每年冷库运行会带来巨大的电能消耗,膨胀阀做为制冷系统的关键部件之一,其性能直接影响到冷库的能耗。目前小型冷库主要采用热力膨胀阀,因其成本低廉,控制性能满足要求而得到广泛使用。由于系统的滞后性和热力膨胀阀机械结构的复杂性,热力膨胀阀面对激烈的工况变化不能做出迅速且准确的反应,这会导致系统能耗不必要的增加。同时,热力膨胀阀的控制自成一体,控制变量独立于制冷系统之外,不能达到与系统整体运行的配合目的,这也对冷库的智能化控制带来了困难。随着物联网和大数据的发展,未来冷库的管理必将更加精准化和智能化。作为制冷系统最为关键的部件之一,膨胀阀的运行参数的实时采集(进口温度压力、出口温度压力、开度、流量等)在冷库控制方面变得尤为重要。而热力膨胀阀存在先天性问题,这就使得参数采集和精准控制困难重重。相反电子膨胀阀从根本上解决了以上问题。本文比较了热力膨胀阀和电子膨胀阀的控制性能及其对制冷系统的影响,并基于实验数据分析得出了电子膨胀阀的流量经验公式。最后依据流量公式,对未来冷库的控制管理提出了两点展望。研究内容与研究结论如下:1、搭建了膨胀阀性能检测实验台。实验台能够满足测试0到10kw制冷量的各种膨胀阀。实验台库体采用15公分厚的聚氨酯泡沫,保证减小库体漏热,减轻环境漏热对系统测试的影响。机组压缩机采用四台并联比泽尔半封闭活塞压缩机,可分四档调节压缩机负荷,同时三台压缩机搭配变频器使用,减小机器启动对压缩机冲击,增加了压缩机启动时的稳定性和压缩机寿命。采用160m~2换热面积的冷风机,完全可以适应10kw以内制冷量的检测实验,且大面积的换热器能够解决换热不充分的问题,减小换热温差,提高测试实验的精确度。在充分考虑热力膨胀阀产品质量的条件下,采用丹福斯膨胀阀保证对比实验的说服性。实验台配合的数据监测系统能够以秒为单位精确采集膨胀阀前后管路的状态信息。MX100标准软件能够完成实验数据的直接导出和专业化分析处理。2、在膨胀阀性能方面,实验研究了膨胀阀控制参数(如过热度)对其控制性能和系统性能的影响。发现EEV比TXV过热度调节较快,过热度波动范围较小,EEV调节稳定性强于TXV;不考虑调节时间这一条件下,在时延较小的小型冷库系统中,两种膨胀阀最终调节结果不相上下;TXV的过热度波动与库温成正比,与过热度初始设定值成反比;针对热力膨胀阀还进行了过热度适应性实验,分析了不同工况下过热度设定值的变化。实验发现对于低温冷加工库,因为冷库依次经过高温和低温,所以建议过热度最小设定值为10℃,以防止压缩机出现湿压缩;对于低温冷藏库(仅冷藏)或温度变化不大的冷库,建议过热度最小设定值可为5℃,以防止压缩机出现湿压缩;考虑COP和制冷量,低温冷库采用过低的过热度不会明显提高COP,高温冷库降低过热度能够明显提升COP;但考虑到湿压缩,过热度设定满足高温高、低温低,建议低温5℃、高温10℃;TXV的调节适应性较EEV差很多,工况发生变化时,TXV系统稳定工作时的过热度会发生变化,再不进行人为调节时,系统COP会发生不确定性波动,一般是情况恶化,且制冷量与EEV系统相比变化不大。3、实验分析了电子膨胀阀的流量特性,并建立了两种计算流出系数的经验公式,并做了误差分析,为未来的冷库管理和实验模拟提供了帮助。幂律流量经验公式:(4-42)、(4-43)、(4-44)、表4-2;多项式流量经验公式:(4-42)、(4-43)、(4-46)、表4-3;幂律经验式较多项式经验式计算精度高,误差在5%以内,但参数包含粘度比,耗费计算资源多。多项式形式的经验公式计算精度低,误差在10%以内,并具有较少输入参数,耗费计算资源少。4、依靠电子膨胀阀流量经验公式,在冷库的控制管理方面,提出两方面的应用展望。1)基于热负荷计算冷加工时间。进度计算较为准确合理,但剩余时间计算误差较大,仅在冷加工的最后阶段时间预测有一定精度。2)电子膨胀阀开度和压缩机的频率的配合。模拟实验的机组为半封闭活塞式小型冷库机组,模拟结果为未来冷库的变频调节和节能优化提供了依据。模拟结果显示,EEV与压缩机的联合控制能够提高系统稳定性并明显提高系统性能,尤其在膨胀阀低开度、低流量、低负荷工况下,采用变频压缩机能够明显提升系统COP,几倍于独立控制的非配合系统。