關(guān)于電子膨脹閥誤動(dòng)作故障的研究

范毓峰

（珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070）

關(guān)于電子膨脹閥誤動(dòng)作故障的研究

范毓峰

（珠海格力電器股份有限公司 廣東珠海 519070）

電子膨脹閥作為空調(diào)制冷的關(guān)鍵零部件，其故障對(duì)產(chǎn)品性能有重大影響，生產(chǎn)過(guò)程及售后反饋的誤動(dòng)作是電子膨脹閥常見(jiàn)故障，本文結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)制造工藝的經(jīng)驗(yàn)分析電子膨脹閥誤動(dòng)作失效故障、失效機(jī)理和預(yù)防措施。

電子膨脹閥；焊接；保護(hù)氣體；控制邏輯；流量調(diào)節(jié)

1 引言

電子膨脹閥是一種根據(jù)電子設(shè)定程序，控制施加于膨脹閥上的電壓或電流，從而控制閥針的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)閥口流通面積改變達(dá)到流量自動(dòng)調(diào)節(jié)目的的節(jié)流器件，屬涉及空調(diào)整機(jī)性能的關(guān)鍵零部件。在變頻系統(tǒng)中，正常工作條件下采用電子膨脹閥的變頻空調(diào)系統(tǒng)性能平均比采用毛細(xì)管的高近10%[1]。在國(guó)內(nèi)，大型電子膨脹閥的應(yīng)用已經(jīng)有很長(zhǎng)的歷史，由于電子膨脹閥的優(yōu)點(diǎn)，并且隨著電子膨脹閥成本的下降，開(kāi)始有小型電子膨脹閥應(yīng)用于小型制冷設(shè)備，如果在生產(chǎn)過(guò)程中的焊接、裝配等工藝沒(méi)有做到最好的匹配和防護(hù)，將會(huì)導(dǎo)致不同的故障出現(xiàn)，并且基本上所有的問(wèn)題都會(huì)在電子膨脹閥本體上得到體現(xiàn)，主要包括：泄漏、噪音、誤動(dòng)作、失步等故障。

2 電子膨脹閥結(jié)構(gòu)及機(jī)理

電子膨脹閥的結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖中閥針會(huì)根據(jù)永磁步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁方式上下移動(dòng)，改變閥針和閥體之間的間隙，即節(jié)流口的大小，從而起到節(jié)流并控制制冷劑流量的作用。由于電子膨脹閥不能按照控制器的要求正常運(yùn)行到預(yù)定開(kāi)度稱(chēng)為誤動(dòng)作[2]，電子膨脹閥機(jī)械部分卡死和接線錯(cuò)誤以及其他一些電氣故障都有可能引起閥門(mén)的誤動(dòng)作。本文主要電子膨脹閥誤動(dòng)作的主要故障進(jìn)行分析，研究失效原因，并從各質(zhì)量管理環(huán)節(jié)源頭提出管控的措施、建議。

3 電子膨脹閥誤動(dòng)作故障的分析研究

通過(guò)查閱資料、現(xiàn)場(chǎng)觀察、試驗(yàn)驗(yàn)證、頭腦風(fēng)暴法等方法，從多方面進(jìn)行分析和研究，得出電子膨脹閥誤動(dòng)作故障主要有以下幾方面影響因素：

3.1 電子膨脹閥誤動(dòng)作故障原因一：閥體變形

經(jīng)解剖售后返回的不良品發(fā)現(xiàn)，其內(nèi)部的頂

針與塑料閥座出現(xiàn)粘連現(xiàn)象，從而導(dǎo)致閥體不能自由打開(kāi)關(guān)閉，電子膨脹閥卡死無(wú)法動(dòng)作，如圖2所示。前期的研究表明，閥座變形主要原因是是受外界高溫影響,經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)排查在生產(chǎn)過(guò)程導(dǎo)致高溫變形有以下兩個(gè)方面因素：

圖1 電子膨脹閥的結(jié)構(gòu)

圖2 閥體變形

圖3 電子膨脹閥磁場(chǎng)原理圖

圖4 正常和異常的磁極對(duì)比

（1）閥體直接受熱：電子膨脹閥的閥體在管路焊接時(shí)被焊接火焰灼傷，導(dǎo)致閥座受熱變形，在電子膨脹閥的規(guī)格書(shū)中已明確適用環(huán)境溫度：-30℃～60℃，目前在生產(chǎn)過(guò)程中已采用泡水、包濕布等方式有效的隔離和防護(hù)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)在實(shí)際生產(chǎn)中均采用有效的防護(hù)措施。

（2）閥體間接受熱：某型號(hào)的電子膨脹閥規(guī)格書(shū)中規(guī)定適用流體溫度：-30℃～70 ℃，電子膨脹閥的閥座是由聚苯硫醚組成的，資料研究表明：聚苯硫醚變形臨界溫度為120℃，目前電子膨脹閥的焊接采用充氮防護(hù)工藝，由于銅管內(nèi)外壓差影響，氮?dú)庠诹鹘?jīng)焊點(diǎn)加熱處會(huì)被銅管傳熱，流經(jīng)閥座后可能會(huì)存在灼傷閥座隱患。

