電子膨脹閥常見故障及原因分析 - 全文

　　一、什么是電子膨脹閥？

　　電子膨脹閥是一種可按預設(shè)程序進入制冷裝置的制冷劑流量的節(jié)流元件。在一些負荷變化劇烈或運行工況范圍較寬的場合，傳統(tǒng)的節(jié)流元件（如毛細管、熱力膨脹閥等）已不能滿足舒適性及節(jié)能方面的要求，電子膨脹閥結(jié)合壓縮機變?nèi)萘考夹g(shù)已得到越來越廣泛的應(yīng)用。目前對電子膨脹閥的研究大致包括應(yīng)用研究、流量特性、控制策略及算法3個方向。

　　電子膨脹閥作為一種新型的控制元件，已成為制冷系統(tǒng)智能化的重要環(huán)節(jié)，也是制冷系統(tǒng)優(yōu)化得以真正實現(xiàn)重要手段和保證，被應(yīng)用在越來越多的領(lǐng)域中。電子膨脹閥的應(yīng)用必將隨著技術(shù)的進步和發(fā)展而日趨成熟。

　　二、電子膨脹閥優(yōu)勢

　　適用溫度低

　　對于熱力膨脹閥，當環(huán)境溫度較低，其感溫包內(nèi)部的感溫介質(zhì)的壓力變化大大減小，嚴重影響了調(diào)節(jié)性能。而對于電子膨脹閥，其感溫部件為熱電偶或熱電阻，它們在低溫下同樣能準確反應(yīng)出過熱度的變化。因此，在冷藏庫的凍結(jié)間等低溫環(huán)境中，電子膨脹閥也能提供較好的流量調(diào)節(jié)。

　　過熱度設(shè)定值可調(diào)

　　只需改變一下控制程序中的源代碼，就可改變過熱度的設(shè)定值。完全不像熱力膨脹閥那樣要進入冷庫當中，現(xiàn)場調(diào)節(jié)彈簧的預緊力來改變過熱度的設(shè)定值，對電子膨脹閥的調(diào)節(jié)作用可以徹底實現(xiàn)遠距離控制，并且電子膨脹閥可根據(jù)不同需要靈活調(diào)整過熱度以減小蒸發(fā)器表面和冷藏庫內(nèi)環(huán)境之間的溫差，從而減少蒸發(fā)器表面的結(jié)霜，這樣一來，既提高了冷凍能力，同時也可以降低食品的干耗。

　　可起到節(jié)能的作用

　　對于冷藏庫制冷系統(tǒng)停機期間如使高低壓側(cè)連通，則會產(chǎn)生所謂工質(zhì)遷移現(xiàn)象， 即冷凝器中的常溫高壓液體將逐漸流入蒸發(fā)器，使蒸發(fā)器的溫度壓力都升高。再次開機時，要重新建立壓差也需要消耗壓縮機額外一部分能量。反之，若在停機期間切斷高低壓側(cè)， 這雖然維持了蒸發(fā)器的低溫低壓，但再次啟動時，壓縮機屬于帶載啟動，電流沖擊大，也會增加能量的損失。但若是采用電子膨脹閥就會解決上述問題。具體做法是：停機時令膨脹閥全關(guān)，防止冷凝器的高溫液體流入蒸發(fā)器，造成再次啟動時的能量損失。開機前，將膨脹閥全開，使系統(tǒng)高低壓側(cè)平衡，然后開機。這樣既實現(xiàn)了輕載啟動，又減少了停機中的熱損失。另外，采用電子膨脹閥可以縮短凍結(jié)時間，電子膨脹閥在凍結(jié)全過程中能做到負荷與冷量平衡，凍結(jié)效率可以得到提高，凍結(jié)時間比熱力膨脹閥也可縮短10%，同時也就減少了壓縮機的能耗。采用電子膨脹閥控制壓縮機排氣溫度可以防止因排氣溫度的升高對系統(tǒng)性能產(chǎn)生的不利影響， 同時又可省去專設(shè)的安全保護器，節(jié)約成本，節(jié)省電耗約6%。

　　三、電子膨脹閥構(gòu)成

　　從控制實現(xiàn)的角度來看，電子膨脹閥由控制器、執(zhí)行器和傳感器 3 部分構(gòu)成，通常所說的電子膨脹閥大多僅指執(zhí)行器，即可控驅(qū)動裝置和閥體，實際上僅有這一部分是無法完成控制功能的。電子膨脹閥控制器的核心硬件為單片機，如控制器同時要完成壓縮機及風機的變頻等控制功能，一般采用多機級連的形式。電子膨脹閥的傳感器通常采用熱電偶或熱電阻。

