制冷系统中四通阀的结构原理及使用

四通阀定义

首先,我们了解一下阀的定义。
阀是指液压传动中用来控制流体压力﹑流量和方向的元件。其中控制压力的称为压力控制阀,控制流量的称为流量控制阀,控制通﹑断和流向的称为方向控制阀。
压力控制阀 按用途分为溢流阀﹑减压阀和顺序阀。
流量控制阀 利用调节阀芯和阀体间的节流口面积和它所產生的局部阻力对流量进行调节,从而控制执行元件的运动速度。流量控制阀按用途分为 节流阀、调速阀、分流阀、集流阀、分流集流阀。
方向控制阀 按用途分为单向阀和换向阀。单向阀:只允许流体在管道中单向接通,反向即切断。换向阀:改变不同管路间的通﹑断关系,根据阀芯在阀体中的工作位置数分两位﹑三位等;根据所控制的通道数分两通﹑三通﹑四通﹑五通等;根据阀芯驱动方式分手动﹑机动﹑电动﹑液动等。

空调用四通阀属于方向控制阀的一种,是用于热泵型空调中改变制冷剂的流向,以实现制冷模式和制热模式的转换为目地的产品,适用于中央、单元式和房间空调等热泵型空调系统。它被用来切换制冷工质的流通路径,从而使空调实现夏天制冷、冬天制热一机两用的目的。

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四通阀是由控制阀驱动,使主阀阀体内两侧产生压力差从而使滑块作左右水平方向的位移,以达到改变气体制冷剂流向的目的(如图1)。控制阀在断电时是利用弹簧推动控制阀中的阀块(芯)使其向左移动,在通电电时线圈激磁产生的电磁力驱动控制阀中的阀块(芯)并使其右移,并在主阀块(芯)两侧产生压力差从而来驱动主阀。

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四通阀的内部结构图如下:
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由四通阀内部结构图可以看出主阀的换向滑块可定位在三个位置: 最左端:此时排气端D与冷凝器端C相通、蒸发器端E与吸气管端S相通,实现制冷过程; 中间位置:蒸发器端E、吸气管端S、冷凝器端C三条接管相互通气,压缩机高压管内的冷媒可以直接流回低压管; 最右端:此时排气端D与蒸发器端E相通、冷凝器端C与吸气管端S相通,实现制热过程。

四通阀在制冷运行时工作原理图如下:
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当电磁阀线圈处于断电状态,控制阀释放,阀芯因弹簧力作用移至右端,毛细管D与C相通、E与S相通,主阀内D侧的高压气体通过毛细管D、C进入主阀左端空间,主阀内部压力为左高右低,活塞带动滑块移向右端,使吸气管(S管)与室内机接管(E管)相通,另两根接管(C、D)相通,形成制冷循环。
四通阀在制热运行时工作原理图如下:
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当电磁阀线圈处于通电状态,控制滑阀在电磁力作用下克服压缩弹簧的张力而左移,毛细管E与D连通,S与C连通,高压气体通过毛细管①后进入主阀右端空间,主阀内部压力为右高左低,阀芯被推向左端,使吸气管(S管)与室外机接管(C管)相通,另两根接管相通(D、E),形成制热循环。

四通阀的中间位置:

四通换向的基本条件是活塞两端压力差(F1—F2)必须大于主阀滑动块的 摩擦阻力f,否则四通阀将不会换向。换向所需的最低动作压力差是靠系统流量来保证的。当左右活塞腔的压力差大于摩擦阻力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远大于四通阀的中间流量,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,若压缩机的排气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,形成串气故障。但当四通阀主滑阀处在中间位置时,能起到卸压的作用,使系统免受高压破坏。

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四通阀的选型及系统设计思路如下:

四通阀选型时参考产品样本选择适当的四通阀装配到空调器内进行试验,对其匹配性进行确认,避免四通阀工作异常。
保证四通阀正确的安装位置,附后。
保持线圈与主阀体之间间隙。
配管时不要使四通阀主体、连接管与压缩机发生共振。
空调机系统如果配管设计不当,可能会使系统产生液压冲击而造成系统或四通阀损坏,因此要注意管路设计。

使用四通阀的注意事项:

a)四通换向阀的各接口焊接应严密、可靠,避免出现假焊、虚焊等不良现象;
b)四通换向阀不应出现与其它管路、部件碰撞、摩擦现象,以免造成噪音及部件损坏;
c)四通换向阀线圈应固定牢固,避免出现松动现象,影响四通阀吸合的可靠性;
d)四通换向阀在焊接时必须采取有效的降温措施,以防止在焊接过程中因高温引起阀芯变形,造成部件报废。焊接时阀体要充分冷却,不要将火焰直接加热在四通阀主体上,主体内外部温度不能超过120℃,使用水冷却时,防止水进入阀体内部;
e)使用中四通换向阀的四根管路应为2热2凉,如出现温差过小或无温差,说明四通换向阀高、低压已经串气,应及时更换四通换向阀

四通阀常见的故障有:换向不良或不换向、串气。
换向不良或者不换向的原因:
1、线圈断线或电压不符合线圈性能规定,造成控制阀的阀芯不能动作。
2、由于外部原因,控制阀部分变形,造成阀芯不能动作。
3、由于外部原因,控制阀毛细管变形,流量不足,形成不了换向所需的压力差而不能动作。
4、由于外部原因,主阀体变形,活塞被卡死而不能动作。
5、系统内的杂物进入四通阀内卡死活塞或主滑阀而不能动作。
6、钎焊配管时,主阀体的温度超过了120度,内部零件发生热变形而不能动作。
7、空调系统制冷剂泄漏,制冷剂不足,换向所需的压力差不能建立而不能动作。
8、压缩机的制冷剂循环量不能满足四通阀换向的必要流量。
9、变频压缩机转速频率低时,换向所需的必要流量得不到保证。
10、制冷系统产生液压冲击造成四通阀活塞被破坏而不能动作。

串气故障的判别
1、用手摸四通阀的下面三条管,若均发热,说明四通阀换向未到位,处在中间串气状态。
2、也可以用一小块磁铁,当换向时小磁铁不随之移动,则也说明串气。
判别为串气故障时,可考虑向系统内冲入一定的冷媒或者更换小的四通阀来解决。

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