3.2典型活塞式制冷机组的自动控制.doc

3.2 典型活塞式制冷机组的自动控制活塞式制冷系统作为一种传统的机型，仍被广泛地应用。目前有许多机型，包括各种冷水机组、各种冷库，仍使用常规仪表进行控制，而新型的、先进的活塞式制冷系统则采用可编程控制器和专用单片机进行控制，变频压缩机、电子膨胀阀，自适应控制和模糊控制等先进的控制方法被采用，大大提高了机组运行的效率和控制精度。本节介绍空调用制冷装置和冷库用氨制冷装置的自动控制基本方法，通过学习熟悉活塞式制冷装置所采用的控制方法。3.2.1 空调用制冷装置的自动控制中小型空调用制冷装置的制冷系统，所用的压缩机一般没有卸载装置，风机也不变速。系统主要包括能量调节系统和安全保护系统。如图31为空调用用制冷装置的控制系统。图31 空调用制冷装置的控制系统S1、S2电磁阀 TE外平衡热力膨胀阀 T注液阀 CPC旁通能量调节阀CPR恒压调节阀 NRV止回阀 KP75温度控制器 KPl5高低压控制器 MP55油压差控制器 SGI视液镜 CPT温度式蒸发压力调节器一、能量调节系统外界新风温度的高低和系统内本身负荷的大小，是空调系统的主要负荷干扰，为提高控制精度，使系统的制冷量能够更好地与需要的热负荷相匹配，系统除了进行常规的能量调节外，还增加了一些特殊的调节方法，包括采用专用的温度式蒸发压力调节器，通过对新风温度的信号的采集，来控制流过蒸发器的制冷的流量，从而实现制冷量和负荷的匹配。1压缩机能量调节使用旁通调节阀CPC，通过制冷剂在压缩机出口的旁通，减小有效制冷量，提高压缩机的吸气压力，使系统的制冷量能够与较小的热负荷相匹配。2新风补偿调节使用温度式蒸发压力调节器CPT，结构见图32，新风温度发出信号，若新风温度变化，则调节阀的开度变化，引起蒸发压力与吸气压力的变化，使压缩机冷量与蒸发器相匹配。图323送风温度调节使用温度控制器KP75控制压缩机起停，送风温度发出信号，双位控制器控制压缩机的起停，使送风温度稳定在设定的上下限范围内。4冷凝压力调节使用恒压调节阀CPR和旁通能量调节阀CPC，通过调节恒压阀的开度，来调节冷凝器中制冷剂的液面高度，从而调节有效冷凝面积，控制冷凝压力维持在设定的范围内。旁通阀根据贮液器的压力控制开度，保持储液器的压力维持在一定值上。二、安全保护系统为使机组正常工作，机组中采用了一些必要的保护措施，常用的有高低压压力保护，油压保护，压缩机过热过电流保护等。1高低压压力保护高低压压力控制器，控制吸、排气压力，防止其过低或过高。2油压保护使用油压差控制器，控制润滑油的压力稳定，保证压缩机的正常润滑。3压缩机高温保护与旁通能量调节阀配套使用，一旦发生压缩机排气高温，则通过连接在冷凝器出口的注液阀向压缩机吸气口喷夜，以降低压缩机的排气温度。或者使用压缩机过热保护器,当压缩机过热时保护器动作，压缩机停止工作。三、自动控制模式目前新型的空调用活塞式冷水机组，在家用中央空调和商用中央空调系统中应用比较广泛，而先进控制方法的采用，大大提高了机组运行的效率和控制精度。下面以特灵CGAR1505型风冷热泵冷水机组为例说明其控制模式。1制冷系统流程图33所示为该冷水机的制冷系统流程图，2制冷流程控制模式34 制冷流程控制模式3制热流程控制模式图35 制热流程控制模式3.2.2 氨制冷装置的自动控制图36是以氨作为制冷剂的冷藏库的制冷系统原理图。调节系统包括能量调节系统、安全保护系统等。一、能量调节系统为所需要的热负荷与机组的制冷量相匹配，就要进行压缩机的能量调节。1 压力控制器电磁阀式能量调节凡是本身带有自动卸载机构的制冷压缩机，均有条件采用压力控制器电磁阀式来进行系统能量调节。图36为一台八缸压缩机采用本方案作能量调节的原理图。压缩机的每两个气缸为一组，由一套卸载机构控制。卸载机构的油缸驱动气缸外侧的拉杆。