双向热力膨胀阀结构性能研究

工作。TG20结构为双向压力平衡式热力膨胀阀。

2.1 TDEB结构分析

（1）平衡结构：正向：正向进口气压通过阀芯顶部小孔，进入阀芯中间腔，阀口孔径与阀芯内腔孔径相等，实现正向压力平衡。反向：弹簧腔与出口腔连通，反向进口压力进入弹簧腔，作用在阀芯下端，与作用在上端台阶面的压力平衡，实现反向压力平衡。

（2）阀芯运动：通过两根独立的传动杆，传递膜片的位移，并通过弹簧复位。

（3）设计缺陷：传动杆与阀身为间隙配合，存在间隙，使得外平衡管（即膜片下腔）与正向出口连通，导致外平衡泄漏：在反向运行时，进口压力较大，外平衡管压力压力较小，使膜片下腔的压力失真，膜片下方压力偏高，膨胀阀开启所需的过热度增大；且随着进口压力的波动，平衡效果受干扰，过热度波动较大。

2.2 TGE结构分析

（1）平衡结构：正向：阀杆小径上端与阀口孔径的截面积相等，使进口压力实现平衡；反向：TG10系列阀的基体为单向阀，因此反向在理论上是无法实现开启的，所以压力不平衡。Danfoss为使其能反向能工作，在阀口右壁打了一个小孔，BP（BalancePort）孔。

（2）BP小孔（平衡流口）设计目的：平衡流口设计能防止通过阀压降产生波动，在大范围波动的空调系统应用中能提供良好的控制。在以下工况中有显著效果：1）压力大幅波动；2）蒸发器负荷大幅波动；3）通过膨胀阀压降大幅波动；4）液管温度波动或过低；5）液管间隙闪蒸。

BP小孔可使膨胀阀处于常开状态，相当于TG阀与毛细管（或固定流口节流阀）并联，能使膨胀阀在很小开度下，也能保证一定的流量，从而保护压缩机。

反向运行时，当阀口处于关闭状态，BP孔使制冷剂能经过膨胀阀，但膨胀阀出口压力较低，吸气温度较高，即过热度较大，此时膜片上方的压力大于弹簧弹力与外平衡压力之和时，膨胀阀就能自动实现开启，因此反向也实现自动节流调节。

（3）设计缺陷：反向压力无法实现平衡，直接导致的后果是反向运行过热度偏大，压缩机排气温度过高，极限工况下极易使压缩机因排气温度过高而报警；

BP孔的大小与直接机组匹配有关，若机组各零配件组合后所产生的系统累积误差带很大，增加了BP孔设计难度；

BP孔加工精度要求非常高，只要有几丝偏差，就会使得系统不匹配。如果BP孔偏小，会导致压缩机排气温度偏高；如果BP孔偏大，会导致正向制冷运行过热度偏低。

2.3 TGEB20结构分析

（1）平衡结构：正向：阀芯顶部有个凸起顶杆，顶杆侧面有一贯穿小孔，进口压力通过小孔进入阀芯内部，到达弹簧下腔；阀芯下端外径与阀口孔径相等，实现正向压力平衡。反向：阀口下方的阀芯外缘凸起部分，因上下截面面积相等，实现反向压力平衡。

（2）阀芯运动：阀芯靠一根独立的传动杆传递膜片位移，传动杆上端有密封结构，能保证外平衡与进出口压力隔离。

（3）缺陷：因传动杆的截面积存在，在整体膨胀阀压力系统中，压力无法实现平衡。传动杆的外径（约3.5mm），即传动杆截面积的大小，影响压力系统的平衡状态。传动杆的上下端的压力存在差异，

制冷时，下端压力约2MPa，上端压力约0.5MPa，所产生的力为：

ΔP×S=1.5×3.14×3.52/4≈15N；

制热时，下端压力约0.6MPa，上端压力约0.4MPa，所产生的力为：

ΔP×S=0.2×3.14×3.52/4≈2N。

对应与整个膨胀阀而言，若膜片的面积足够大，传动杆的面积足够小，且又能保证传动杆的强度时，传动杆的面积所带来的压力差即可忽略不计。

膜片直径约为50mm，膜片上下只要存在0.1MPa的压差，作用在膜片上的力为：

ΔP×S=0.1×3.14×502/4≈200N>>15N，

因此传动杆面积对膨胀阀压力平衡的影响不大。

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