文章编号:ISSN1005-9180(2002)03-0056-04*空调用四通换向阀的工作特性和换向性能分析陈颖1,3,邓先和1,丁小江2,赵晓曦1(11华南理工大学教育部传热与节能国家开放研究室,广州510640;21广东志高空调器厂,广东南海528300;31广东工业大学材能学院,广州510643)[摘要]本文分析了四通换向阀换向特性,通过理论分析和实验验证,给出了换向阀顺利滑动换向的两个条件。
逐一分析了造成四通换向阀换向不良的诸多原因,并提出选用时应考虑的各项技术指标。
[关键词]四通换向阀;滑动条件;故障原因;技术指标[中图分类号]TM92511[文献标识码]BThe Characteristic and Performance of Reversing Valve on Residential A ir ConditioningC HE N Ying1,3,DENG Xian-he1,DI NG Xiao-jiang2,ZHAO Xiao-xi1(11South China University of Technology,China510641;21Guang Dong Chigo Air ConditioningCompany,China528300;31Guangdong Universi ty of T echnology,China510643)Abstract:The present paper analyzes the characteristic of reversi ng valve,especially in inverter control for room air con-ditioner1Through theoretical analysis and practical experiments,two conditions are proposed for the valve.s working well1On the other hand,many reasons,which would in fluence the reversi ng valve,are listed.Keywords:Reversing valve;Sliding condi tion;Failure reason;Technical parameter1前言四通换向阀是热泵型空调器中最重要的零部件之一,借助于它的工作,系统内制冷剂根据需要,实现制冷循环流动和逆向的制热循环流动。
一般地说,四通换向阀工作性能非常稳定,是空调器中不易发生故障的零件。
在实际使用过程中,最常见的故障莫过于换向不良或串气。
这一故障现象产生的原因有两方面:一是换向阀本身结构设计存在问题,二是空调系统的不正常运行所致。
本文旨在分析和归纳四通换向阀换向不良或串气的根本原因,从换向阀结构设计上提出改进措施。
随着变频压缩机和变容量压缩机的广泛普及,换向阀的这一故障现象越来越突出。
变频空调的设计,除了本身变频压缩机及变频控制器是关键技术外,绝大多数空调设计者,甚至四通换向阀的设计者并未意识到换向阀也需要作特殊设计,从而导致变频空调的换向阀串气故障明显高于普通定频空调器。
本文将从四通换向阀工作原理及结构特点入手,分析换向阀换向不良(串气)产生的原因,以期对换向阀的设计以及空调设计和售后服务有所指导。
2四通换向阀的工作原理图1所示为换向阀的工作原理图,其中(a)为制冷循环状态,(b)为制热循环状态。
换向阀的基本构造为¹毛细管,º先导滑阀,»先导阀压缩弹簧,¼½活塞腔,¾主滑阀。
当电磁线圈处于断电状态,如图1(a),先导滑阀º在压缩弹簧»驱动下左移,高压气体进入毛细管¹后进入活塞腔¼,另一方面,活塞腔½气体排出,由于活塞两端存在压差,活塞及主滑阀¾左移,使E、S接管相通,D、C接管相通,于是形成制冷循环。
*收稿日期:2001-11-28(a)制冷循环 (b)制热循环图1 换向阀的工作原理图当电磁线圈处于通电状态,如图1(b),先导滑阀º在电磁线圈产生的磁力作用下克服压缩弹簧»的张力而右移,高压气体进入毛细管¹后进入活塞腔½,另一方面,活塞腔¼的气体排出,由于活塞两端存在压差,活塞及主滑阀¾右移,使S 、C 接管相通,D 、E 接管相通,于是形成制热循环。
3 四通换向阀的特性311 中间位置及中间流量Q M由四通换向阀结构不难发现,当主滑阀处于中间位置状态时,如图2所示,E 、S 、C 三条接管相互通气,产生中间流量Q M ,此时压缩机高压管D 内的高压冷媒可以直接经过主滑阀与E 、C 管的间隙D 流回低压管S,形成瞬时串气状态。
换向阀结构设计必须设计主滑阀与E 、C 管的间隙D ,目的是当主滑阀处于中间位置时,产生中间流量Q M ,能起到卸压作用,间隙D 设计不合理,要么活塞腔图2 中间位置及中间流量Q M内高压冷媒瞬时被堵,产生高压冲击力破坏活塞腔;要么主滑阀停止在中间位置形成串气,因此,既要设计必要的中间流量Q M ,又要保证主滑阀顺利通过中间位置,这是四通换向阀设计的关键点。
312 压力差(F 1-F 2)与流量的关系换向阀换向的基本条件是活塞两端的压力差(F 1-F 2)必须大于摩擦力f ,否则主滑阀将不滑动,冷媒不换向。
