毕业设计22毕业设计-冷水机组控制系统设计

1 冷水机组 控制系统 设计 摘要 ： 随着科技的进步，工业的发展和先进设备的引进，社会对制冷工业要求越来越高。30HK-36 系列冷水机组是目前制冷环境中为各种工艺过程提供冷媒水的主要设备之一，本设计通过对该机组动力方案的选择控制原理的分析，电气原理图的绘制及控制柜的设计，系统反映该机组电气控制的内容和过程。 关键词 ： 冷水机组 . 冷媒 . 动力方案 . 电气控制 前 言 一 、制冷技术 以及冷水机的发展简史 人类利用天然冰作为冷源使用，在中国、埃及、希腊等文明古国的历史上都有记载。但天然冷源难以得到 0以下的低温，还受季节、区域等条件的限制，已不能满足社会的发展的需要。 1820 年 -人造冰首次在实验室中制造出来 1824 年 -揭示吸收式制冷原理 1834 年 -人造冰的生产开始 1855 年 -制造出吸收式制冷装置 1890 年 -小块人造冰面市 -机械制冰工业开始了 1910 年 -家用机械冰箱出现 1913 年 -制造出第一台手动家用冰箱 人工制冷的方法是随着工业革命开始的， 1755 年爱丁堡化学教授库仑利用乙醚在真空下蒸发是水结冰，他的学生布拉克解释了融化和气化现象，导出了潜热的楷念，标志着现代制冷技术的开始。 在普冷方面， 1834 年发明家波尔金斯造出了第一台以乙醚为工质的蒸汽压缩式制冷机，并正式申请了英国第 6662 号专利。这是后来所有蒸汽压缩式制冷机的雏型，但使用的工质是乙醚，容易燃烧。到 1875 年卡利和林德用氨作制冷剂，从此蒸汽压缩式制冷机开始占有统治地位。 在此期间，空气绝热膨胀会显著降低空气温度的现象开始用于制冷。 1844 年，医生高里用封闭循环的空气制冷机为患者建立了一 座空调站，空气制冷机使他一举成名。威廉 西门斯在空气制冷机中引入了回热器，提高了制冷机的性能。 1859 年，卡列发明了氨水吸收式制冷系统，申请了原理专利。 1910 年左右，马利斯 莱兰克发明了蒸汽喷射式制冷系统。 2 在二十世纪六 ,七十年代 ,美国地区发生罕见的干旱天气 ,为解决干旱缺水地空调冷热源问题 ,美国率先研制出风冷式冷水机 ,用空气散热代替冷却塔 ,其英文名称是 :Air cool Chiller,简称为Chiller!现在随着科技的进步，工业的发展、对设备要求的不同，出现了各种各样的冷水机组。 二、 本设计主 要内容 30HK-36 系列自动型冷水机组属为宾馆、大楼及工业企业各种工业过程提供低温用水的新型成整套制冷设备。适用于影剧院、医院、宾馆、办公大楼等建筑物的空气调节，同时也可提供轻纺 工业、化学工业、金属加工工业等部门的空气调节及工艺用低温水。 冷水机组的外形 （附后见图一），冷水机组的工作流程， 机组正常运转的工作参数 。 机组压缩机及其他动力使用三相交流电源（ 380V-50HZ）机组使用 R22 制冷剂。本次任务主要对该机组电气控制进行设计冷水机电器控制系统设计包括冷水机电气原理图 （附后见图二）的设计、电气元件布置图 （附后见表一）设计、机组 接线 和管路 图设计 （附后见图三） 等以及机器设备选型介绍方面的内容。 三、本设计与相关课程的关系 本设计涉及的知识面较广，与之联系密切的课程较多。其中专业基础课有制图技术、电工与机 床电气控制 工程热力学与制冷原理 制冷机械与设备 制冷装置自机控制 等课程 四 、设计的目的 本设计理论知识和实践技能并重，在设计时理论联系实际，加强了读图和绘图的能力，学会有关标准、规范的使用。最终通过图纸文件的形式将设计的意图及设计内容表达出来。 3 一、 冷水机组设备的选择 （ 一 ） 、 压缩机的选择 压缩机是制冷系统的动力核心，它可将吸入的低温、低压制冷剂蒸汽通过压缩提高温度和压力，并通过热功转换达到制冷的目的 制冷循环是逆卡诺循环 根 据现阶段的使用情况来看主要选用活塞式压缩机。 