时热力膨胀阀内部的受力情况，通过毛细管输入一定的气压，从膜片上方给其一定的压力，使膜片行程到最大位移处，再慢慢将动力头内部的压力释放，使膜片慢慢回复到原始位置。因此，该测试机除了包含动力头的固定装置，还必须考虑到下压装置的材料、重量和装配方式[4]。对于不同型号的动力头，可以更换下压物件的尺寸来适应其大小，更换下压物件的重量来给定特定的压力。

2.3 结构设计

为了保证测量数据的准确度，使用性好，操作简便、准确、安全可靠，将测试机的整体结构设计成大气压定位缓冲板形式。整个测试系统共分为三大部分：压力梯度测试机、位移气压控制箱、绘图仪。其中，测试机由主测试台和毛细管夹紧进气装置两部分组成；控制箱用来控制气压进出的快慢和气压、位移的显示；绘图画板主要设置在电脑内，根据电学传动导向将动力膜片的性能变化位移转换成曲线图。

测试时，测试机与动力头中的毛细管夹制气压进口装置配合使用，调节进气压力，作用在动力膜片上，以此观察膜片运动曲线。根据以上原则，主要机构的结构设计如图1所示。

图1 测试机结构图

复位机构：采用连杆复位机构，借助于杠杆动力，可轻便灵巧地抬起动力膜片的压制装置。

嵌套装置：为适合不同型号的动力头，将动力头的嵌套装置设计成层次结构，夹具头的大小设计应以动力头膜片的圆心为圆心，设计不同圆周的圆柱， 方便牢固地固定试验中的动力头。

卡槽装置：由于动力头下压装置的重力原因，需在下压装置的探头不作用在膜片上的时候固定，在下方手柄上方设置卡槽，方便固定下压装置的位置，方便测试。

微调装置：测试时必须有气压的释放，在测试机的上部设置一个微调装置，可以根据探头的移动来准确地调节连接显示器的读数。根据电学原理，将此装置将连接到控制器，根据控制箱显示的读数变化来调节曲线绘图器的原点，然后记录数据，方便试验结束后膜片压力梯度的计算。

将以上各主要机构装配好，严格满足定位要求，同轴度要求，垂直度要求等。

3 测试过程

如上所述，工作时膜片受上下压力作用不断的变形。当然，在膨胀阀的正常使用过程中，阀门只是起到一个微调的作用，并不可能每次的变形都达到极限，但为了更精确的了解膜片的性能和寿命，在每次的实验过程中，必须让膜片的变形达到最大，才有助于很好的分析其性能。

图2 测试流程图

如图2所示，连接好所有装置，打开通电电源和进气压力。按以下步骤操作：

1）将动力头的毛细管夹制好，将控制杆向前推夹紧毛细管。

2）打开控制箱上“慢进”开关和“快出”开关，让气压慢慢充入动力头内，随着气压上升，动力头装置中的缓冲板位于中心位置。

3）将待测试的动力头螺纹面向上放置到测试机的嵌套中（检查并确认压销处于缓冲板中央）。

4）将“慢进”和“快出”两开关关闭。

5）调节手柄，使测试机上方的dead weight释放，下压，针头对准缓冲板的中心。

6）将传感器向上移动，直到行程表是零。

7）打开电脑中的绘图表格，按“ZERO”键，选择画笔为“Down”状态，看是否移动在原点位置。

8）将画笔状态更改为“Up”状态。

9）拨下“慢出”开关，使压力释放。

10）当绘图软件中纸处于笔下方时，将笔位开关打到“Down”的位置，使笔绘画曲线。

11）确保画线在起始阶段与X轴重合，检查纸张是否到位。

12）当图画好后，将“慢出”开关关闭。

13）检查Y轴末端的值，应该和位移显示器上的读数一致，稍后记下该读数。

14）将“慢进”开关打开，这会使笔折回图像以确认滞后。

15）当画笔到纸末端的时候，将画笔设为“Up”状态，使其抬起。

16）在图纸上标注好刚刚测试动力头的工件号和序列号。

17）将“快出”和“慢出”两个开关打开。

18）将测试机上的封闭手柄拉下松开，释放动力头。

4 结果分析

拿出打印出来的图纸，找到第一笔画痕，它和Y轴上越过15的虚线的交汇点在X轴上投影是X1；它和Y轴上越过45的虚线的交汇点在X轴上的投影是X2，将X1-X2所得到得结果，就是该动力头膜片的压力梯度值。

[1] 蔡世龙.膜片式流量调节阀[J].石油机械,2006,34(2):31-33.

[2] 王晓敏.工程材料学[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,1998.

[3] 吴家龙.弹性力学[M].第1版.北京:高等教育出版社,2001.

[4] 张德生,等.膜片式油压调节器动态模拟试验台设计[J].黑龙江工程学院学报,2005,19(3):48-50.