风冷螺杆式冷水机组电气设计 毕业论文.docx

本科毕业论文论文 题目：风冷螺杆式冷水机组电气设计 学院：首都师范大学信息技术学院 班级：电子信息技术 姓名： 指导教师： 完成日期：2012 年 10 月 日 风冷螺杆式冷水机组设计摘要：冷水机组水系统的合理配置与设计,是保证空调系统稳定、高效运行的关键。选用合理的配件，如lg 品牌的abs系列热磁式、不可调三极配电用塑壳断路器, 交流接触器为韩国lg品牌的gmc系列,有意大利莱富康用台湾汉钟压缩机等。使用这些配件，可以更好的优化系统，使整个系统能够以较长的时间运行，减少事故的发生，节省能源，使客户放心使用。关键词：螺杆式冷水机组，配件组合，控制。目 录1. 题目 （1）2. 摘要 （2）3关键词 （2）4. 引言（4）5正文 （5）6参考文献 （18）7. 致谢 （18）引言：随着我国经济的持续发展,人们对生活和工作环境提出了更高的要求,大型集中空调得到大量使用,空调制冷站和水系统的规模相应增大,也更加复杂。空调制冷站及水系统合理的设备选型和设计、可靠的操作控制和良好的运行管理,对空调系统的有效运行和节能降耗起着极为重要的作用。不同建筑空调系统在设计工况下的能效比最低的和最高的相差54%,主要是制冷站和空调水系统的配置不合理所致1。而这种不合理的配置和设计,在全国范围内的工程中都不同程度地存在,应该引起我们的足够重视。正 文螺杆式冷水机因其关键部件-压缩机采用螺杆式故名螺杆式冷水机，机组由蒸发器出来的状态为气体的冷媒；经压缩机绝热压缩以后，变成高温高压状态。被压缩后的气体冷媒，在冷凝器中，等压冷却冷凝，经冷凝后变化成液态冷媒，再经节流阀膨胀到低压，变成气液混合物。其中低温低压下的液态冷媒，在蒸发器中吸收被冷物质的热量，重新变成气态冷媒。气态冷媒经管道重新进入压缩机，开始新的循环。这就是冷冻循环的四个过程。也是螺杆式冷水机的主要工作原理。螺杆式冷水机的功率与相比涡旋式的相对较大，主要应用于中央空调系统或大型工业制冷方面。 （一）双螺杆制冷压缩机（twin screw compressor） 双螺杆制冷压缩机是一种能量可调式喷油压缩机。它的吸气、压缩、排气三个连续过程是靠机体内的一对相互啮合的阴阳转子旋转时产生周期性的容积变化来实现。一般阳转子为主动转子，阴转子为从动转子。 主要部件：双转子、机体、主轴承、轴封、平衡活塞及能量调节装置。 容量15100%无级调节或二、三段式调节，采取油压活塞增减载方式。常规采用： 径向和轴向均为滚动轴承；开启式设有油分离器、储油箱和油泵；封闭式为差压供油进行润滑、喷油、冷却和驱动滑阀容量调节之活塞移动。 压缩原理 吸气过程：气体经吸气口分别进入阴阳转子的齿间容积。 压缩过程：转子旋转时，阴阳转子齿间容积连通（v型空间），由于齿的 互相啮合，容积逐步缩小，气体得到压缩。 排气过程：压缩气体移到排气口，完成一个工作循环。 （二）单螺杆制冷压缩机（single screw compressor） 利用一个主动转子和两个星轮的啮合产生压缩。它的吸气、压缩、排气三个连续过程是靠转子、星轮旋转时产生周期性的容积变化来实现的。 转子齿数为六，星轮为十一齿。 主要部件为一个转子、两个星轮、机体、主轴承、能量调节装置。 容量可以从10%-100%无级调节及三或四段式调节。 压缩原理 吸气过程：气体通过吸气口进入转子齿槽。随着转子的旋转，星轮依次进入与转子齿槽啮合的状态，气体进入压缩腔（转子齿槽曲面、机壳内腔和星轮齿面所形成的密闭空间）。 压缩过程：随着转子旋转，压缩腔容积不断减小，气体随压缩直至压缩腔前沿转至排气口。 排气过程：压缩腔前沿转至排气口后开始排气，便完成一个工作循环。