活塞式制冷压缩机虽然种类繁多，结构复杂，但其基本结构和组成的主要零部件都大体相同，包括机体、曲轴、连杆组件、活塞组件、气缸及吸排气阀等。其主要优点有 体积小，噪音小，易于保护，问世早，技术成熟。承受的压力范围较宽，可以在较大的冷凝压力的条件下工作，效率高，单位知冷量的耗电少。根据 30HK36 系列本设计选用 06E7 型全封闭往复活塞式压缩机。 压缩机基本参数 类 别 缸径 行程 转 速 范 围r/min 缸数个 容积排量（ 8 缸） mm 最高转速r/min 排量m3/h 最低转速r/min 排量 m3/h 活 塞 式 100 100 6531500 2.4.6.8 1480 535.2 750 272.3 70 395.6 197.9 125 110 6201200 4.6.8 1200 767.2 550 378.6 100 704.5 353.3 170 140 5001000 1000 1545.5 500 653.3 250 200 500600 8 600 2828 500 2533 （ 二 ） 、 冷凝 器 的选择 冷凝器又称为散热器，凝缩器，凝 结器。 它的工作原理： 1.过热蒸汽冷却成为干饱和蒸汽。 2干饱和蒸汽冷却成为饱和液体。 3饱和液体冷却成为过冷液体。 冷凝器的介质可分为；空气冷却冷凝器，水冷却冷凝器，蒸发式冷凝器和淋式冷凝器。根据设计要求选用水冷卧式壳管式冷凝器中 WN-20/8 型。本种冷凝器结构紧凑，传热效果好，冷却水进出温差大，耗水量小等特点 （ 三 ） 、 蒸发器的选择 蒸发器又称为；冷冻器，挥发器，蒸发盘管。 按其介质可以分为；冷却空气蒸发器和冷却液体蒸发器。 按其制冷控制方式可以分为；满液式，半满液式，干式。 选用干式蒸发器因为本蒸发器是在膨胀阀降压节流后的液体制冷剂在蒸发器中流动蒸发到 4 出口全部蒸发完毕变成蒸汽。制冷剂的状态变化是；液体 -液与饱和蒸汽 -干饱和蒸汽 -过热蒸 汽。 （ 四 ）、 消声器的选择 噪音干扰环境的安静，对人体不利，所以要装配消声器。消声器的主要利用吸音材料，如各类纤维，泡沫塑料，矿渣棉等材料吸音，并利用阻性消声管道，吸声弯头，曲折通道，弧型声流通道等衰减声音。 消声器的种 类； T701-2 型矿棉消声器 T701-4 型卡普隆消声器 T701-5 型流式消声器 T701-6 型阻抗复合式消声器 本设计选用 T701-2 型矿棉消声器 （ 五 ）、 热力膨胀阀选择 热力膨胀阀广泛 应用于中央空调冷水机组。它既可控制蒸发器供液量，又可节流饱和液态 制冷剂。根据热力膨胀阀结构上的不同，分为内平衡式和外平衡式两种。考虑到制冷剂流经蒸发器产生一定的压力损失，为降低开启过热度，提高蒸发器传热面积的利用率，一般自膨胀阀出 口至蒸发器出口，制冷剂的压力降所对应的蒸发温度降超过 23 ，应选用外平衡式热力膨胀阀。基本特点：具有稳定的过热度，是系统运行稳定；蒸发温度范围： -40至 +10；适用于 R12、 R22、 R134a 等介质 （ 六 ） 、 水泵 冷水机组无论是冷冻水系统还是冷却水系统都离不开水泵。水泵是冷水机组系统中重要的辅助设备。 冷水机组常用的水泵为离心式水泵，有 IS 系列、 S 系列、 D 系列和 SB 系列等。 SB 系列水泵是高效节能水泵它与 IS 系列、 S 系列想比，具有体积小、质量小、效率高、结构合理、通用性好、性能稳定可靠、拆装维修方便等优 点。 SB 系列高效水泵可用于输送 80的清水 ,所以很适合冷水机组使用。所以 30HK 系列冷水机组采用 SB 系列。 （ 七 ） 、 冷却塔 冷却塔有两种基本形式，即直接接触式冷却塔和间接接触式冷却塔。间接接触式冷却塔中，被冷却的水在封闭的管组中循环冷却，管组外面由喷淋水系统向封闭管组外喷淋，蒸发冷却管内的冷却水。 （ 八 ） 、 过滤器 Y 形过滤器是目前比较常用的一种消除管路系统中杂质的连接阀门，常置于减压阀、安全阀、定位水阀等各类阀门的进口端，通过滤芯的作用，消除介质中的杂物，使得管路中的其他设备安全顺利地进行各项工作，保证各供 水设备的正常工作。 