在感應(yīng)機(jī)構(gòu)內(nèi)灌注液體制冷劑后，與其溫度相對(duì)應(yīng)的飽和壓力p就通過毛細(xì)管而作用在膜片的上波紋面(參看圖6-2)。使膜片有一向下的推力P,其值等于p×(膜片受壓面積)。再看閥體里面部分，整個(gè)閥體是處在閥孔噴射出的低壓濕蒸汽區(qū)域，其壓力就是蒸發(fā)壓力P0，它充滿整個(gè)閥體中，并且通過傳動(dòng)桿孔之間的間隙，作用于膜片的下波紋面形成一個(gè)向上作用力P0。其值等于p0×(膜片受壓面積)。還有一個(gè)向上的彈簧壓縮力W，它通過傳動(dòng)桿和墊片也傳給膜片的下波紋面。至于由冷凝壓力pk引起的作用于閥針上的向下力pk，其值等于pk x (閥針孔面積)，但因閥針孔面積很小，故pk值很小，在分析時(shí)可以忽略不計(jì)。因此，膜片的上下兩面分別作用著P, P0與W力，并且是方向相反地對(duì)抗著，當(dāng)三個(gè)力處在平衡狀態(tài)即P=Po+W時(shí)，膜片不動(dòng)，也就是閥針的位量不動(dòng)，閥針孔的開啟度不變。只要這三個(gè)力中任一力變化就會(huì)破壞原有的平衡，此時(shí)P≠Po+W。P與(Po+W)的差值稱不平衡力。由于膨脹閥各活動(dòng)零件之間存在摩擦力，當(dāng)不平衡力小于摩擦力時(shí)，膜片仍處于原位置不動(dòng)，只有當(dāng)不平衡力大于摩擦力時(shí)，膜片才開始動(dòng)作(從而改變了閥針孔的開啟度)。此時(shí)彈簧的伸長(zhǎng)度發(fā)生變化，W值就相應(yīng)改變，直至建立新的平衡位置時(shí)(P, P0與W三力重新平衡)，膜片才停止動(dòng)作。由于膨脹閥內(nèi)各活動(dòng)零件之間的摩擦力很小，一般在分析時(shí)亦可忽略不計(jì)。

膨脹閥的工作原理就是利用P力的變化來改變閥針孔的開啟度，從而改變制冷劑的流量，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。膨脹閥工作時(shí)，可把感溫包扎在蒸發(fā)器出口管道上，如圖6-3所示。此時(shí)，感溫包中的飽和壓力P是訊號(hào)，由p而引起的P力是主動(dòng)力，因?yàn)楦袦匕?/span>C點(diǎn)的過熱溫度總是大于蒸發(fā)溫度，故一般情況下，P力總是大于PO力。如果P力與PO力相等，不管有無彈簧力W,閥門將無法起調(diào)節(jié)作用。如果P力大于P0力，而無彈簧力W作用，將永遠(yuǎn)使閥門處于開足位置而亦無法實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。因此，彈簧力W是起著平衡調(diào)節(jié)作用的力，改變W力的大小，可以改變膨脹閥的工作性能。當(dāng)p> (Po+W)時(shí)，膜片向下移動(dòng)，使閥針孔開大;當(dāng)P< (Po+W)時(shí)，膜片向上移動(dòng)，使閥針孔關(guān)小。從閥針孔嚴(yán)密關(guān)閉到克服W力后開始開啟所需的過熱度(C點(diǎn)過熱溫度與蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)溫度之差)，稱膨脹閥的靜裝配過熱度(一般約為3℃)"膨脹閥的工作過熱度(一般5℃左右)總是大于靜裝配過熱度。靜裝配過熱度太小會(huì)造成膨脹閥關(guān)閉不嚴(yán)密，以及可能因吸氣管帶液而使壓縮機(jī)產(chǎn)生液擊。靜裝配過熱度太大又會(huì)造成膨脹閥的工作過熱度過高而使蒸發(fā)器傳熱面積得不到充分利用，影響制冷機(jī)工作經(jīng)濟(jì)性。

現(xiàn)在以圖6-3冷庫的蛇形蒸發(fā)排管為例，來說明膨脹閥的工作情況。該制冷系統(tǒng)采用F-12為制冷劑，膨脹閥的感溫包也充注F-12。感溫包扎在蒸發(fā)器出口的蒸汽過熱區(qū)(C點(diǎn))。液態(tài)F-12經(jīng)膨脹閥孔節(jié)流噴入閥體成為低溫濕蒸汽，從A點(diǎn)流入蒸發(fā)排管，在排管中蒸發(fā)吸熱，使?jié)裾羝幸后w成分逐漸減少，至B點(diǎn)時(shí)全部蒸發(fā)成干蒸汽。如忽略排管內(nèi)流動(dòng)阻力，則在B點(diǎn)前F-12的溫度不變，即為該蒸發(fā)壓力下的飽和溫度。當(dāng)干蒸汽離開B點(diǎn)后，將繼續(xù)吸熱成為過熱蒸汽，溫度逐漸上升，至C點(diǎn)的溫度作為膨脹閥感溫包受傳感的過熱溫度，溫包內(nèi)的F-12壓力是C點(diǎn)過熱溫度相對(duì)應(yīng)的飽和壓力(忽略蒸發(fā)排管與感溫包的傳熱溫差)。