由于星轮对称布置，循环在每旋转一周时便发生两次压缩，排气量相应是上述一周循环排气量的两倍。 一、 机组的整体结构机组的整体结构机组的整体结构机组的整体结构模块：模块螺杆压缩机、冷凝器、蒸发器、膨胀阀、储液器、汽液分离器、干燥过滤器及电磁阀等组成，有高、低压力保护、压缩机内保，压缩机内保具有电机过载、过热及相序保护，每个模块有冷冻出水防冻保护、冷冻水流量保护，以保护每个模块或氟系统的正常运行。整个系列最多由四个模块组成，每个模块具有相同的配置，不同型号的机组只是冷量的区别；机组每个模块电气控制部分的排布和电控箱的分布相一致，每个模块对应有一个电控制箱。 机组的电控箱有二种规格，一是每个模块对应的控制箱，二为三机头以上机组所专配的主控制器控制箱。电控箱中电气元器件的布置基本上遵循这样的原则：左边为强电部分，包括断路器和交流接触器等，右边为控制部分，包括控制器等，右上侧为电控箱的散热风扇（面对电控箱）；电控箱的数量和机组模块数量的对应关系：二个模块以下的机组每个模块带有一个电控箱，三模块以上的机组除每个模块带有一个电控箱外，在机组最左边的模块上（面对电控箱）配有一个主控制器电控箱，对机组进行全自动控制；每个控制箱内均装有三相电源监视器，对电源过欠压、缺相及相间不平衡进行保护，在二机头以上的机组中，将每个模块中的电源监视器信号串联后接入控制器的输入点处，只要有一个模块电源出现问题，将使整个机组停机。电控箱间用导线进行连接，以达到机组的全自动控制。 风冷螺杆式冷水热泵机组和风冷涡旋式冷水热泵机组的冷冻水管道配置不同，风冷螺杆式冷水热泵机组不配冷冻水管道，在每个模块的蒸发器两端各有一个连接口，用于连接冷冻水管道，在蒸发器两端另各有一个温度传感器的放置孔，用于检测机组的冷冻进出水温。若有二个模块以上组合而成，只提供了机组冷冻进出水温度传感器，要求其温度传感器放置于冷冻水总管道中，这在机组安装时需预留放置孔。 风冷螺杆式冷水热泵机组配有外接油冷却器，一般采用的方式有二种，一为喷液冷却，二是外接油冷却。常规采用的方式为喷液冷却。 机组有一个进水温度传感器和一个出水温度传感器及翅片温度传感器。翅片温度传感器视机组的模块数而定；基本模块有二个翅片温度传感器，分别定义为1#和2#；二个模块的机组有四个翅片温度传感器，分别定义为1#、2#3#和4#；三个模块的机组有六个翅片温度传感器，分别定义为1#、2#、3#、4#、5#和6#；四个模块的机组有八个翅片温度传感器，分别定义为1#、2#、3#、4#5#、6#、7#和8#；四模块机组由于模拟量模块只能提供8个通道，所以三号和四号模块共用二个翅片温度传感器，台达控制器只用一个8路温度模块，而西门子控制器用了二个4路的模拟量模块。翅片温度传感器在风侧换热器上有相应的固定支架。翅片温度传感器主要用来判定制热工况下除霜程序进入及除霜程序的退出条件，在机组作制冷的情况下，只是作为温度传显示用。机组的水流量控制器作为随机附件发往用户处，为了保证对每个模块水流量的检测，对于二模块以上的机组均配有相应模块数量的水流量开关（即一个模块配一个水流量开关），需安装时将其安装于机组进入每个模块的冷冻出水管道上，二模块以上的机组在调试时需将各个水流量开关串联后接入控制器的输入端。此流量控制器可以调节，可在不同的场合对机组的水流量进行校验。机组的序号排列规定：面对电控箱，模块从右往左分别对应为1、2、3、4-，单一模块翅片温度传感器靠近电控箱为1#，另一个翅片温度传感器为2#；所有电所元器件均遵守此一规定。二、 塑壳断路器的配置 我司选用的塑壳断路器为韩国lg品牌的abs系列热磁式、不可调三极配电用塑壳断路器，环境温度为40时脱扣动作范围为1016倍额定电流。