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实验二热力膨胀阀性能实验（合肥校区）1、热力膨胀阀容量实验（合肥校区）一、实验目的1、通过本实验，使学生定性定量地观察当感温包感受到过热度发生变化时，热力膨胀阀的开度将如何变化。以一种直观的方式加深对热力膨胀阀工作机理的理解。2、当弹簧预紧力发生变化时，观察阀门的开度如何变化，反映在流量上又有如何变化。3、观察背压改变时，通过阀门的流量如何变化。4、学习和了解本实验中所涉及的各种参数测量方法。二、实验内容1、膨胀阀静止过热度调定将感温包放置在0℃恒温槽内,调节进口压力为-3.5℃时制冷剂所对应的饱和压力再加上通过阀的名义压力降，调节膨胀阀弹簧使出口压力为-3.5℃时制冷剂所对应的饱和压力，则此时静止过热度即为3.5℃。2、膨胀阀名义容量试验2.1将膨胀阀在蒸发温度5℃时调定静止过热度3.5℃。2.2逐步升高恒温槽温度，温度变化增值不超过1℃，同时调节膨胀阀前、后的手动阀，使膨胀阀进口压力保持5℃时制冷剂所对应的饱和压力再加上通过阀的名义压力降，出口压力为5℃时制冷剂所对应的饱和压力，然后记录每一过热度所对应的通过膨胀阀的气体流量。2.3根据上述记录，绘制膨胀阀过热度-流量特性曲线，在过热度为7.5℃处作垂直线与特性曲线相交，交点的纵坐标值就是被测阀的名义流量。三、实验原理在制冷系统中，热力膨胀阀是至关重要的部件，它设置于蒸发器进液口的供液管道上。通过设置在蒸发器出口管上的感温包确定回气过热度的变化，自动调节热力膨胀阀的开启度，以调节进入蒸发器的制冷剂流量。与此同时，将由高压贮液器或冷凝器来的高压液态制冷剂膨胀降压到与蒸发压力相同的低温低压状态。本实验装置采用的内平衡式热力膨胀阀由阀体、阀座、阀针、调节杆座、调节杆、弹簧、过滤器、传动杆、感温包、毛细管、气箱盖和感应薄膜等组成，感温包里灌注R22，把它放置于水浴中，用以模拟感受蒸发器回气温度变化；毛细管是用直径很细的铜管制成，其作用是将感温包内由于温度的变化而造成的压力变化传递到动力室的波纹薄膜上去。波纹薄膜由于动力室中压力的变化而产生的位移通过其下方的传动杆传递到阀针上，使阀针随着传动杆的上下移动而一起移动，以控制阀孔的开启度。调节杆的作用是在系统调试运转中，用以调整弹簧的压紧程度来调整膨胀阀的开启过热度的。金属波纹薄膜受有三种力的作用，在膜片的上方，为感温包中液体(与其感受到的温度相对应的)的饱和压力P对膜片产生的向下推力P，在膜片的下方，受阀座后面与蒸发器相通的低压流体对膜片产生一个向上的推力P0(节流后压力)和弹簧的张力W的作用。当三力处于平衡状态，即满足P＝P0+W时，膜片不动，则阀口处于一定的开启度。而当其中任何一个力发生变化时，就会破坏原有的平衡，则阀口的开启度也就随之发生变化，直到建立新的平衡为止。当外界情况改变，如由于供液不足或热负荷增大，引起蒸发器的回气过热度增大时，则感温包感受到的温度也升高，饱和压力P也就增大，因此形成：P＞P0+W，这样就会导至膜片下移，使阀口开启度增大，制冷剂的流量也就增大，直至供液量与蒸发量相等时达到另一平衡。反之，若由于供液过多或热负荷减少，引起蒸发器的回气过热度减小，使感温包感受2到的温度也降低时，则饱和压力P也就减小，因此形成：P＜P0+W，这样就会导至膜片上移，使阀口开启度减小，制冷剂的供液量也就减少，直至与蒸发器的热负荷相匹配为此。另外，从上述关系也可看出，调节不同的弹簧预紧力W，便能获得使阀口开启的不同过热度。与调定的弹簧预紧力W相对应的制冷剂的过热度称为静装配过热度(又称开启过热度)。