一种轨道车辆空调电子膨胀阀调节的试验调试与计算方法

吕艳宗 王宏宇 韩 冰



一种轨道车辆空调电子膨胀阀调节的试验调试与计算方法

吕艳宗 王宏宇 韩 冰

（中车青岛四方车辆研究所有限公司 青岛 266000）

介绍了某型号轨道车辆空调电子膨胀阀调节的试验调试过程，通过调节膨胀阀的开度以使压缩机排气温度逼近到相应目标值。试验中依次确定了阀的初始最短可调时间、调节时间间隔和调节步距。进而在试验数据基础上总结了一种电子膨胀阀调节的计算方法，计算结果与空调机组的试验数据较为吻合。通过该方法计算并控制电子膨胀阀的调节，使排气温度变化过程平滑连续，满足排气温度的变化响应和稳定性要求，并为其它空调控制电子膨胀阀的调节提供了借鉴。

轨道车辆空调；电子膨胀阀；试验调试；调节计算方法

0 引言

目前，轨道交通车辆应用的空调设备以定速空调机组为主，少数采用变频空调，系统中的节流装置以毛细管为主，少数采用热力膨胀阀。近几年随着变频技术逐步应用到轨道交通车辆空调，作为先进的节流装置－电子膨胀阀的应用也逐渐增多。但目前本领域电子膨胀阀的调节方法总体处于试验摸索阶段，适合轨道交通车辆空调简洁、可靠的电子膨胀阀调节方法需要及时提炼总结。

受应用环境及产品维护特点的要求，轨道车辆空调适合以较少的控制信号实现空调功能，而其它行业空调设备中常用的以过热度控制电子膨胀阀调节的方法需要采集的温度信号较多，在此应尽量避免。

以一定控制策略下的压缩机排气温度为目标，对电子膨胀阀进行开度调节是轨道交通车辆空调较为适用的方法之一。本文主要论述了如何调整电子膨胀阀的开度，从而使压缩机排气温度快速靠近目标温度，同时又不引起排气温度过度震荡，并最终稳定在目标排气温度附近。

本文以某型号采用全程500步电子膨胀阀的空调机组为例，介绍电子膨胀阀的调节方法和调试过程。

在空调设计和试验调试中，由于制冷和制热模式下的目标排气温度不同，电子膨胀阀的开度范围也不相同，首先通过试验调试确定各模式下电子膨胀阀的初始开度，见表1。

表1 电子膨胀阀的初始开度

1 确定初始最短可调时间

压缩机刚启动时，由于其排气温度存在一个由初始温度上升然后到稳定的过程（图1）。根据这个特点，电子膨胀阀在压缩机启动后1时间内应保持初始开度，直至制冷系统建立起相对稳定的状态后再开始调节。经过试验确定本机以制冷时5分钟、制热时3分钟为电子膨胀阀最短允许可调时间。

图1 压缩机启动时排气温度的变化过程

2 确定调节时间间隔

所用电子膨胀阀的技术规格要求其调节速度应处于30～90pps之间，结合空调机组制冷系统的特性本机采用了50pps。而压缩机的排气温度相对于阀的调节速度则是一个慢速响应对象，因此需要设置电子膨胀阀调节最短时间间隔，从而避免调整过快引起排气温度超调震荡。

在试验调试中分别以5步、10步为调整步距进行试验验证，同时监测排气温度的变化响应。经过多次重复试验统计，排气温度在调整膨胀阀开度100～150秒后达到新的平衡稳定状态，根据试验情况本机采用120秒为调节时间间隔。

3 确定调节步距

电子膨胀阀的调节步距过小造成系统响应迟滞，过大则系统震荡，甚至发散失控，因此选择合适的调节步距非常关键。试验首先对制冷模式下电子膨胀阀的调节步距进行调试，得到较为合适的调节步距见表2（Δ：实际排气温度与目标排气温度的差值）。

表2 制冷模式基础调节步距

由于电子膨胀阀在制热模式下的初始开度较小，经过试验调试得到的调节步距也相对较小（表3）。

表3 制热模式基础调节步距

在以上基础数据基础上，从系统安全角度出发，当压缩机排气温度高于目标排气温度时应较快速的使排气温度下降以迅速减小系统负荷。因此在以上方法基础上增加了对实际排气温度高于目标排气温度时更快速调节的试验验证，确定了﹥_obj时的调节步距（：实际排气温度；_obj：目标排气温度），见表4、表5。