　　電子膨脹閥的基本結(jié)構(gòu)差別不大，根據(jù)驅(qū)動方式的不同，主要有熱動式、電動式和電磁式3種類型。

　　1. 熱動式電子膨脹閥流呈控制系統(tǒng)

　　熱動式電子膨脹閥是Dafoss公司的專利產(chǎn)品。如圖7·13所示，其依靠閥頭電加熱產(chǎn)生的熱力變化來調(diào)節(jié)閥的開度，適用于中大型制冷裝置的蒸發(fā)器流量控制。TQ型為直接驅(qū)動式，PHTQ型為帶自給放大的結(jié)構(gòu)，用于大冷量系統(tǒng)。控制系統(tǒng)采用兩只鉑電阻溫度發(fā)信器，分別檢測蒸發(fā)器的進出口溫度，控制器將被測的進出口溫差與要求的溫差進行比較，苫溫差值偏離給定值，則控制器向電子膨脹閥輸送電脈沖，改變電子膨脹閥的開度，使溫差恢復至給定值，調(diào)節(jié)原理如圖7·12b所示。

　　TQ/PHTQ型電子膨脹閥，適用于陀R22。R502，R134a，R404a制冷劑。蒸發(fā)器兩端的進出口溫度傳感器（Ptl叨0n）的測量范圍為-70-160℃，電子控制器的溫差設(shè)定范圍為2-18℃，控制規(guī)律為比例積分（PI），比例系數(shù)氏Kp=1-5，積分時間Ti=30。300s輸入電壓24V，50/6OHz，消耗電功率5V·A;電子膨脹閥執(zhí)行器的輸人電壓24V，功耗5OV·A。

　　2. 電磁式電子膨脹閥

　　電磁式膨脹閥結(jié)構(gòu)如圖7·14所示，電磁線圈通電前處于全開位置，通電后由于電磁力的作用，磁性材料所支撐的柱塞被吸引上升，帶動針閥向上運動使開度變小。閥的開度取決于加在線圈上的控制電壓（或電流），故可以通過改變控制電壓來調(diào)節(jié)流量。這種電磁式膨脹閥結(jié)構(gòu)簡單，動作響應(yīng)快，但工作時需要一直為它提供控制電壓。

　　3. 電動式電子膨脹閥

　　如圖7·15所示，電動式膨脹閥采用電動機驅(qū)動，目前使用最多的是四相永磁式步迸電動機，有直接驅(qū)動型和減速型。流量調(diào)節(jié)是靠步迸電動機正向或反向運轉(zhuǎn)帶動閥桿上下運動，從而改變閥的開度。控制器根據(jù)制冷系統(tǒng)的工況要求，按一定的控制規(guī)律向步迸電動機輸出脈沖驅(qū)動信號，以改變閥的開度。目前國內(nèi)變頻空調(diào)機大部采用這種類型的電子膨脹閥，其流量特性見圖7·16。表7·8列出KBM型和LAM型電子膨脹閥的技術(shù)參數(shù)。

　　電子膨脹閥的應(yīng)用，使得先進的控帶悸段運用于制冷劑流量調(diào)節(jié)成為可能，主要表現(xiàn)在以下兒個方面：

　　①蒸發(fā)氣流量調(diào)節(jié)不熟冷凝壓力變化的影響。

　?、贒對膨脹閥前制冷劑過冷度的變化具有補償作用。

　　③由于電信號傳遞快，執(zhí)行動作迅速、準確地調(diào)節(jié)流量。即使負荷變化劇烈，也能比年震蕩。

　?、苣軌?qū)⒄舭l(fā)器出口過熱度控制到最小，從而最大限度地提高蒸發(fā)傳熱面積的利用率。

　　⑤在裝置的整個運行程度范圍，可以有相同的過熱度設(shè)定值。

　?、蘅梢愿鶕?jù)裝置的實際情況距決定調(diào)節(jié)規(guī)律，不僅限于采用比例調(diào)節(jié)，還可以采用比例積分或者其他調(diào)節(jié)規(guī)律，調(diào)節(jié)器整定方便，可實現(xiàn)數(shù)值控制等先進的控制方式。

　　需要強調(diào)的是，電子膨脹閥控制系統(tǒng)除可獲得較滿意的流量特性外，冉增加一些外輔件，還可擴展出其他功能，如最高工作壓力限（MOP）控制、制冷溫度控制、顯示和報警。電動式膨脹閥還允許制冷劑逆向流動，利用此特點在空調(diào)熱泵系統(tǒng)和熱氣除霜系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛，而制冷系統(tǒng)的組成又可大大簡化。