压缩机采用星三角形启动，在星形转换为三角形的瞬间有较大的启动电流，按标准选型后在实际使用中曾有过塑壳断路器在启动时脱扣的现象发生，因而在塑壳断路器的选型时将其值放大一档来处理。由于台湾汉钟压缩机厂家只提供了压缩机的线电流，最大运行电流比线电流还要大，再则莱富康压缩机和汉钟压缩机提供的冷量差不多，因而按照莱富康压缩机的最大运行电流来选取塑壳断路器。 风冷螺杆式冷水热泵机组是由模块组合而成的，基本模块有四种机型，分别为flrm250、flrm300、flrm360、flrm430，整个系列是由这四种机型组合而成，塑壳断路器的配置就是上述所列的三种配置，不同模块的组合不同。 每个压缩机均配有一个塑壳断路器，用来作为压缩机短路保护，微型断路器配置有二种情况，一是四只冷凝风机共用一个微型断器，机型有flrm250、flrm300、flrm360，二是六只冷凝风机共用一个微型断路器，机型有flrm430。微型断路器的型号为s253s-d25，其冷凝风机的额定电流为4a。微型断路器的选型是按照大于等于所控制电机的最大运行电流（没有最大运行电流则按照电机额定电流）来选择的。三、交流接触器的配置选用的交流接触器为韩国lg品牌的gmc系列。用于三角形运行的二个交流接触器按压缩机最大运行电流的58%来选取，用于星形启动的交流接触器按最大运行电流的33%来选取。 对于台湾汉钟螺杆压缩机，因其没有提供压缩机的最大运行电流值，我司选型时是按照莱富康压缩机的最大运行电流来选型的。 由于对压缩机采用的是星三角启动方式，因而对于每一个压缩机均配有三个交流接触器，具体配置见上表。 每个模块均配有二个施耐德交流接触器，用来控制冷凝风机的启停。冷凝风机的交流接触器的配置分为二种情况，一为一只交流接触器控制二只冷凝风机的启停，二为一只交流接触器控制三只冷凝风机的启停，此冷凝风机控制用的交流接触器型号为gmc-22。因为我司尚有部分西门子3tb系列和施耐德n系列交流接触器，因而在现阶段有部分机组控制冷凝风机的交流接触器用的是西门子或施耐德的产品。冷凝风机控制用交流接触器是按照大于等于线路中的最大运行电流（没有最大运行电流则按照电机额定电流）来选择的。 在主电路回路中，没有设置过载保护器，因为压缩机内部有一个保护模块，可对压缩机的电机过载、排气温度过高、线圈温度过热及缺相等作保护。所以省去了热过载继电器。 说明：1、压缩机最大运行电流为压缩机样本上提供的标注； 2、冷凝风机的额定电流为风机电机厂家提供的电气性能参数所注；四、主要电气元器件的选用压缩机： 选用进口螺杆压缩机，主要品牌有意大利莱富康用台湾汉钟压缩机。二种压缩机均采用的是星三角启动，以降低压缩机的启动电流。压缩机本身带有一个内置保护模块，安装于压缩机本身的接线盒内。 冷凝风机： 选用低噪音风机； 塑壳断路器：采用韩国lg品牌塑壳断路器。采用abs系列热磁式、不可调三极配电用塑壳断路器，环境温度为40时脱扣动作范围为1016倍额定电流。 微型断路器：选用瑞士abb微型断路器，具有d型脱扣特性曲线磁脱扣动作范围为（1020）倍额定运行电流；交流接触器：压缩机用主回路选用韩国lg的交流接触器； 交流接触器：选用韩国lg交流接触器；主要型号为gmc-22。 中间继电器：采用日本欧姆龙中间继电器； 程序控制器：目前选用的控制器有二种品牌，分别为德国西门子和台湾台达控制器，二种控制器均可方便的实现机组的自动控制和各种信息的提供，二种控制器均可进行输入和输出点数的扩展，也均可与另外的通讯协议进行良好的通信。这二种控制器均带有各自的文本显示器。