Y 型过滤器的特点： 1、强大的过滤功能，可过滤细小的杂物。 2、较大的过滤面积，极小的水头损失。 3、清除杂物极其方便。 （ 九 ） 、防火排烟装置 5 由于设备的选用等 一些情况下安全是首要问题本设计在防火排烟的设计方面选用 远控排烟防火阀 PYFH-5 排烟防火阀 PYFH-2 PYFH-6 排烟防火阀一般安装在排烟系统的风管上，用于发生火灾时进行排烟，并且当风管内温度达到280 时自动关闭。采用 SFD 控制装置，电源 DC24V， 0.5A。平时常闭，接到控制中心 DC24V 电信号时打开。手动打开，手动复位 。阀门动作后输出开启信号。根据用户需求可以与其它设备连锁。温度达到 280 时自动重新关闭。 远控排烟防火阀 PYFH-5 PYFH-7 远控排烟防火阀一般安装在排烟系统的风管上或排烟口处，用于发生火灾时进行排烟，当烟气达到 280 时自动重新关闭，人能够在房间内操纵阀门。采用 BSFD 控制装置，电源 DC24V， 0.5A。平时常闭，接到控制中心 DC24V 电信号时打开。远距离手动打开，远距离手动复位。阀门动作后输出开启信号。根据用户需求可以与其它设备连锁。温度达到 280 时自动重新关闭。 多叶防火排烟口 PYK-5- PYK-5- 多叶排烟防火口一般安装在过道或防烟前室及无窗房间的排烟系统上。当烟气温度达到 280时自动重新关闭，以达到防火的目的。采用 SFD 控制装置，电源 DC24V， 0.5A。平时常闭，接到控制中心 DC24V 电信号时打开。手动打开，手动复位。阀门动作后输出开启信号。根据用户需求可以与其它设备连锁。温度达到 280 时自动重新关闭。 远控多叶排烟口（加压送风口） PYK-3- PYK-3- 远控多叶排烟口安装在过道或防烟前室及无窗房间的排烟系统上。远控加压送风口安装在防烟前室，火灾发生时在前室内形 成正压。可以在房间内控制。采用 BSD 控制装置，电源 DC24V， 0.5A。平时常闭，接到控制中心 DC24V 电信号时打开。远距离手动打开，远距离手动复位。阀门动作后输出开启信号。根据用户需求可以与其它设备连锁。 远控多叶防火排烟口 PYK-4- PYK-4- 多叶排烟防火口一般安装在过道或防烟前室及无窗房间的排烟系统上。当烟气温度达到 280时自动重新关闭，以达到防火的目的。可以在房间内控制。采用 BSFD 控制装置，电源 DC24V，0.5A。平时常闭，接到控制中心 DC24V 电信号时打开。远距离手动打开，远距 离 手动复位。阀门动作后输出开启信号。根据用户需求可以与其它设备连锁。温度达到 280 时自动重新关闭。 （ 十 ） 、 R-22 制冷剂特性简介 氟利昂是目前广泛使用的制冷剂，它是饱和碳氢化合物的总称，起特点是微毒、无臭味、不燃烧、没有爆炸危险、化学稳定性好，不与水反应，对金属无腐蚀作用，在这里我们着重 介绍一下R-22（ CHLF2）的特性。 R-22 的标准沸点为 -40.8， R-22 是中温制冷剂，当用水作冷却介质时，其冷凝压力一般应不超过 1.53MPa；当用风冷却时，其冷凝压力一般应不超过 21.6MPa（热带空调除外） 。 水在 R-22 中的溶解度比在 R-12 中大 10 倍以上，而且温度越低，其含水量的 比例越高，因此，要求 R-22 含水量不 超过 4.-60P.PM。 R-22 的电气性能良好，绝缘性能优良，只是在液相时介电常数高，绝缘电阻低：介电常数高， 6 意味着由于微两杂质而引起绝缘电阻降低的趋势增大，如同润滑油混合，绝缘将急剧降低，因此，在封闭系统中使用 R-22 是，对电气绝缘材料和杂质要特别注意。 （ 十一 ） 、 30HK 36 系列冷水机组特点与工作原理 30HK 系列的特点 ： 半封闭压缩机电机与压缩机连为一体，体积小，效率高，维修方便。