一般希望蒸发器的过热度维持在3～5℃的范围内。四、实验设备本实验装置参照JB/T3548-91行业标准“膨胀阀空气实验”装置改建而成，其特点是简洁直观、容易操作。1、气路：气源---压力调节阀---阀前压力表---被测热力膨胀阀---阀后压力表---阀后压力调节阀---流量计及连接铜管组成；2、温控系统：恒温槽（由水箱、电加热器、水泵、AI708温控仪、固态继电器、PT100温度传感器组成）。3、实验装置的系统如图所示：1-压力表；2—手动阀；3—压力调节器；4—被测试膨胀阀；5—流量计；6—恒温槽4、本装置选用设备如下：a、恒温水浴温度由AI708温控仪、固体继电器控制输出。b、被测阀为RF12型热力膨胀阀，最大通径1.2mm，进口接管规格为10mm，出口接管规格为12mm。c、通流量由LZB－10型玻璃管转子流量计测量，测量范围为0.25－2.5m3/h。d、阀的前后压力选用Y-60T型直读式压力表，测量范围分别为0-1.6MPa和0-0.6MPa。五、实验方法设定阀的前后压力，通过改变感温包的过热度，来改变热力膨胀阀的开度，从而实现流量的调节。JB/3548-91规定的热力膨胀阀名义工况制冷剂名称蒸发温度蒸发压力通过阀的压力降△p膨胀阀静止过热度过热度变化R125℃0.36MPa0.41MPa3.5℃4℃六、操作步骤（一）膨胀阀静止过热度调定实验112233456气流放空131、准备一个冰瓶，内装冰水，将热力膨胀阀感温包和温度传感器一并放入；2、待调节器面板上温度稳定在0℃后，将氮气瓶阀门开至最大，缓缓调节氮气减压阀至阀前压力显示为0.69（0.28+0.41）Mpa；3、微开热力阀背压调节阀门，使气体流量≤0.25m3/h；4、调节膨胀阀底部弹簧力使阀后压力为0.28Mpa（R12在-3.5℃时对应的饱和压力），则此时调定的静止过热度即为3.5℃（此时气体流量在0.25~0.5m3/h之间为宜）。（二）膨胀阀名义容量实验1、在恒温槽内加入冰块，使槽内温度低于8.5℃；2、调节器面板上设定槽内温度为8.5（蒸发温度为5℃+3.5℃的过热度）℃，并按下确认键；3、依次启动循环水泵、电加热器，并查看恒温槽温度变化；4、当低温槽稳定在8.5℃时，将氮气瓶阀门开至最大，缓缓调节氮气减压阀至阀前压力显示为0.77（0.36+0.41）Mpa，调节热力阀背压调节阀使压力为0.36Mpa，此时气体流量在0.25~0.5m3/h之间为宜，记录一组数据；5、逐步升高恒温槽温度，温度变化增值不超过0.5℃，同时调节膨胀阀前、后的手动阀，使膨胀阀阀前压力保持0.77MPa，出口压力为0.36MPa，然后记录每一过热度所对应的通过膨胀阀的气体流量。6、根据上述记录，绘制膨胀阀过热度---流量特性曲线，在过热度为7.5℃处作垂直线与特性曲线相交，交点的纵坐标值就是被测阀的名义容量。注：如果时间、条件（足够的冰）允许，可以做一个名义容量的反行程特性曲线，找出正反行程各测点的迟滞偏差。（三）实验结束1、关闭氮气瓶减压阀；2、关闭氮气瓶主阀；3、依次关闭电加热器、循环水泵；4、关闭实验系统电源。七、实验记录及数据处理序号阀前压P1MPa阀后压P2MPa感温饱温度℃气体流QL/min备注1234567891、将试验过程中的数据记录下来填入表中；2、绘制被测热力膨胀阀过热度--流量特性曲线；3、分析实验结果。42、热力膨胀阀动态特性实验（合肥校区）一、实验目的和要求通过本实验加深理解制冷压缩机和热力膨胀阀参数之间的相互耦合对系统稳定性的影响。