冷水机组论文工业过程用冷水机组电气控制系统设计

1、中 国 科 技 大 学 学生毕业设计题 目： 工业过程用冷水机组电气控制系统设计 姓 名： 指导教师： 完成时间： 二一四年十二月 目 录一、机组工作原理1 1、整机流程图.1 2、制冷剂.2二、机组工作状况分析21、年度开机前的检查与准备工作22、开启前的检查.23、冷水机组的启动.34、冷水机组的运行调节35、制冷量调节36、机组运行参数及分析4三、设计方案.7四、电力拖动方案.7五、电路设计71、主电路设计72、电源的设计73、控制电路设计84、信号指示电路设计.85、机组设置自动保护系统8六、电气元件的选择.81、电气元件的选择92、冷水机组电器元件目录表10七、故障分析的分析与解决方

2、法11八、设计总结12参考文献12 工业过程冷水机组电气控制系统设计作 者：周新军指导老师：张 平 摘 要：冷水机是目前制冷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flz10a该冷水机组的启动的观察、冷水机组的运行调节、制冷量调节以及机组运行参数及分析，明确地了解机组工作的状况，对电气原理图的设计及绘制，系统性地反映该机组电气控制的内容和过程。本设计采用接触器-继电器控制设计，在电路设计部分，做了信号指示电路的设计、机组自动保护系统的设计。关键词：冷媒水、冷水机组、电气控制系统设计、电气原理。前 言工业过程用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

3、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。图一为冷水机组的外形图，反映冷水机组工作流程，表一为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），使用r22制冷剂。本次任务主要对该机组电气控制系统进行设计。机组结构特点： 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，电机可投入运转。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

4、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y225m-6型电机与之配套。系统采用活塞式制冷压缩机（工质为r22），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。一机组工作原理：r22在蒸发器内流动吸收管外冷媒水的热量，并不断蒸发，当到达蒸发器出口时全部变成气体，并有一定程度的过热，此后经过交换器与冷凝器出来的较高温度的r22饱和液体还热后被吸入压缩机，经压缩后的气体进入冷凝器冷凝为饱和液体，放出的热被冷却水带走，饱和液体

5、在热交换器内被蒸发器回气冷却变为过冷液体，再经过过滤器除去杂质，经膨胀阀节流后变为低温低压液体和以部分散发气体，进入蒸发后再循环。1、 整机流程图如下：2、制冷剂：氟利昂是目前广泛适用的制冷剂，它是饱和碳氢化合物的总称，其特点是微毒，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，其冷凝压力一般不超过1.53mpa；当用风冷却是，其冷凝压力一般不超过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

6、，其含水量的比例越高，因此，要求r-22中含水量不超过40-60p.pm. r-22的电气性能良好，绝缘性能优良，只是在液相时的介电常数高，绝缘电阻低；介电常数高，意味着由于微量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时，对电气绝缘材料和杂质要特别注意。二、机组工作状况分析：1、 年度开机前的检查与准备工作（1） 检查电路中的随机熔断管是否完好无损，对主电机的相电压进行测定，其相平均不稳定电压应不超过额定电压的2；（2） 检查主电机旋转方向是否正确，各继电器的整定值是否在说明书规定的范围内；（3） 检查油泵旋转方向是否正常，油压差是否符合

7、说明书的规定要求；（4） 检查制冷系统内的制冷剂是否达到规定的液面要求，是否有泄露情况；（5） 因冬季防冻而排空了水的冷凝器和蒸发器及相关管道要重新排除空气，充满水；（6） 润滑导叶调节装置外部的页片控制连接装置；（7） 检查冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔；（8） 检查机组和水系统中的所有阀门是否操作灵活，无泄露或卡死现象；各阀门的开关位置是否符合系统的运行要求；完成上述各项检查与准备工作后，再接着做日常开机前的检查与准备工作。当全部检查与准备工作完成后，合上所有的隔离开关即可进入冷水机组及其水系统的启动操作阶段。2、开启前的检查。（1）检查压缩机的油位和油温。 1） 油面在1/83/8； 2）