冷庫在連續(xù)降溫過程中，膨脹閥閥孔隨著C點(diǎn)過熱度的變化在頻繁地開大與關(guān)小。設(shè)開始時(shí)排管內(nèi)F-12的蒸發(fā)壓力P0為1.86公斤/厘米2，相應(yīng)的蒸發(fā)溫度為一15℃ (B點(diǎn)前)，在C點(diǎn)的過熱溫度為一10.5℃。如忽略傳熱溫差，則感溫包內(nèi)F-12的充劑溫度亦為-10.5℃,感溫包內(nèi)的飽和壓力P則為2.19公斤/厘米2，膨脹閥的工作過熱度為4.5℃。又設(shè)折算的彈簧壓緊力w(其值等于彈簧壓緊力w除以膜片受壓面積)為0.23公斤/厘米2(約相當(dāng)于靜裝配過熱度3℃)。此時(shí)膜片受到的向下不平衡力(折算至每厘米2膜片受壓力)為:

此不平衡力促使膜片向下移動(dòng)，閥針孔開始開大，制冷劑流量隨著增加，蒸發(fā)壓力與溫度上升，干蒸汽B點(diǎn)的位置左移至B1點(diǎn)。同時(shí)亦使彈簧的壓縮力有了增加，直至三力平衡(P=Po+w)為止，閥門才停止動(dòng)作。

然而這一平衡現(xiàn)象是暫時(shí)的。因?yàn)楫?dāng)閥門開大，制冷劑流量增大，蒸發(fā)溫度上升后，C點(diǎn)制冷劑的過熱溫度亦要下降。但由于溫度傳遞有滯后現(xiàn)象，C點(diǎn)制冷劑的溫度變化不能立即反映到感溫包內(nèi)。隨著時(shí)間的推遲，感溫包內(nèi) F-12的溫度才逐漸下降，從而又使膜片上面的壓力p值下降，出現(xiàn)p< (Po+w)的情況，此時(shí)膜片就要向上移動(dòng)，閥針孔關(guān)小，制冷劑流量隨著減小，蒸發(fā)壓力與溫度下降，干蒸汽點(diǎn)位置由B1后移至B2點(diǎn)。同時(shí)亦減輕了彈簧的壓縮力，直至三力再次平衡，閥門又停止動(dòng)作。

同樣，這一平衡現(xiàn)象仍是暫時(shí)的。因?yàn)檎舭l(fā)溫度下降后，C點(diǎn)的過熱溫度又有些升高，由于溫度傳遞的滯后現(xiàn)象，要經(jīng)過片刻后感溫包內(nèi)的溫度才會(huì)逐漸上升，從而再次使p值增高，出現(xiàn)P>（p0+w)的情況而使閥針孔開大。干蒸汽點(diǎn)由B2前移至B3..3…熱力膨脹閥就是這樣頻繁地開大、關(guān)小地工作。冷庫降溫的初階段，閥門動(dòng)作的輻度較大，降溫快。當(dāng)接近終溫時(shí)，由于蒸發(fā)溫度與冷庫溫度差小，閥門每一動(dòng)作的輻度逐漸縮小，降溫速度就減慢。從上例中看出，每開大或關(guān)小一次，其蒸發(fā)溫度就下降一點(diǎn)，因此，膨脹閥的流量是波浪式地逐步減小。當(dāng)工作過熱度減至最低限度時(shí)(不小于靜裝配過熱度)，閥門就無能力自行縮小了。若人為地過分放松彈簧的壓縮予緊力，閥門就會(huì)失去控制作用，出現(xiàn)突跳現(xiàn)象，破壞了正常降溫。

一個(gè)理想的熱力膨脹閥應(yīng)當(dāng)控制使進(jìn)入蒸發(fā)器中的液態(tài)制冷劑正好等于在蒸發(fā)器中蒸發(fā)的數(shù)量;在工作溫度條件下，過熱度不能過高，以便使蒸發(fā)器能夠得到充分的利用;在工作過程中應(yīng)當(dāng)隨著冷負(fù)荷的變化迅速改變進(jìn)入蒸發(fā)器的液態(tài)制冷劑的數(shù)量，使之保持平衡。但是，由于膨脹閥感溫包所感受的溫度不那么及時(shí)，因?yàn)楦袦匕旧碛幸粋€(gè)熱慣性，使訊號(hào)傳遞有滯后現(xiàn)象。例如:當(dāng)閥門開大時(shí)，過熱度就隨著縮小，由于感溫包的感受熱量不及時(shí)，閥門還繼續(xù)開大，以致超過正常的需要量，過量液體進(jìn)入蒸發(fā)器，使蒸發(fā)器出口管道(即口點(diǎn))的過熱度小于所要求的過熱度，閥門才關(guān)小。同理，在閥門關(guān)小時(shí)，過熱度隨著增大，也由于感溫包的感受熱量不及時(shí)，閥門還繼續(xù)關(guān)小，以致小于正常需要量，使進(jìn)入蒸發(fā)器的流量不足，蒸發(fā)器出口管道(即C點(diǎn))過熱度大于所要求的過熱度，閥門才開大，如此反復(fù)不已。另外，由于膨脹閥各活動(dòng)零件之間存在摩擦力，所以膨脹閥的供液量總是如圖6-4所示波動(dòng)地進(jìn)行著，不能完全適應(yīng)制冷系統(tǒng)實(shí)際需要的供液量，所以熱力膨脹閥的靈敏度還不理想，有待于進(jìn)一步改革。