3.2 電子膨脹閥誤動(dòng)作故障原因二：磁極異常

電子膨脹閥磁體按照要求進(jìn)行充磁，此時(shí)磁體會(huì)帶有相對(duì)應(yīng)的磁極分布，當(dāng)線圈按照正常通電（開(kāi)閥順序:A→AB→B→BA→A→AB→B→AB）會(huì)有一個(gè)極爪磁極的變化運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子會(huì)受到對(duì)應(yīng)的磁力產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)（如圖3所示）。閥針會(huì)根據(jù)線圈的改變，改變閥針和閥體之間的間隙，即節(jié)流口的大小，從而起到節(jié)流并控制制冷劑流量的作用。而磁極異常會(huì)導(dǎo)致磁體受到的磁力發(fā)生變化，當(dāng)轉(zhuǎn)子在某個(gè)位置應(yīng)該受力達(dá)到平衡而出現(xiàn)磁力異常造成電子膨脹閥無(wú)法動(dòng)作現(xiàn)象。

通過(guò)理論分析，針對(duì)生產(chǎn)過(guò)程發(fā)現(xiàn)某電子膨脹閥異常的問(wèn)題，對(duì)正常和異常的閥體解剖并進(jìn)行了表磁測(cè)試，情況如圖4。

從圖4中曲線看出，合格的轉(zhuǎn)子表面磁場(chǎng)分布均勻，誤差＜5%。不合格的轉(zhuǎn)子表面磁場(chǎng)分布不均，誤差為16.6%，導(dǎo)致上述表面磁場(chǎng)分布不均勻，部分型號(hào)的磁體材料采用鐵氧體材料，磁體在生產(chǎn)過(guò)程中有近距離接觸過(guò)強(qiáng)磁鐵，強(qiáng)磁鐵破壞了轉(zhuǎn)子的磁極分布。

3.3 電子膨脹閥誤動(dòng)作故障原因三：系統(tǒng)臟堵

由于磁體與外殼間的間隙很小，有雜質(zhì)異物進(jìn)入磁體與外殼間隙會(huì)使得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的阻力增大，出現(xiàn)卡死無(wú)法動(dòng)作的問(wèn)題，異物進(jìn)行系統(tǒng)有以下幾個(gè)方面原因：

（1）廠內(nèi)管路焊接環(huán)節(jié)，如果沒(méi)有進(jìn)行有效的充氮保護(hù)，使得焊接過(guò)程中銅管氧化產(chǎn)生氧化皮，整機(jī)運(yùn)行時(shí)隨著系統(tǒng)冷媒流動(dòng)進(jìn)入到電子膨脹閥內(nèi)，卡死電子膨脹閥。

（2）追溯整個(gè)系統(tǒng)，壓縮機(jī)磨損產(chǎn)生的鐵屑隨著系統(tǒng)流入到電子膨脹閥處，導(dǎo)致電子膨脹閥卡死。

（3）制冷劑及其他制冷系統(tǒng)零部件的有雜質(zhì)和異物，在系統(tǒng)運(yùn)作時(shí)隨著制冷劑的流動(dòng)到電

子膨脹閥內(nèi)，卡死電子膨脹閥。

3.4 電子膨脹閥誤動(dòng)作故障原因四：電氣連接故障

電子膨脹閥是與控制器一起使用的，電子膨脹閥的接線關(guān)系到電子膨脹閥的控制方式以及運(yùn)行方式，電子膨脹閥的最終動(dòng)作是通過(guò)控制器根據(jù)溫度傳感器和壓力傳感器數(shù)據(jù)計(jì)算過(guò)熱度，然后根據(jù)邏輯計(jì)算向電子膨脹閥發(fā)出相應(yīng)的開(kāi)度脈沖。所以接線故障會(huì)引起電子膨脹閥各種誤動(dòng)作，從而導(dǎo)致電子膨脹閥不能開(kāi)啟或運(yùn)行不到位等情況出現(xiàn)。

通過(guò)對(duì)電子膨脹閥接線和控制的分析可以更深入地了解電子膨脹閥出現(xiàn)此類(lèi)故障后的解決辦法。

4 關(guān)于電子膨脹閥誤動(dòng)作故障的預(yù)防措施

對(duì)于閥體直接受熱，目前在生產(chǎn)過(guò)程中已采用泡水、包濕布等方式有效的隔離和防護(hù)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)在實(shí)際生產(chǎn)中均采用有效的防護(hù)措施，對(duì)于電子膨脹的的直接受熱可有效的避免和防范，對(duì)于間接受熱，對(duì)不同規(guī)格的電子膨脹閥需采取不同的充氮方式，為了驗(yàn)證方式的可行性，特制定了以下試驗(yàn)驗(yàn)證方案：

試驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證生產(chǎn)過(guò)程中不同的充氮方式氣體流經(jīng)電子膨脹閥內(nèi)部溫度；