了解感温包温度突变时阀后压力P2的变化过程，测定阀后压力变化曲线的时间常数。二、实验内容按热力膨胀阀名义工况的要求，恒定阀前压力为40℃时冷凝温度对应的饱和压力（R12为0.86MPa），调定空气出口处阀门为一定开度，测定感温包的温度突升突降时阀后压力P2的变化过程。三、实验装置本实验装置参照JB/T3548-91行业标准“膨胀阀空气实验”装置改建而成，其特点是简洁直观、容易操作。4、气路：气源---压力调节阀---阀前压力表---被测热力膨胀阀---阀后压力表---阀后压力调节阀---流量计及连接铜管组成；5、温控系统：恒温槽（由水箱、电加热器、水泵、AI708温控仪、固态继电器、PT100温度传感器组成）。6、实验装置的系统如图所示：1-压力表；2—手动阀；3—压力调节器；4—被测试膨胀阀；5—流量计；6—恒温槽4、本装置选用设备如下：a、恒温水浴温度由AI708温控仪、固体继电器控制输出。b、被测阀为RF12型热力膨胀阀，最大通径1.2mm，进口接管规格为10mm，出口接管规格为12mm。c、通流量由LZB－10型玻璃管转子流量计测量，测量范围为0.25－2.5m3/h。d、阀的前后压力选用Y-60T型直读式压力表，测量范围分别为0-1.6MPa和0-0.6MPa。四、实验原理阀后压力P2随感温包温度突降突升时变化过程的时间常数为阀后压力变化至全变化量的63.2%的时间。一般设计要求感温包温度突然上升时的时间常数比感温包温度突然下降时的时间常数要大得多。热力膨胀阀感温包时间常数这种动态特性是由于在感温包中放置了一种能延滞充注工质的气化但对充注工质的冷凝并无太大影响的物体，使得感温包感受温度由高向低变化时，112233456气流放空15其中的充注工质在物体表面迅速液化，而在感温包感受温度由低向高变化时，蒸发气化较慢。在蒸发器出口过热度突然降低时，感温包较短的突降时间常数使得热力膨胀阀很快关小（或关闭），避免较大的时间滞后使得有湿蒸气进入压缩机；而当在蒸发器出口过热度升高时，感温包较大的上升时间常数使得热力膨胀阀动作滞后，起到抑制阀的调节振荡的作用。五、实验方法和步骤将冰瓶与恒温槽的设定温度相差10℃以上。调节压力控制阀使阀前压力P1恒定在0.86MPa，将感温包先放置在冰瓶中直至稳定，然后将其迅速移至恒温槽中，等稳定后再将感温包迅速从恒温槽移至冰瓶中直至稳定。记录感温包温度和阀后压力P2随时间的变化过程。1、在恒温槽中加入冰块，使其温度低于12℃。2、将感温包连同PT100温度传感器一同放置在0℃冰瓶中3、设定恒温槽温度为12℃，启动恒温槽的工作按钮；待恒温槽温度稳定后，打开氮气瓶阀门，调节氮气瓶上的减压阀使其出口压力（阀前表压）为0.86MPa；4、调节阀后压力阀门（粗调和细调两个阀门）使气体流量稳定在0.25－0.5m3/h之间，等阀后压力P2稳定后开始记录感温包温度和阀后压力P2的数据；5、快速将感温包和温度传感器一同放入恒温槽内，记录温度压力变化直至稳定（约200s）6、再次将感温包和温度传感器一同放入冰瓶内，记录温度压力变化直至稳定；六、实验记录及数据处理1、记录实验数据（开始时每5秒记录一个点，10个点后记录时间可稍长）序号12345678910111213时间（s）感温温度℃阀后压力P2/MPa序号14151617181920212223242526时间（s）感温温度℃阀后压力P2/MPa序号27282930313233343536373839时间（s）感温温度℃阀后压力P2/MPa4、绘制感温包温度突变时阀后压力P2的变化过程曲线图，并确定P2变化曲线的时间常数。七、实验结果及分析