换向所需的最低动作压差是靠空调系统流量Q I 来保证的。
当左右活塞腔的压力差(F 1-F 2)大于摩擦力f 时,四通阀换向开始,当主滑阀运动到中间位置时,四通阀的E 、S 、C 三条接管相互导通,压缩机排出的冷媒从四通阀D 接管直接经E 、C 接管流向S 接管(压缩机回气口),使压力差快速降低,形成瞬时串气状态(中间流量状态)。
此时,若压缩机的排气流量Q I 远大于四通阀的中间流量Q M ,便可以建立足够大的换向压力差而使四通阀换向到位;反过来,若压缩机图3 压力差(F 1-F 2)与流量的关系的排气流量小于四通阀的中间流量,则四通阀换向所需的最低动作压力差便不能建立,即F1-F2 <f,四通阀不能继续换向而停在中间位置,形成串气。
(F1-F2)与f的关系可用图3表示。
313换向的两个必要条件根据上述分析,要使主滑阀顺利滑动换向,必须满足以下两个条件:a1F1-F2>fb1Q I>Q M对于条件a,从结构上考虑,减小主滑阀与阀座之间的摩擦力是关键。
通常,主滑阀与阀座是采用聚四氟乙烯制造,摩擦表面光滑处理。
对于条件b,一方面是换向阀的选用应与压缩机排气量匹配,另一方面是D的设计要合理。
中间流量Q M的大小直接与D有关,D大,则Q M大;D小,则Q M小。
若D过大,压缩机排气量Q I较小,导致Q I<Q M 引起串气;若D过小,使得Q M过小,而此时若压缩机排气量Q I很大,势必引起腔内高压冲击过大,导致腔体爆裂。
因此,正确设计D,以及正确匹配压缩机与换向阀,是保证四通换向阀正常工作的关键。
对于变频压缩机而言,通常启动时,压缩机是低频运转,此时压缩机的排气量较小,有可能使Q I<Q M,导致主滑阀停在中间位置,形成串气。
因此,匹配变频压缩机的四通换向阀要求其中间流量Q M应小于普通换向阀。
换句话说,就是匹配变频压缩机的换向阀其D的设计应小于普通换向阀。
根据以上分析,对四通换向阀主滑阀的长度进行了对比实验,表1是某四通换向阀同一型号的系列改进型的性能变化对比。
表1性能变化对比型号主滑阀长度中间流量(F1-F2:0101MPa)最低动作压差S TF-0201短314m3/Hr01345MPaS TF-0202中213m3/Hr01245MPaS TF-0218长0118m3/Hr01245MPa从表中可知;由于改进后主滑阀的长度不一样,使得主滑阀与阀座在中间位置时的间隙D不同,其变化为:D01>D02>D18,因此,中间流量发生很大变化,其最小动作压差也随之变化。
4换向阀流不足和换向不良的可能原因以上分析了四通换向阀的换向特性和换向的两个基本条件,若空调系统运行时达不到换向条件,就会使换向串气和换向不良,同时,在实际使用时,还有外部原因,引起换向阀可能不换向或换向不良,归纳起来有以下的可能因素:411流量不足的可能原因:a1空调系统发生外泄漏,造成系统冷媒循环量不足;b1在低温工况运行时,冷媒蒸发量不够;c1换向阀与系统匹配不佳,即所选换向阀中间流量大而系统能力小;d1空调要换向时间。
一般系统设计为压缩机停机一定时间后换向阀才换向,此时高低压趋于平衡,换向到中间位置便停止,即换向不到位,主滑阀停在中间位置,下次启动时,由于中间流量作用造成系统正常循环流量不足;e1压缩机启动时流量不足,尤其是低电压启动时和变频时更突出。
412换向不良的可能原因:a1线圈断线或电压不符合线圈性能规定,造成先导阀不能动作;b1由于外部原因,先导阀局部变形,造成阀芯不动作;c1由于外部原因,先导阀毛细管变形,流量不足,引起压力差变化而主滑阀不动作或动作不到位;d1由于外部原因,主阀体变形,活塞部件卡死而不能动作;e1系统内杂质进入换向阀卡死活塞或主滑阀;f1钎焊配管时,主阀体的温度超过120e,内部零件产生热变形而不能动作;g1系统冷媒发生外泄漏,由于冷媒循环量不足,换向所需的压力差不能建立而不能动作;h1变频压缩机低频低转速运行时,换向阀所必需的流量得不到保证;i1系统产生液压冲击造成活塞部件破坏。
5结论四通换向阀的正确设计和选用是热泵空调机正常工作的关键技术之一,由于换向阀本身技术较为成熟,许多空调设计的技术人员往往忽略它的工作特性,在系统与换向阀的匹配时,仅凭经验选型,未真正从系统的流量,压缩机的工作特性,换向阀的压力差和滑阀结构特点等因素去考虑,尤其是近年来变频空调技术的成熟,对与之匹配的四通换向阀的要求更高。
在设计和选型四通换向阀时,应考虑以下技术参数:a1换向阀活塞腔两端的压力差必须远大于主滑阀的摩擦力,否则易造成换向不良;b1主滑阀与E、C管(见图2)的间隙D控制十分重要,D增大,使中间流量Q M增大,可能导致主滑阀停止在中间位置,形成串气;D减小,使Q M减小,可能引起活塞腔内高压冲击过大。
c1四通换向阀的选用必须严格与压缩机匹配,空调系统流量Q I必须大于中间流量Q M。
d1对变频空调系统而言,因系统流量Q I是一个变量,需考虑启动时最小的Q I满足大于Q M。
因此设计D时,一般应减小D,使Q M减小。
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