8、油温在40 50 ，手摸加热器须发烫。（2）检查主电源电压和电流、 1） 电源电压在340v400v范围内； 2） 三相电压不平衡值2%（2%绝对不能开机） 3） 三相电流不平衡值10%。（3）启动冷冻水泵和冷却水泵，两个水系统的循球建立起来以后，调节蒸发器和冷凝器进出口阀门的开度，使两器的进口压差均在0.05mpa左右。（4）检查冷冻水供水温度的设定值是否合适，不合适可改设。本次设定243、冷水机组的启动。 在空调领域中，冷水机组大多采用的是水冷方式，在启动前先要完成两个水系统，即冷冻水系统和冷却水系统的启动，设计启动顺序为空气处理装置、冷却塔及冷却水泵、冷却水泵、两个水系统启动完成，水循环

9、建立以后经再次检查，设备与管道等无显示异常情况后即可进入冷水机组（或称主机）的启动阶段，以此来做主冷水机组启动时，其部件不会因缺水或少水而损坏。4、冷水机组的运行调节： 对于冷水机组，在运行时主要需关注以下情况： （1） 蒸发器冷冻水进、出口的温度和压力； （2） 冷凝器冷却水进、出口的温度和压力； （3） 蒸发器中制冷剂的压力和温度； （4） 冷凝器中制冷剂的压力和温度； （5） 主电机的电源和电压； （6） 润滑油的压力和温度； （7） 整机组运转是否平称，有否异常的响声； （8） 机组的各阀门有无泄漏； （9） 与各水管的接头是否严密；5、制冷量调节活塞式冷水机组的制冷量调节是通过制冷量

10、调节装置自动完成的。制冷量调节装置由冷冻水温度控制器、分级控制器和一些由电磁阀控制的气缸卸载机构组成，通过感受冷冻水的回水温度来控制压缩机的工作气缸的上载或卸载来实现制冷量的梯级调节。补充内容6、机组运行参数及分析（1）机组运行参数如表 项 目单 位项 目单 位配用压缩机型号2fv-12.5冷凝器进出水管径50 mm配用压缩机型式开启式冷凝器进水温度32转速960 r.p.m冷却水量30 m3/h制冷剂r22冷却水阻力2.8 mh2o制冷量tk=40t0=2 98,000 kcal/h蒸发器进出水管径50 mm配用电机型号y225m-6冷媒水进水温度-10电源3-380v 50hz冷媒水出水温

11、度-7功率30 kw冷媒水流量20 m3/h能量调节方式自动或手动冷媒水阻力2.3 mh2o能量调节范围0,50,100制冷剂注量(约)65 kg控制柜型号flk-10机组总重量2100 kg外形尺寸7005001850 mm（2）蒸发压力与蒸发温度蒸发器内制冷剂具有的压力和温度，是制冷剂的饱和压力和饱和温度，可以通过设置在蒸发器上的相应仪器或仪表测出。当这两个参数都能检测到，但与查表值不相同时，有可能是制冷剂中混入了过多的杂质或传感器及仪表损坏。蒸发压力、蒸发温度与冷冻水带入蒸发器的热量有密切关系。空调冷负荷大时，蒸发器冷冻水的回水温度升高，引起蒸发温度升高，对应的蒸发压力也升高。相反，当空

12、调冷负荷减少时，冷冻荷是经常变化的，为了使冷水机组的工作性能适应这种变化，一般采用自动控制装置对冷水机组实行能量调节，来维持蒸发器内的压力和温度相对称定在一个很少的波动范围内。蒸发器内压力和温度波动范围的大小，完全取决于调冷负荷变化的频率和机组本身的自控调节性能。一般情况下，冷水机组的制冷量必须略大于其负担的空调设计冷负荷量，否则将无法在运行中得到满意的空调效果。根据我国7666标准（制冷和空调设备名义工况一般规定）规定，冷水机组的外义工况为冷冻水出水温度，冷却水回水温度2。其他相应的参数为冷冻水回水温度，冷却水出水温度。由于提高冷冻水的出水温度对冷水机组的经济性十分有利，运行中在满足空调使用