其原理是：当油缸有油压时驱动拉杆，压下吸气阀片，该组气缸工作；当油缸泄压，则吸气阀片由弹簧自动顶开，成空行程，该组气缸卸载。在图36中仅示出了推动卸载机构的油缸，其余部分省略。该压缩机有两组气缸为基本工作缸(组，组)，在运行时不能调节；中间两组(组，组)调节气缸分别由压力控制器SP3，SP4控制；这两只吸气压力控制器的差动值为0.040.05MPa，其接通压力与断开压力值如表31所示，其中SP4为高负荷压力控制器，其接通压力按最高蒸发压力(温度)调定。两只压力控制器定值压力差0.010.02MPa。其能量调节范围八缸工作时为100%，六缸为75%，四缸为50%；基本工作缸、两组卸载机构的压力油缸直接与油泵出口相通，压缩机刚启动时，油压尚未建立，油缸无油压，气缸吸气阀片被弹簧顶杆顶起，基本工作缸也被卸载，因此压缩机处于全卸载工况轻负荷启动。经几十秒后(在一分钟以内)，润滑油压力建立，基本工作缸便投人工作。当热负荷大于四缸工作的制冷量时，吸气压力上升，超过压力控制器SP3的接通压力0.26MPa，使SP3接通，将电磁滑阀YVl吸上，压力油通过a孔，经c孔流入组气缸的卸载压力油缸，使组气缸投人工作，压缩机运行于75%工况。若组气缸工作后，由于负荷大吸气压力仍继续上升，至0.28MPa，使SP4压力控制器也接通，电滋滑阀YV2被吸上，压力油从孔a经YVl滑阀下部，到孔b，最后流入组气缸的卸载压力油缸，使组气缸亦投人工作，此时压缩机作100全负荷运行。若负荷下降，吸气压力跌至0.23MPa，则SP4断开，电磁滑阀YV2失电关闭(如图示位置)，则组气缸断油泄压，油缸活塞被弹簧顶回，油缸中油经孔b、g与d孔流回曲轴箱。组气缸卸载，又恢复75负荷运行。若四缸工作时，吸气压力因负荷下降而跌至0.2MPa(表压)，则低压控制器SP0动作，使压缩机停车。当停车后压力回升至0.24MPa，则SP0接通，压缩机又自动启动作四缸50工况运行，若吸气压力又逐步升高，再增缸至75%与100%工况运行，全部依靠压力控制器与电磁滑阀控制。表31压力控制器接通压力与断开压力压力控制器断开压力(表)MPa接通压力(表) MPa差动值(表) MPaSP4SP3SP00.23()0.22()02(-1)0.28(6)0.26(4)0.24(3)0.050.040.04图36 压力控制器电磁阀控制压缩机能量原理图1滤油器 2油泵 3曲轴 4油压调节阀 5气缸卸载机构的压力油缸 6油压差表 7吸气管 YVl、YV2电磁滑阀 SP3，SP4压力控制器 Spo低压控制如需要把八缸压缩机能量输出增加25%挡(共100%、75%、50%、25%四挡)，可由三个电磁阀用三个压力控制器分别控制。此时仅一组(两缸)为基本工作缸。至于用单独电磁阀还是用并联电磁阀(图36)则取决于各厂家习惯，在工作原理上并无实质差异。2压力控制器控制压缩机的工作台数实现能量调节如图37所示，系统安装四台压缩机，通过压力控制器控制吸气压力的方法来实现。压缩机能量调节中四台压缩机的起停顺序为1号机受库房温度控制器控制，只要有一个库房的温度高于给定上限值，该压缩机就开启。只有当所有库房的温度都到达温度下限时，该压缩机才关闭。第、号机均受压力控制器控制。图37压缩机能量调节中四台压缩机的起停顺序二、安全保护系统1压缩机的保护压缩机作为制冷装置的主机，它的安全可靠对系统的正常运行起决定作用。其保护方法是当工作参数出现异常将危及到压缩机安全时，立即或者延时中止运行。（1）吸排气压力保护制冷系统工作时应防止压缩机排气压力过高和吸气压力过低。各种操作或处理不当，如操作失误，开机后排气阀仍未打开，制冷剂充灌量过多，冷凝器大量积液，冷凝器断水或水严重不足，冷凝器风扇电机出故障，系统中不凝性气体含量过多等，都将引起高压侧压力过高，对压缩机造成危害。