阻容吸收器：为了保护控制器的继电器输出点，在控制器外接感性负载时并接rc阻容吸收装置，避免瞬时的感应电动势对控制器输出点的损伤； 温度传感器：采用四线制的pt100温度传感器，可减少温度的脉动；在西门子控制器中，温度传感器的双色线必须接在模拟量模块的+、处，另二根线作为连接用，在台达控制器中，二色线必须接入模拟量模块的a、c二端，中间可接任一根色线，否则会出现温度显示不准确；高低压力继电器： 高低压力继电器的设置使压缩机能保证其运行在正常的工作范围内，不致于对压缩机造成损坏，高压设定值为2.5mpa，低压设定值为0.25mpa，幅差值为0.1mpa（负偏差）。也就是说，高压在2.5mpa保护，低压在0.15mpa保护，0.25mpa复位。风侧压力继电器：机组在制冷工况下，当机组氟系统高压达到设定值2.1mpa时压缩机卸载至75%运行，幅差值为0.1mpa（负偏差）。即高压低于2.0mpa时风侧压力继电器复位，压缩机加载为100%运行。 防冻开关： 在每个模块的冷冻水出口处装有一个防冻开关，当冷冻出水温度低于设定值（41）时，防冻开关动作，相应模块保护停机； 水流量开关：在机组的冷冻水出口处装有水流量开关，以测定机组运行时的水流量是否达到我司设计的要求，此水流量开关可以根据实际情况进行调节，但在本公司出厂测试时已对此流量开关进行了调整，一般情况下不需对此进行调节； 散热风扇： 每个电控箱均配有一只散热风扇，此风扇的作用为降低电控箱体内的温度，保证电控箱内的电气元器件不在高温环境下工作，延长电气元器件的使用寿命。七、电气控制方案电气控制方案电气控制方案电气控制方案： 控制器输入/输出点的分配一般遵循以下规则： 1、 输入点：先是水流量开关输入点，接着是电源监视器信号，之后为一号模块高、低压力保护及风侧压力开关、压缩机内保和模块防冻保护，之后按顺序依次排列为二号模块、三号模块和四号模块，具体需视机组模块数而定。 2、 输出点：首先是水泵及散热风扇控制，对于水泵控制只提供一对无源常开触点，通过无源常开触点的通断来控制水泵的工作，具体水泵的主线路需用户自行布置，电气配件需用户自行处理。在风冷热泵机组上，我司要求在安装调试时必须用此无源常开触点来控制水泵的启停，因为我司在制热工况下有自动防冻的功能，若水泵不通过我司控制器来控制，则有可能冻裂机组的冷冻水管，造成整个空调系统的故障。之后为一号模块的风机及压缩机、能量调节阀控制，以后按顺序依次排列为二号模块、三号模块和四号模块，具体需视机组模块数而定，之后为四通电磁阀控制，最后为机组制热工况下除霜电磁阀和pm电磁阀控制。其中西门子控制器单模块机组的输出点配置与别的机型有区别，其将四通电磁阀和除霜电磁阀及pm电磁阀控制接于了冷凝风机和压缩机控制之间。常规显示信息常规显示信息常规显示信息常规显示信息： 1、 制冷或制热工况，在文本显示器的左上角； 2、 压缩机运行台数；3、 冷冻出水温度；4、 冷冻回水温度； 5、 n#翅片温度，具体视模块数而定； 6、 各种保护功能。 显示保护功能： 1、 断水或水流量不足：水流量不足造成，机组保护停机并显示故障原因。此保护功能有一定的延时，机组在运行过程中水流量开关连续断开5秒或在首次开机过程中水流量开关连续断开25秒，机组产生保护；文本显示器显示“断水或水流量不足”； 2、 系统高压压力保护：高压压力超过设置值，压力信号断开，相应系统压缩机立即停机，小于回复值自动复位。文本显示器显示“x#系统高压保护”； 3、 系统低压压力保护：低压压力小于设置值，压力信号断开，持续3分钟后，相应系统压缩机立即停机，回升至回复值自动复位。文本显示器显示“x#系统低压保护”； 4、 防冻保护：制冷模式下，出水温度低于温控开关设定值，机组相应模块保护停机并显示“x#模块防冻保护”。我司温控开关的设定值为（41）；制热时无效。 