热力膨胀阀常见故障原因分析

韩景星 张明敏

（中国卫星海上测控部，江苏无锡214431）

0 引言

热力膨胀阀是制冷系统中四大部件之一，是组成制冷装置的重要部件，它具有体积小、结构简单等优点，往往决定着整个系统的运行性能。它在控制制冷剂流量的同时，实现从冷凝压力至蒸发压力的压降；管理人员往往容易忽视此部件的运行情况，所以及时排除热力膨胀阀工作中的故障，对于提高设备运行寿命、提升制冷效果、节约运行成本具有重要的意义。

1 热力膨胀阀工作过程分析

通过感受蒸发器出口制冷剂的过热度来控制进入蒸发器的制冷剂流量。依照平衡方式的不同，热力膨胀阀一般分为内平衡式和外平衡式两种。热力膨胀阀一般由感应机构、执行机构、调整机构和阀体四部分组成。感应机构中充入制冷工质，感温包通常设置在蒸发器出口且必须与管壁有良好的接触，以保证能准确感应压缩机的吸气温度。工作时，感温包感受到出口处温度后产生压力，通过毛细管传到膜片上部，使整个系统处于对应的饱和压力下，该压力通过膜片传导至顶杆而后至阀芯，压迫膜片下方的调整弹簧。当蒸发器出口过热度偏高时，热力膨胀阀阀芯下移，制冷剂流量增加；反之，热力膨胀阀开度减小，制冷剂流量减小。此部件确保了在环境发生热负荷变化时，实现蒸发器最佳的供液方式，因此，制冷设备通过热力膨胀阀来控制过热度，以实现系统的自动调整。

2 热力膨胀阀的选配

2.1 正确选配热力膨胀阀的目的

热力膨胀阀的选配对于整个制冷系统性能的发挥起到非常重要的作用，正确选配热力膨胀阀将使蒸发器得到最大限度的利用，使蒸发器始终和热负荷匹配。

2.2 热力膨胀阀的选配依据

热力膨胀阀的选择通常依据制冷系统的制冷剂种类、蒸发器过热负荷的大小、热力膨胀阀进出口的压力差和蒸发温度、冷凝温度及制冷量范围来确定。

3 热力膨胀阀的维护周期

通常设备投入运行初始，不需要调整热力膨胀阀，但在系统运行几年后，弹簧弹力减弱、阀针磨损和阀孔堵塞等原因，会使得热力膨胀阀开启度偏大或偏小，偏离其工作点。

根据长期对设备运行情况统计发现，热力膨胀阀偏离正常工作点的状况通常发生在使用寿命的中后期，所以，对于热力膨胀阀的维护检查重点应放在投入运行后的中后期。检查周期一般为：使用前4年，3次/年；使用5～8年期间，2次/年；使用第9年以后，3次以上/年。

4 热力膨胀阀工作中常见故障分析

4.1 热力膨胀阀的堵塞故障

制冷系统时常发生的堵塞故障有“脏堵”和“冰堵”。系统内存在焊渣、铜屑、铁屑、纤维等杂质是造成“脏堵”的主要原因；“冰堵”发生的主要原因是系统内含有过多的湿气，多数是由抽真空不到位、加注制冷剂或补充润滑油时进入空气和管路焊接处工艺有缺陷等原因引起的。

4.1.1 堵塞常发生的位置

一般“脏堵”多发生在干燥过滤器，若系统内杂质过多，在制冷设备运行过程中，系统内的杂质被干燥过滤器拦截，就会造成“脏堵”现象。而“冰堵”则多发生在膨胀阀的节流孔处，且“冰堵”通常是一个反复的过程。因为在节流孔处，制冷剂节流降压、温度最低，当水分过多时，会在此处结冰堵塞节流孔，导致制冷剂无法通过。此时系统不制冷，整个系统温度上升，节流孔处冰塞慢慢融化，制冷剂再次流动，系统开始制冷，随着制冷能力的恢复温度再次降低，“冰堵”再次发生，如此反复。