机组采取压缩机组合，逐台启动，在部分负载运行时，节能效果显著，压缩机底部的避震弹簧，使机组防震性能好。双制冷回路二组独立的制冷回路，当一组发生故障或保护装置跳脱时，另一组仍能继续运行。特别适合于要求可靠运行的使用场合。手动转换开关改变机组各台压缩机的开停机的顺序，以均衡压缩机的磨损，延长机组的使用寿命。制冷剂的液量视窗以颜色显示制冷剂的干湿度，使操作人员对机组制冷剂系统的观察更容易简便。曲轴箱油电热器当压缩机停机后，压缩机里的曲轴箱油电热器便自动加 热，防止系统中的润滑油的稀释。高传热管具有内外翅片的高性能传热铜管提高了热交换的效果，减少了能量消耗。电器控制柜于机组连接为一体的控制柜使机组安装更加简便。自控装置和安全连锁电路确保机组安全可靠经济运行。控制板上压缩机运行指示灯，各类保障指示灯及高 低压表 便于现场检查机组运行并使维修倍加方便。 30HK-36 系列冷水机组具有结构紧凑、外表美观、配件齐全、制冷系统的流程简单等特点。机组运到现场后只需要简单安装，接上水，电即可投入运转。与将制冷系统的各个设备分散安装于机房之间，再用很长的管道连接在一起的布置 方式相比，不仅选型设计和安装调试大为简捷，节省占地面积，而且操作管理也方便，在很大程度上提高了设备运行的可靠性、安全性和经济性。本机组主机为压缩机，选用 06E7 型电机与之配套 30HK-36 活塞式冷水机组由活塞式压缩机（工质 R22）、冷凝器 、蒸发器、热力膨胀阀等组成的制冷系统，电控柜和机架三大部分组成。冷凝器、蒸发器、采用了高郊外换热管，大大提高了传热效率，使机组体积和重量有了显著的缩小，并配备了自动能量调节装置和自动安全保护装置。因而运转安全可靠，安装使用方便。 30HK 系列冷水机组用途：系列冷水 30HK-36 机组主要使用于冷却塑料模具及注射机油箱，通过快速冷却，可以大大缩短作业循环时间，从而提高生产效率和塑料制品的质量，同时该机也是医院CT 机，化工反应池，精密仪表车间等不可缺少的制冷设备。特点： 1、采用进口开启式压缩机，效率高，冷冻能力强。 2、换热器采用瑞典阿法拉阀板式换热器，管式换热器。 3、控制精度高。 4、采用了较好的制冷附件，确保主机高质量运行。 5、本产品自动化程度高。 30HK-36 活塞式冷水机组技术性能表 名义制冷量 116KW 冷却水进水温度 32 压缩机台数及型号 1 台 06E7 型 冷却水出水温度 37 冷量调节范围 30% 冷却水压头损失 26KPa R22 加入量 23Kg 机组重量 940Kg 机组运行重量 1000Kg 冷水出水温度 7 冷水进水温度 12 冷水压头损失 44KPa 机组长度 2580mm 机组宽度 910mm 机组高度 1250mm 电机冷却方式 氟利昂气体冷却 7 二、 冷水机组电气控制系统 标准 电压 400-3-50 电网电范围 342-457 KWMAX WSA ICF ICI 45 96 207 207 ICF-瞬间电流 WSA 电线额定电流 ICI 最大的压缩机的堵转电流 电源； 380V 60KW 三相四线 （ 一 ） 、 主电路设计 （ 1） 压缩机电动机 CP 功率较大，主电源线引入 控制箱，均在右上侧长方孔中引入直接接入 CB1，连接螺栓 M6，其余接入端子板 L，连接螺栓为 M10 控制电源可以从三相四线主电源引入，也可以单独引入。压缩机回路继路器分断能力 5KA 控制回路分断能力为 6KA （ 2）、冷水机组电机 SW，冷媒水电机 M3、风机电机 M4 功率都较少，采用全压启动，额定电流分别为 17.0A，中间采用限流保护。 （ 二 ） 、电源设计 考虑到安全可靠 并满 足照明和指示灯的要求，根据机械设计和机床电气控制的提示，主电路控制电 路采用 380V3PH-50HZ 控制电路 （ 三 ） 、 控制电路的设计 压缩机 CP 的控制在控制柜上设置启动按钮 SB2 及停止按钮 SB1 可控制压缩机的启动和整个系统停止运行 的控制电路。