試驗(yàn)對(duì)象：某規(guī)格型號(hào)的電子膨脹閥5件；

試驗(yàn)準(zhǔn)備：測(cè)溫儀1臺(tái)、充氮焊接的裝置一套；

試驗(yàn)步驟：使用溫度探頭裝入閥體內(nèi)部采用阻尼塊封口，然后分別采用不同的充氮方式進(jìn)行焊接，通過(guò)測(cè)量小孔溫度，以判定氣體流經(jīng)閥座與閥體內(nèi)部溫度，并通過(guò)測(cè)溫儀測(cè)定并記錄（如圖5所示），某電子膨脹閥組件測(cè)溫對(duì)比數(shù)據(jù)如表1。

通過(guò)表1數(shù)據(jù)說(shuō)明：該電子膨脹閥采用直充氮工藝時(shí)平均測(cè)量溫度達(dá)到了125.9℃，已經(jīng)超過(guò)了聚苯硫醚變形120℃的臨界溫度，直充氮方式容易灼傷閥座變形，采用預(yù)充和間歇式充氮可以改善氮?dú)饬鹘?jīng)閥體內(nèi)部溫度的溫度。

因此在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中需通過(guò)理論分析并重新組織生產(chǎn)驗(yàn)證，細(xì)化電子膨脹閥的充氮焊接工藝方法，對(duì)不同規(guī)格的電子膨脹閥采用直充氮、預(yù)充氮、間歇式充氮等工藝方法，對(duì)工藝方法和標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行修訂和完善。

表1 不同充氮方式溫度對(duì)比表（℃）

圖5 測(cè)溫儀顯示溫度

圖6 強(qiáng)磁鐵限位固定

生產(chǎn)裝配實(shí)際過(guò)程中在一些情況下需要使用磁鐵用于力矩工具加磁、粘貼標(biāo)識(shí)、開(kāi)閉電磁閥等可移動(dòng)磁體，由于不清楚磁鐵對(duì)電子膨脹閥的危害，導(dǎo)致磁鐵碰觸到了電子膨脹閥導(dǎo)致電子膨脹閥磁極異常，因此生產(chǎn)過(guò)程中需要對(duì)強(qiáng)磁材料需要生產(chǎn)過(guò)程中的嚴(yán)格控制。如必須使用磁鐵工裝可考慮將磁鐵工裝進(jìn)行線邊固定（如圖6所示），防止磁體直接接觸閥體。

目前電子膨脹閥磁體材料使用較為廣泛，有樹(shù)脂、釹鐵硼、鐵氧體、稀土等材料，其中部分材料易受強(qiáng)磁性影響重新極化，因此需進(jìn)一步對(duì)電子膨脹閥磁體材料進(jìn)行選型研究，從磁體可靠性、磁極分布狀態(tài)、生產(chǎn)工藝控制等方面進(jìn)行深入分析形成相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以便在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、檢驗(yàn)、生產(chǎn)等環(huán)節(jié)應(yīng)用和提前預(yù)防控制。

電子膨脹閥作為高精密元器件，其節(jié)流口非常小，制冷系統(tǒng)中的一些雜質(zhì)、焊接產(chǎn)生的氧化皮等都會(huì)導(dǎo)致電子膨脹閥發(fā)生堵死故障，因此在生產(chǎn)過(guò)程中需要保證系統(tǒng)內(nèi)部清潔度，注意機(jī)組安裝環(huán)境和使用環(huán)境，另外在制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上，使用電子膨脹閥的系統(tǒng)建議在入口處安裝干燥過(guò)濾器。

電子膨脹閥的最終動(dòng)作是通過(guò)控制器根據(jù)溫度傳感器和壓力傳感器數(shù)據(jù)計(jì)算過(guò)熱度，然后根據(jù)邏輯計(jì)算向電子膨脹閥發(fā)出相應(yīng)的開(kāi)度脈沖。所有電子系統(tǒng)所有可能產(chǎn)生的普通故障在這個(gè)系統(tǒng)上都有可能產(chǎn)生，比如接線松動(dòng)、電源不穩(wěn)定、電磁干擾等都可能造成電子膨脹閥控制失控產(chǎn)生誤動(dòng)作，通過(guò)對(duì)電子系統(tǒng)的分析可以更深入地了解電子膨脹閥出現(xiàn)此類(lèi)故障后的解決辦法。

[1] 邵雙全，石文星，李先庭等.《電子膨脹閥與毛細(xì)管在變頻空調(diào)系統(tǒng)中的性能分析》[J]．流體機(jī)械,2001.29

[2] 徐健南等.《塑料材料》.北京.中國(guó)輕工業(yè)出版社.1999

Research of electronic expansion valve failure

FAN Yufeng
(GREE Electric Appliances, Inc. of Zhuhai Zhuhai 519070)

Electronic expansion valve as a important refrigeration components, if it is failure will be badly effect the capability of the production, error action is the frequently questions in process and the customer feedback. This paper analyzes the reasons of the electronic expansion valve, and gives a solution of avoiding invalid.

Electronic expansion valve; Welding; Shielding gas; Control logic; Flow regulation