節流機構是制冷系統的基本元件之一，在制冷系統中起到以下作用：

　　1.調節系統高低壓壓差；

　　2.調節制冷劑流量；

　　3.保持蒸發(fā)器內合理的過(guò)熱度。

　　節流元件的性能和可靠性對于制冷系統影響較大。如果節流元件向蒸發(fā)器的供液量過(guò)大，液態(tài)制冷劑可能會(huì )進(jìn)入壓縮機導致回液乃至液擊問(wèn)題；如果向蒸發(fā)器內的供液量不足，蒸發(fā)器換熱面積不能充分利用，造成蒸發(fā)壓力降低，制冷量減小，回氣過(guò)熱度增大等問(wèn)題。因此節流機構選型至關(guān)重要。

　　目前商業(yè)及工業(yè)制冷常用的節流元件有熱力膨脹閥和電子膨脹閥。從膨脹閥的作用調節高低壓壓差，控制制冷劑流量，保持蒸發(fā)器過(guò)熱度來(lái)看影響選型的因素包括制冷劑的類(lèi)型，膨脹閥前后壓差，膨脹閥的流量即能力等。需要強調的是膨脹閥的選型要以蒸發(fā)器設計能力而非壓縮機的能力為依據。我們以熱力膨脹閥為例介紹一下膨脹閥選擇步驟：

　　1、確定制冷劑種類(lèi)

　　首先要確定系統使用的制冷劑型號，因為不同的制冷劑對應不同的壓力和材料特性，如R22、R134a、R404A、R507、R407C和R410A等。

　　2、確定設計蒸發(fā)溫度，冷凝溫度

　　確認制冷劑類(lèi)型后確認系統設計的蒸發(fā)溫度和冷凝溫度，我們就得到了對應的蒸發(fā)壓力和冷凝壓力，這是膨脹閥選型的兩個(gè)基本參數。

　　3、膨脹閥兩端壓降計算

　?。?）冷凝壓力（Pc）：這是熱力膨脹閥進(jìn)口端的壓力，可以通過(guò)制冷系統的設計參數獲得。

　?。?）蒸發(fā)壓力（Pe）：這是熱力膨脹閥出口端的壓力，同樣可以通過(guò)制冷系統的設計參數獲得。

　?。?）供液銅管的壓力降（ΔP1）：這是從冷凝器出口到熱力膨脹閥進(jìn)口之間的管路壓力損失，還包括彎頭、閥件等的阻力損失?？梢酝ㄟ^(guò)計算管路的摩擦損失來(lái)確定。

　?。?）液體管升高的壓力損失（ΔP2）：如果液體管道有高度差，還需要考慮由于液體管升高產(chǎn)生的壓力損失，可以用公式ΔP3=ρgh計算，其中ρ是制冷劑的密度，g是重力加速度，h是液體管道的升高高度。

　?。?）分液器和分液毛細管的壓力降（ΔP3）：這是由于分液器和分液毛細管造成的額外壓力損失，通?？梢匀〗?jīng)驗值1bar。

　　綜合以上因素，熱力膨脹閥需要的壓降（ΔP）可以通過(guò)以下公式計算：

　　ΔP=Pc–(ΔP1+ΔP2)?ΔP3?Pe

　　膨脹閥選型時(shí)閥前壓力并不是冷凝壓力。雖然這高壓部分的壓力降影響相對小，但是特定系統如采用閃蒸經(jīng)濟器的系統在選擇膨脹閥時(shí)需要將這部分壓降也考慮進(jìn)去,這會(huì )對膨脹閥選型產(chǎn)生直接的影響。

　　下圖為某品牌選型軟件對于蒸發(fā)溫度-25℃下，冷量10kW時(shí)閥前壓降分別為0.5bar和11bar時(shí)的膨脹閥選型推薦分別為DPF3.0和DPF3.2，且負荷比有較大的差異。

　　4、膨脹閥入口液體溫度（過(guò)冷度）確定

　　根據系統冷凝器的配置情況和是否存在輔助過(guò)冷的裝置確認合理的閥前過(guò)冷度值。過(guò)冷度對于膨脹閥的能力有較大影響，需要根據過(guò)冷度選擇對應的膨脹閥能力修正系數。