吸气压力过低或者低压侧被过分抽空所造成的危害是：压缩比增大，排气温度上升，效率下降，压缩机工作条件恶化，还使被冷却介质温度过分降低，若低压侧负压严重，空气渗入系统，将不凝性气体和水分带入，又使排气温度、压力提高，造成压缩机工作异常，水分还会形成膨胀阀冰堵。对于氨机，系统中混入空气甚至有爆炸的危险。高压控制器在压力升到设定值的上限时，切断电路，在压力降到设定值的下限时，接通电路，用作排气压力保护。低压控制器在压力降到设定值下限时切断电路，在压力升到设定值上限时，接通电路，用作吸气压力保护。（2）油压差保护采用油泵强制供油润滑的压缩机，如果油压不足，油就不能正常循环，从而导致润滑不良烧毁压缩机。另外，对于有气缸卸载机构的压缩机，若油压不足，卸载机构也无法工作。因此，对这类压缩机必须设油压保护。因为油循环的动力是油泵出口压力与曲轴箱压力(即吸气压力)之差，所以油压保护以该压力差为信号，实现对压缩机的安全保护。由于油压差控制器有延时执行的功能，因此，在开机前油压尚未建立起来时并不影响压缩机的启动运转。运转后，短期缺油也不会危及压缩机的安全。如果持续到指定的延时时间仍不能建立起油压，则表明有故障，这时压缩机便会停车。（3）温度保护1）排气温度保护 排气温度过高会影响压缩机寿命、使润滑油结焦，严重时引起工质分解、爆炸。氨的排气温度规定在150以下。采用温度控制器感应排气温度，排气温度超过设定值时，令压缩机保护性停车。温度控制器的温包应紧靠在排气口处安装。当然，热气旁通引起的排气温度过高也不允许，但这种情况下不是靠压缩机停车解决，而采用喷液冷却。2）油温保护 曲轴箱内油的温度，规定比环境温度高2040，最高不得超过70。油温过高时，油粘度下降，使压缩机运动部件磨损加剧，甚至烧坏轴瓦。用油温控制器在油温过高时控制停机。曲轴箱内有油冷却盘管的压缩机不必设油温保护。对于氟机，若曲轴箱中有大量制冷剂混入，启动时影响油压的建立，因此，曲轴箱内设电加热器，启动前通电加热使制冷剂蒸发，在这种情况下也要控制油温。3）冷却水断流保护 氨压缩机气缸头设冷却水套，若运行中水套断水会使排气温度升高，严重时会引起气缸变形。采用水冷却的机组，若运行中冷凝器断水也会引起排气温度升高，甚至危及冷凝器的安全。在出水管路安装一对电接点，有水流过时，电接点被水接通，继电器使压缩机可以启动或者维持正常运行；没有水流过时，接点不通，禁止压缩机启动或令其故障性停机。在实际应用过程中，并非对压缩机的各种保护不加选择地全盘设置，而应根据系统和压缩机的具体情况有选择地配备，以满足可靠安全运行为原则。2氨泵保护措施1）欠压保护 氨泵不上液或因汽蚀而空转，氨泵的进出口压差很小或为零，这种状态叫欠压或无压差运行。目前冷库中常用的屏蔽泵，它的石墨轴承需氨液来润滑和冷却，同时屏蔽电机的涡流热也需要氨液来冷却，因此屏蔽泵不能断液。氨泵的欠压保护是用CWK-11型压差控制器实现的。将CWK11型压差控制器的两个气箱分别接到氨泵进出、口端，直接感知其压差。当氨泵的进出口压差低于设定值下限时，压差控制器便发出讯号，开始延时和抽气，如果在规定的时间内不能建立起正常的压差，即停止氨泵运行，同时发出声、光报警信号。CWK-11压差控制器的调定值应按主库高度来确定。当库高低于20m时，一般可取0.050.06Mpa。2）防止汽蚀 氨泵长时间不运行，有可能在氨泵内产生制冷剂蒸气，使氨泵在重新工作时吸不上液而空转的现象称为汽蚀。每台氨泵的顶端与低压循环贮液桶上部之间设置一个ZCL-20型电磁阀，此阀受氨泵启动接触器和CWK-11型压差控制器控制。一旦氨泵进出口压差小于压差控制器的设定值下限，压差控制器就发出延时指令，同时指令抽气电磁阀开始抽气。在延时时间内，如果压差升高至压差控制器的设