5、 压缩机内保：当压缩机内置保护模块动作时，相应的压缩机 立即停机并显示“x#压缩机内保”； 6、 压缩机油位保护：当机组采用汉钟压缩机时，机组在开机状态下，压缩机油位开关连续断开2分钟后，相应的压缩机立即停机，并显示“x#压缩机油位保护”；此保护为自动复位，复位时间约需30分钟； 7、 电源故障：当电源监视器测到电源有断相、相间电压不平衡、过压、欠压情况发生时，机组产生保护，控制器关闭所有输出，显示“电源故障”。 8、 停机再启动保护延时：当压缩机由于故障发生停机时，控制系统将在10分钟内禁止该压缩机启动。其余一些功能及控制特点;1、制热自动防冻功能：在制热模式下，当空调水温回水低于2，在10分钟内还没有回到2以上，则开启水泵，如果水温还在继续下降，若水温继续下降到1，则延时15秒后1#模块压缩机启动，把水温提升到5后自动停压缩机、水泵。 2、自动除霜：1）进入除霜：机组制热运行时连续运行累计时间超过20分钟且当20分钟后任一翅片温度和压缩机开启后3分钟所记录的温度差低于除霜温度设定值时，进入除霜程序。相应冷凝风机关闭，压缩机卸载至75%运行，相应的除霜电磁阀打开，作旁通除霜运行。2）退出除霜：当翅片温度超过除霜结束温度设定值或除霜时间达到7分钟后，相应的旁通除霜电磁阀关闭，压缩机加载至100%运行，除霜程序结束，机组重新进入制热运行。 3、排队除霜功能：模块翅片间隔除霜，按翅片进入除霜的先后顺序逐一进入除霜，翅片间的除霜间隔时间为2分钟。可避免水温的剧烈波动。 4、手动除霜：机组在制热状态下，按“手动”键后，出现手动除霜画面，依次按住其他键可对相应的模块进行手动除霜。（此功能只有台达控制器才具有）。手动开机：此开机方式仅限于调试机组时使用。此方式下，程序不处理模拟量检测数据。操作方法见说明书。自动开机：按“开机”键后，电控箱散热风扇开启，制冷时当回水温度大于设定值（t+2）或制热时当回水温度小于设定值（t-2）时，延时30秒后相应模块的冷凝风机开启，再延时5秒后压缩机开启。机组由多模块组合而成时，压缩机间的启动间隔时间为15秒。为了降低压缩机的启动电流，我司采用了星三角降压启动，在压缩机启动时打开其本身的25%能量调节阀，使压缩机轻载启动，25%能量调节阀打开10秒后关闭，使压缩机进入100%运行。 能量调节： 1、 制冷：据回水温度控制压缩机的卸载加载。 单模块机组：当机组回水温度小于设定值t时，压缩机卸载至75%运行，此后，若回水温度上升到大于设定值（t+1）时，关闭75%能量阀，压缩机进入100%运行；若回水温度继续下降，降至小于设定值（t-1）时，50%能量调节阀打开，压缩机进入50%运行，此后若回水温度上升到设定值t时，压缩机50%能量阀关闭，进入75%运往，若回水温度继续下降，降到小于设定值（t-2）时，25%能量阀打开并运行10秒钟后压缩机停机。此后需回水温度回升到设定值（t+2）时且延时5分钟压缩机又重新启动。 二模块机组：当机组回水温度小于设定值t时，一台压缩机25%能量阀打开，运行10秒后压缩机停机，此后若回水温度回升，升至大于设定值（t+1）时，先停的那台压缩机延时5分钟后开启；若回水温度继续下降，降至小于设定值（t-1）时，另一台压缩机25%能量阀打开，运行10秒后压缩机停机。此后需等回水温度大于设定值（t+1）时，且延时5分钟，先停的那台压缩机又重新启动。75%能量调节阀只有在风侧压力继电器动作后才打开，当风侧压力继电器复位后75%能量阀关闭，进入100%运行。 