表4 制冷模式快速调节步距

表5 制热模式快速调节步距

综合以上数据形成的电子膨胀阀调节步距如下表6、表7。

表6 制冷模式下调节步距

表7 制热模式下调节步距

该型号空调机组的电子膨胀阀采用以上调节方法能够使压缩机排气温度的响应震荡在可控范围之内，同时能较快逼近目标排气温度，基本满足了空调机组的控制要求。

4 电子膨胀阀调节计算方法

4.1 计算公式

根据以上试验调试形成的电子膨胀阀调节方法，总结形成了以下公式：

式中：V为电子膨胀阀调节步数；为计算系数；为快速调节系数（排气温度过高时）；V_std为额定工况电子膨胀阀初始开度；V_max为电子膨胀阀的最大开度；为压缩机排气温度；TP为压缩机目标排气温度；Δ_max为用于计算的排气温度差值最大值；V_max为电子膨胀阀调节最大步数。

确定了计算公式后，还需要对相关参数和计算结果作出限制约束。以文中调试的空调机组为例：V_max取480、|-TP|最大取10℃、Δ_max为10℃、V_max为10步（表2的试验数据-制冷模式基础调节步距）；计算结果V需满足：V_min﹤V﹤V_max。其中V_min的取值与选用的电子膨胀阀型号有关，其必须避免空调运行时调阀到完全关闭状态。

利用公式计算时，若高于TP则计算出调节步数V为正，即需要增加电子膨胀阀的开度；反之，当低于TP时计算的调节步数为负，则需要减小电子膨胀阀的开度。

对于排气温度过高需要快速增大电子膨胀阀开度的情况，在公式中通过系数体现。当实际排气温度低于目标排气温度时取值为1；而排气温度高于目标排气温度时取大于1的值，依据表6的试验数据本机组的调节中为1.6。

4.2 系数a的确定方法

依据表6制冷模式的试验数据可用图2表示。

图2 试验调试的制冷模式电子膨胀阀的调节

图3 公式计算制冷模式电子膨胀阀的调节

以图2中的s点，系数为1的情况，制冷额定工况时电子膨胀阀的开度V_std为240步、V_max为480步、Δ_max为10℃、V_max为10步，代入公式：

当压缩机排气温度低于目标排气温度10℃时调节的步数V应为-10。进一步将数据代入公式：

计算出系数=2。

此时验证压缩机排气温度低于目标排气温度6℃时，计算得到的调节步数：

符合试验结果。

以图2为基础可描绘出利用公式计算电子膨胀阀调整时的趋势（图3）。

对制热模式下电子膨胀阀的初始开度与制冷模式不在同一区域的情况，用此公式进行代入验证。制热额定工况时电子膨胀阀的初始开度V_std为120步、V_max为480步、Δ_max为10℃、V_max为10步。验证压缩机排气温度低于目标排气温度10℃时计算得到的调节步数：

排气温度低于目标排气温度6℃时，计算得到调节步数：

计算结果与试验调试的结果较为接近且趋势一致。

在公式计算中若出现制热模式的计算结果与试验调试数据相差太大的情况，则可以采用与制冷模式不同的计算系数来解决此问题。

以公式为基础编制程序对空调电子膨胀阀进行调节控制并进行试验验证，此方法消除了调整的台阶，使调整过程中排气温度的变化更加平滑。

5 总结

应用文中总结的公式计算电子膨胀阀的开度调节，在空调机组上应用并通过试验验证，系统响应较快且震荡较小，能使压缩机排气温度较快稳定在目标排气温度附近，达到了较好的控制效果。同时也为其它轨道车辆空调的电子膨胀阀调节提供了借鉴。

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Test process and calculation method of electronic expansion valve adjustment for rail vehicle air conditioner

Lv yanzong Wang hongyu Han bing

( CRRC Qingdao Sifang Rolling Stock Research Institute Co., Ltd, Qingdao, 266000 )

This paper introduces the test process of the electronic expansion valve adjustment of a certain type of railway vehicle, and how to adjust the opening degree of the expansion valve to make the compressor exhaust temperature close to the corresponding target value.The initial adjustment time of the valve, adjusting time interval and adjusting step were determined in the experiment. Based on the experimental data, the calculation method of the electronic expansion valve adjustment is summarized. The calculation results are in good agreement with the test data of the air conditioner. By the method of calculation and control of electronic expansion valve, exhaust temperature changes more smoothly, to meet the change of exhaust temperature response and stability requirements, and provide a reference to control other air-conditioning electronic expansion valve.

rail vehicle air conditioner; electronic expansion valve; adjustment test; Adjustment calculation method

1671-6612（2017）05-496-04

TK321

A

2017-01-05

作者（通讯作者）简介：吕艳宗（1980.2-），男，研究生，工程师，E-mail：cnr_lvyanzong@126.com