4.1.2 堵塞的排除方法

要及时准确地确定发生堵塞的部位，通常有以下几种方法：

（1）观察法：通常发生堵塞部位前的管子外部会附着一层白霜，若观察膨胀阀出口处霜层逐渐融化为湿霜，则可初步判定为“冰堵”。

（2）分析法：膨胀阀至蒸发器的连接变径管路及盘管弯头处最易发生“冰堵”。

（3）试验法：在观察法的基础上，将疑似堵塞管路的前后截止阀关闭，清除管壁霜层后，迅速开启关闭阀门，管路结霜临界处即为堵塞点。

根据堵塞的严重程度，采用不同的措施解决故障。对于比较轻微的“冰堵”现象，可以使用热毛巾或电吹风等对冰塞处进行加热，直至故障现象消失，较轻的“脏堵”现象则需要更换干燥过滤器；对于严重的“冰堵”“脏堵”现象，建议要重新清理管路内的杂质，使用压缩空气进行系统吹除作业，重新抽真空，加注制冷剂，使系统恢复更好的性能。

4.2 感温包故障

4.2.1 感温包发生故障的常见原因

感温包发生故障会出现系统供液时大时小、膨胀阀关闭不严或者过热度不匹配等现象，常见原因包括：一是感温包包扎位置不正确；二是感温包毛细管断裂致使感温包内充注介质泄漏，导致执行机构不能做出正确动作。

4.2.2 感温包故障常用处理方法

通常情况下，感温包的安装应当尽量远离压缩机吸气端且尽量靠近蒸发器，设计中常将其安装在蒸发器出口水平段的回气管的顶部上端“1点钟”位置。如果回气管管径小于22 mm，则感温包的安装角度为管子轴线以下与水平轴线成45°左右，约为“3点钟”位置。

感温包的安装位置直接影响热力膨胀阀的灵敏度，若感温包安装在管子底部，由于总有部分液态制冷剂流到感温包的位置，就会导致感温包的温度迅速变化，引起供液紊乱；若将感温包安装在管子上部，则会使蒸发器的制冷剂过多，从而降低了部件的灵敏度。

感温包安装时，管路表面应当进行彻底清洁，感温包用铜片包扎好水平或略朝下放置，保证与管路的良好接触。

4.3 热力膨胀阀调整不当

4.3.1 关于热力膨胀阀调整的相关概念

（1）热力膨胀阀的过热度：当膨胀阀处于某一位置时，所对应的过热度称为“热力膨胀阀的过热度”。

（2）动态过热度：热力膨胀阀阀孔开启到全开为止，其过热度增加的数值叫“动态过热度”。

（3）静态过热度：热力膨胀阀处于开启位置时，此时控制的过热度最小，称之为“静态过热度”。

4.3.2 热力膨胀阀调整方法

（1）调整热力膨胀阀前，应进行细致检查，以确认系统工作异常的原因是热力膨胀阀故障，逐一排除其他可能引起相同故障现象的因素，认真检查感温包安装部位是否正确。

（2）调整热力膨胀阀的注意事项：调整热力膨胀阀应当在系统运行时进行。通过观察压缩机吸气压力作为蒸发器饱和压力，从而得到该饱和压力下的蒸发温度；而后使用仪表测出回气管温度数值，与算出的蒸发温度对比校对过热度，热力膨胀阀的过热度应在5～8 ℃。调节螺杆时，顺时针方向转为减小膨胀阀开度，制冷剂流量减小；若对比数值过热度太大，则逆时针转动调节螺杆，使膨胀阀开度增大，增加制冷剂流量。由于热力膨胀阀感温系统信号传递存在一定的滞后性，所以调整时一定要耐心，每次调节转动圈数不宜过多，待系统运行稳定后再进行下一次调节。

5 结语

随着制冷设备投入使用年限的增长，设备故障问题频发，若维护保养不全面、不到位，将严重影响设备的制冷性能，造成能源和物资的浪费。所以，强化故障分析解决能力，加强设备全面保养，对保证船舶制冷系统的良好运行有着重要意义。