三模块机组：当机组回水温度小于设定值（t+1）时，一台压缩机25%能量阀打开，运行10秒后压缩机停机，此后若回水温度回升，升至大于设定值（t+2）时，先停的那台压缩机延时5分钟后开启；若回水温度继续下降，降至小于设定值t时，另一台压缩机25%能量阀打开，运行10秒后压缩机停机，此后，若回水温度回升，升到大于设定值（t+1）时，先停的那台压缩机延时5分钟后开启；若回水温度继续下降，降至小于设定值（t-1）时，最后一台压缩机25%能量阀打开，运行10秒后压缩机停机。此后需等回水温度大于设定值（t-1）时，且延时5分钟，先停的那台压缩机又重新启动；75%能量调节阀只有在风侧压力继电器动作后才打开，当风侧压力继电器复位后75%能量阀关闭，进入100%运行。 四模块机组：当机组回水温度小于设定值（t+1）时，一台压缩机25%能量阀打开，运行10秒后压缩机停机，此后若回水温度回升，升至大于设定值（t+2）时，先停的那台压缩机延时5分钟后开启；若回水温度继续下降，降至小于设定值t时，第二台压缩机25%能量阀打开，运行10秒后压缩机停机，此后，若回水温度回升，升到大于设定值（t+1）时，先停的那台压缩机延时5分钟后开启；若回水温度继续下降，降至小于设定值（t-1）时，第三台压缩机25%能量阀打开，运行10秒后压缩机停机。此后若回水温度上升，升到大于设定值t时，先停的那台压缩机延时5分钟后开启；若回水温度继续下降，降至小于设定值（t-2）时，最后一台压缩机25%能量阀打开，运行10秒后压缩机停机。此后需等回水温度大于设定值（t-2）时，且延时5分钟，先停的那台压缩机又重新启动；75%能量调节阀只有在风侧压力继电器动作后才打开，当风侧压力继电器复位后75%能量阀关闭，进入100%运行。2、 制热：据回水温度控制压缩机的卸载加载。 单模块机组：当机组回水温度达到设定值t时，压缩卸载至75%运行，此后，若回水温度下降到小于设定值（t-1）时，关闭75%能量阀，压缩机进入100%运行；若回水温度继续上升，升至大于设定值（t+1）时，50%能量调节阀打开，压缩机进入50%运行，此后若回水温度下降到设定值t时，压缩机50%能量阀关闭，进入75%运往，若回水温度继续上升，升到大于设定值（t+2）时，25%能量阀打开并运行10秒钟后压缩机停机。此后需回水温度下降到设定值（t-2）时且延时5分钟压缩机又重新启动。二模块机组：当机组回水温度大于设定值t时，一台压缩机25%能量阀打开，运行10秒后压缩机停机，此后若回水温度下降，降至小于设定值（t-1）时，先停的那台压缩机延时5分钟后开启；若回水温度继续上升，升至大于设定值（t+1）时，另一台压缩机25%能量阀打开，运行10秒后压缩机停机。此后需等回水温度小于设定值（t-1）时，且延时5分钟，先停的那台压缩机又重新启动。75%能量调节阀只有在机组进入除霜状态时才打开，当机组退出除霜状态时75%能量阀关闭，进入100%运行。 三模块机组：当机组回水温度大于设定值t时，一台压缩机25%能量阀打开，运行10秒后压缩机停机，此后若回水温度下降，降至小于设定值（t-1）时，先停的那台压缩机延时5分钟后开启；若回水温度继续上升，升至大于设定值（t+1）时，另一台压缩机25%能量阀打开，运行10秒后压缩机停机，此后，若回水温度下降，降到小于设定值t时，先停的那台压缩机延时5分钟后开启；若回水温度继续上升，升至大于设定值（t+2）时，最后一台压缩机25%能量阀打开，运行10秒后压缩机停机。此后需等回水温度小于设定值（t+2）时，且延时5分钟，先停的那台压缩机又重新启动；75%能量调节阀只有在机组进入除霜状态时才打开，当机组退出除霜状态时75%能量阀关闭，进入100%运行。 四模块机组：当机组回水温度大于设定值（t-1）时，一台压缩机25%能量阀打开，运行10秒后压缩机停机，此后若回水温度下降，降至小于设定值（t-2）时，先停的那台压缩机延时5分钟后