在压缩机上设有急停按钮 SB3， 可在遇到紧急情况时 迅速停机 （ 四 ） 、 机组设置的自动保护装置 1.电机过载保护 采用热继电器 CR 保护，整定电流为 120A，在任何时间内，如果压缩机电机电流超过 ICI 的电流值，电动机将停止工作，从而实现了对电动机的过载保护。 2.排气压力超高保护 采用压力继电器保护，整定值为 1.57MPa，当排气压力超过整定值时，压力继电器 HPS 通电，HPS 常闭 触点断开，立即停机，铃响，高压保护指示灯 HPL 亮。 3.油压差保护 油压继电器保护整定值为 0.2MPa，当油压与吸气压力之差小于整定值时，继电器 R 动作，蜂鸣器响，在 30S 延时范围内如油压恢复正常，蜂鸣器停，机组正常工作，否则主机停机，铃响， 供液 电磁阀 LLSV 自动断开。 4. 油加热 油加热采用 1500W 电热管加热。与相应机组交流接触器器常闭触点相连，确保停机后自动进行油加热。 5.超低温保护 8 采用 TC 温控器作冷媒水低温保护，整定值为 2 （以防冰冷），当冷媒水出水温度达此温度时，继电器 R 动作， LWTC 自 动切断 ， 当水温低时 LPS 低压保护开关断开 LWTC 自动切断 LWTCL 低水温切断保护灯亮。 TS 自动转换， 在 45S 延时范围内如水温恢复正常，机组正常工作，否则，主机停，铃响。 6.冷凝器、蒸发器缺水保护 采用 SC 分级控制继电器保护，当冷凝器或蒸发器缺水时，水流继电器 CWFS 动作 CWFSL 冷水水流保护指示灯亮， TS 自动转换 在 35S 延时范围内如水温恢复正常 。 7.机组电器采用控制柜控制，控制柜受电后，柜面上电源批示灯 HL 灯亮，此时主电路应处于断开状态。 8.由于报警电路中的电铃不需要长期响铃，所以须采用脉冲式电铃， 即信号一来响一次。 9 三、 30HK-36 系列冷水机组故障的分析与解决办法 （ 一 ） 、 问题或故障 原因分析 解决方法 吸气温度过低 1 热力膨胀阀开启过大 1 调小开启度 2 系统内制冷剂过多 2 减少到合适量 3 冷冻水出水温度太低 3 提高出水温度设定值 4 蒸发器内隔离密封垫床有漏 4 检修或更换 5 机组停机时没有进行油加热 5 检修油加热器，保证停机自动加热 （ 二 ） 、 吸气温度过高 1 吸气压力太低，电机外壳发热。 1 查明原因，提高吸气压力 2 膨胀阀开启太小，吸气过热度太大 2 调大膨胀阀开启度 3 电机线圈发热 3 查明原因，降低电机升温 4 冷冻水进出温度过高 4 降低 （ 三 ） 、 电机过载保护 1 电源电压超过 340V-440V 范围 1 查明原因，恢复到正常范围内 断流器跳闸 2 电源三相电压不平衡值大于 2% 2 查明原因，降低到标准值以下 3 电源三相电流不平衡值大于 10% 3 查明原因，降低到标准值以下 4 主电源接线接触不良，电线发热 4 改善接线状况线电流增大 5 压缩机由于缺油或断油，造成运 5 查 明原因，改善压缩机润滑 动部件咬死电机不转动 电流状况 猛升 6 主电源 380V 缺相，电机在二相状 6 补全三相 态下运转，电流猛升 7 电机 A B 绕组与电源接线不对相引 7 重新正确接线 起部分绕组缺相和相电压不平衡 （ 四 ） 、 电机烧毁 1 压缩机机械故障引起断流器跳闸 1 拆开吸气端盖，取出烧坏的定子 在没有排除该故障的情况下，将断 修理或更换。同时必须将压缩机 流器重新多次合上，多次启动电机， 也全部拆开清洗 多次跳闸。 2 036 型机组部分绕组启动延时间 2 036 型机组启动前必须检查时间 隔超过 2S，但断流器末跳闸 几次启 继电器是否把 A B 两绕组的启 动运转后，引起部分绕组启动时间而 动间隔时间设定在 1S-1.5S 发热，直到烧坏绕组 10 设计总结 通过对湘潭、娄底等多个地方的中央空调的实地观察和本次设计。使我在所学专业理论课程进行了一次系统的应用，掌握了接触器 -继电器