　　四、電子膨脹閥應(yīng)用

　　采用電子膨脹閥進行蒸發(fā)器出口制冷劑熱度調(diào)節(jié)，可以通過設(shè)置在蒸發(fā)器出口的溫度傳感器和壓力傳感器（有時也利用設(shè)置在蒸發(fā)器中部的溫度傳感器采集蒸發(fā)溫度）來采集過熱度信號，采用反饋調(diào)節(jié)來控制膨脹閥的開度；也可以采用前饋加反饋復合調(diào)節(jié)，消除因蒸發(fā)器管壁與傳感器熱容造成的過熱度控制滯后，改善系統(tǒng)調(diào)節(jié)品質(zhì)，在很寬的蒸發(fā)溫度區(qū)域使過熱度控制在目標范圍內(nèi)。除了蒸發(fā)器出口制冷劑過熱度控制，通過指定的調(diào)節(jié)程序還可以將電子膨脹閥的控制功能擴展，如用于熱泵機組除霜、壓縮機排氣溫度控制等。此外，電子膨脹閥也可以根據(jù)制冷劑液位進行工作，所以除用于干式蒸發(fā)器外，還可以用于滿液式蒸發(fā)器。

　　五、電子膨脹閥常見故障及原因分析

　　故障現(xiàn)象1：電子膨脹閥的閥門處于全閉狀態(tài)。

　　分析檢修：正常時，電子膨脹閥在通電前，針閥處于打開位置。閥體出廠時閥開度是480個脈沖，但由于轉(zhuǎn)子是通過螺紋結(jié)構(gòu)固定，在運輸過程中可能會由于振動而使轉(zhuǎn)子位置發(fā)生改變，最終使閥門處于全閉狀態(tài)。遇此故障時，上電后進行復位操作即可，以確保閥體處于開的狀態(tài)，這樣才能通過步進電機控制針閥開度的大小，從而調(diào)節(jié)膨脹閥的流量。

　　故障現(xiàn)象2：開機后，電子膨脹閥內(nèi)有噪音。

　　分析檢修：如果噪音過大，表明其內(nèi)部器件卡滯，需整體更換加以解決。值得一提的是，若接通電源時閥體內(nèi)有“咔嗒”聲，這是正常現(xiàn)象。在空調(diào)通電后，電控板會給電子膨脹閥送來全開或者全閉的脈沖，這時電子膨脹閥的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到最大開度時，與限位裝置碰撞，發(fā)出“咔嗒”摩擦音。當空調(diào)系統(tǒng)內(nèi)充滿了冷媒，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的阻力加大以及聲音的傳播方式有所改變時，電子膨脹閥的動作音會變得很小。

　　故障現(xiàn)象3：電子膨脹閥不動作。

? ? ? ?分析檢修：接通電源時，先聽閥體內(nèi)有無“咔嗒”聲，如無，則檢查閥體是否完全套入線圈，線圈與電路板連接是否正常，線圈供電電壓是否符合要求（12V±1.2V）。若上述檢查均正常，則檢查閥體能否全開，如不能，則表明閥體已壞，需換新。若閥體能全開，則檢查閥全閉的脈沖數(shù)是否大于480pps，若低于480pps，則檢查驅(qū)動機構(gòu)。

　　故障現(xiàn)象4：電子膨脹閥卡死。

? ? ? ? 分析檢修：該故障是由于雜物在冷媒流動時進入電子膨脹閥內(nèi)部并積聚，雜物嵌入到閥體內(nèi)，就會使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的摩擦力增大，引起卡死現(xiàn)象，通常只有整體更換來解決。

　　常見的雜物有管路異物、焊接氧化物等，即故障多系人為所致。為防止出現(xiàn)該故障，在檢修時一是加強管路清潔度，二是采取焊接保護，一般采用充入氯氣的方法，以減少氧化物，三是在閥體兩端安裝100目以上的過濾器。

　　值得一提的是，在焊接電子膨脹閥時，應(yīng)將閥體全部浸在水中，或用噴水頭對閥體進行連續(xù)噴水，噴水量應(yīng)保證水流能全覆蓋閥體的外表面。同時，在焊接時必須充入氮氣進行保護。為防止充入的氮氣被加熱成高溫氣體經(jīng)過閥芯而損壞電子膨脹閥，氮氣必須從膨脹閥的進出口同時充入。