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.保持蒸發器內合理的過熱度。

　　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器的供液量過大，液態制冷劑可能會進入壓縮機導致回液乃至液擊問題；如果向蒸發器內的供液量不足，蒸發器換熱面積不能充分利用，造成蒸發壓力降低，制冷量減小，回氣過熱度增大等問題。因此節流機構選型至關重要。

　　目前商業及工業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，保持蒸發器過熱度來看影響選型的因素包括制冷劑的類型，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

　　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、確定設計蒸發溫度，冷凝溫度

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

　　3、膨脹閥兩端壓降計算

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

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

　　（3）供液銅管的壓力降（ΔP1）：這是從冷凝器出口到熱力膨脹閥進口之間的管路壓力損失，還包括彎頭、閥件等的阻力損失。可以通過計算管路的摩擦損失來確定。

　　（4）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。

　　（5）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，通常可以取經驗值1bar。

　　綜合以上因素，熱力膨脹閥需要的壓降（ΔP）可以通過以下公式計算：

　　ΔP=Pc–(ΔP1+ΔP2)?ΔP3?Pe

　　膨脹閥選型時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濟器的系統在選擇膨脹閥時需要將這部分壓降也考慮進去,這會對膨脹閥選型產生直接的影響。

　　下圖為某品牌選型軟件對于蒸發溫度-25℃下，冷量10kW時閥前壓降分別為0.5bar和11bar時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（過冷度）確定

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

　　5、膨脹閥能力和過熱度確認

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

　　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，它們的區別簡單來說就是內平衡式膨脹閥膜片下面感受到的是蒸發器入口壓力，外平衡式膨脹閥膜片下方感受到的是蒸發器出口壓力。因此對于蒸發器壓力損失或壓力降較大如有分液器的系統，流動阻力大、盤管長的，如蒸發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%時易出現膨脹閥振蕩現象，即膨脹閥交替開大、關小，無法進入一個穩定工作狀態。從上圖(c)中可以清晰地看出膨脹閥負荷比在29%時，過熱度出現劇烈的有規律的上下波動，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，系統正常運行。但與圖(a)相比較，圖(b)曲線顯示明顯在幅度增大并有周期性演化的趨向。【1】

　　因此熱力膨脹閥選型時負荷比需要取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大時系統溫度，過熱度及制冷劑流量變化圖：

　　因此，對于周期性負荷波動較大系統建議對系統負荷最小負荷和設計負荷做計算，避免最小負荷狀態時進入膨脹閥的不穩定工作區，導致系統異常波動。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，將溫度在規定時間內從室溫快速降至-18℃后降頻，通過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，系統制冷劑的質量流量會從90Hz時的206.4kg/h降至30Hz時的60.8kg/h。

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

　　這對于有恒溫需求的系統來說難以保證穩定溫度，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，且可通過控制器直接響應壓縮機頻率變化，調節精度和速度顯著優于熱力膨脹閥。因此變頻系統節流組件優先選擇電子膨脹閥。

　　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題做了選型計算介紹。希望能對大家的實際應用有所幫助。

　　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