　　5、膨脹閥能力和過(guò)熱度確認

　　膨脹閥是向蒸發(fā)器提供壓降，并控制制冷劑流量及過(guò)熱度。所以必須根據膨脹閥對應的蒸發(fā)器的能力和設計的系統過(guò)熱度來(lái)確認所需膨脹閥的制冷量及過(guò)熱度。

　　6、熱力膨脹閥型式選擇

　　熱力膨脹閥有內平衡式和外平衡式的，它們的區別簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是內平衡式膨脹閥膜片下面感受到的是蒸發(fā)器入口壓力，外平衡式膨脹閥膜片下方感受到的是蒸發(fā)器出口壓力。因此對于蒸發(fā)器壓力損失或壓力降較大如有分液器的系統，流動(dòng)阻力大、盤(pán)管長(cháng)的，如蒸發(fā)排管系統等都建議使用外平衡式的熱力膨脹閥。

　　需要注意的是：當熱力膨脹閥負荷比低于30%時(shí)易出現膨脹閥振蕩現象，即膨脹閥交替開(kāi)大、關(guān)小，無(wú)法進(jìn)入一個(gè)穩定工作狀態(tài)。從上圖(c)中可以清晰地看出膨脹閥負荷比在29%時(shí)，過(guò)熱度出現劇烈的有規律的上下波動(dòng)，即系統出現振蕩現象，而在膨脹閥負荷比分別為31%（圖(b)所示）和33%（圖(a)）時(shí)，系統正常運行。但與圖(a)相比較，圖(b)曲線(xiàn)顯示明顯在幅度增大并有周期性演化的趨向?！?】

　　因此熱力膨脹閥選型時(shí)負荷比需要取30%~100%區間。電子膨脹閥的控制精度好于熱力膨脹閥，建議負荷比取10%~100%區間。下圖為某品牌測試的冷庫系統膨脹閥過(guò)大時(shí)系統溫度，過(guò)熱度及制冷劑流量變化圖：

　　因此，對于周期性負荷波動(dòng)較大系統建議對系統負荷最小負荷和設計負荷做計算，避免最小負荷狀態(tài)時(shí)進(jìn)入膨脹閥的不穩定工作區，導致系統異常波動(dòng)。以典型的采用變頻壓縮機制冷系統為例：

　　某采用英華特變頻壓縮機的-18℃庫溫的制冷系統，其設計蒸發(fā)溫度，冷凝溫度-25℃/40℃。系統運行初始階段壓縮機以90Hz高頻運行，將溫度在規定時(shí)間內從室溫快速降至-18℃后降頻，通過(guò)低頻持續運行保證溫度穩定，最低運行頻率為30Hz。降溫期間系統最大負荷5.8kW，恒溫階段系統負荷1.7kW。該工況下，系統制冷劑的質(zhì)量流量會(huì )從90Hz時(shí)的206.4kg/h降至30Hz時(shí)的60.8kg/h。

　　如果系統按照降溫階段最大負荷做冷風(fēng)機和熱力膨脹閥選型，熱力膨脹閥在系統恒溫階段就會(huì )因為流量過(guò)小進(jìn)入不穩定狀態(tài)，導致系統壓力及過(guò)熱度異常波動(dòng)。

　　這對于有恒溫需求的系統來(lái)說(shuō)難以保證穩定溫度，需要針對不同負荷階段設置不同的熱力膨脹閥。

　　同工況如果采用電子膨脹閥，因為電子膨脹閥的穩定工作區間更大，且可通過(guò)控制器直接響應壓縮機頻率變化，調節精度和速度顯著(zhù)優(yōu)于熱力膨脹閥。因此變頻系統節流組件優(yōu)先選擇電子膨脹閥。

　　以上，我們對膨脹閥選型的必要條件做了總結，并對于典型系統中膨脹閥選型中需要注意的問(wèn)題做了選型計算介紹。希望能對大家的實(shí)際應用有所幫助。

　　參考文獻：

　　【1】熱力膨脹閥選型方法研究及對系統可靠性的影響 P28 李麗芬