13、要求的情况下，应尽可能提高冷冻水出水温度。一般情况下，蒸发温度常控制在的范围内，较冷冻水出水温度低，过高的蒸发温度往往难以达到所要求的空调效果，而过低的蒸发温度，不但增加冷水机组的能量消耗，还容易造成蒸发管道冻裂。蒸发温度与冷冻水出水温度之差随蒸发器冷负荷的增减而分别增大或减小。此外，该温度差大小还与传热面积有关，而且管内的污垢情况，管外润滑油的积聚情况也有一定影响。为了减小温差，增强传热效果要定期清除蒸发水管内的污垢，积极采取措施将润滑油引回到油箱中去。（3）冷凝压力与冷凝温度由于冷凝器内的制冷剂通常也是处于饱和状态的，因此其压力和温度也可以通过相应制冷剂的热力性质表互相查找。冷凝器所使用的

14、冷却介质，对冷水机组冷凝温度和冷凝压力的高低有重要影响，冷水机组冷凝温度的高低随冷却介质温度的高低而变化。水冷式机组的冷凝温度一般要高于冷却水出水温度，如果高于，则应检查冷凝器内的铜管是否结垢需要清洗：空冷式机组的冷凝温度一般要高于出风温度。冷凝温度的高低，在蒸发温度不变的情况下，对于冷水机组功率消耗有决定意义。冷凝温度升高，功耗增大。反之，冷凝温度温度降低，功耗随之降低当空气存在于冷凝器中时，冷凝温度与冷却水出口差增大，而冷却水进，出口温差反而减小，这时冷凝器的传热效果不好，冷凝器外壳有烫手感。除此之外，冷凝器管子水侧结垢和淤泥对传热的影响也起着相当大的作用。因此，在冷水机组运行时，应注意保

15、证冷却水温度、水量、水质等指标在合格范围内。（4）冷冻水的压力与温度空调用冷水机组一般是在名义工况所规定的冷冻水回水温度12，供水温度7，温差5的条件下运行的，对于同一台冷水机组来说，如果其运行条件不变，在外界负荷一定的情况下，冷水机组的制冷量是一定的。此时，通过蒸发器的冷冻水流量与供、回水温度差成反比，即冷冻水流量越大，温差越小；反之，流量越小，温差越大。所以，冷水机组名义工况规定冷冻水供，回水温差为，这实际上就限定了冷水机组的冷冻水量，该流量可能通过控制冷冻水经过蒸发的压力来实现，一般情况下这个压力为0.05mpa，其控制方法是调节冷冻泵出口阀门的开度和发器供，回水阀门的开度。阀门开度调节

16、的原则一是蒸发器出有足够的压力来克服冷冻水闭路循环管路中的要求，阀门一经调定，冷冻系统各阀门开度的大小就应相对称定不变，即使在非调定工况下运行，各阀门也应相对称定不变。应当注意，全开阀门加大冷冻水流量，减少进、出水温差的做法是不可取的，这样做虽然会使蒸发器的蒸发温度提高，冷水机组的输出冷量有所增加，但水泵功耗也因此而提高，两相比较得不偿失，所以，蒸发器冷冻水侧时，出水压降控制在0.05mpa为宣。为了冷水机组的运行安全，蒸发器出水温度一般都不低于。此外，冷冻水系统虽然是封闭的，蒸发器水管内的结垢和腐蚀不会像冷凝器那样严重，但从设备检查维修的要求出发，应每三年对蒸发器的管道和冷冻水系统的其他管道

17、清洗一次。（5）冷却水的压力与温度冷水机组在名义工况下运行，其冷凝器进水温度为，出水温度，温差，对于一台已经在运行的冷水机组，环境条件，负荷和制冷量都为定值时，冷凝热负荷无疑也为定值勤，冷却水流量必然也为一定值，而且该流量与进出水温差成反比。这个流量通常用进出冷凝器的冷却水的压力降来控制。在名义工况下，冷凝器进出水压力降一般为0.07mpa为宜。（6）压缩机的吸气温度对活塞式压缩机来说，吸气温度是指压缩机吸气腔中制冷剂气体的温度吸气温度的高低，不仅影响排气温度的高低，而且对压缩机的窖制冷量有重要影响。压缩机吸气温度高时，排气温度也高，制冷剂被吸人的时的比容大，此时压缩机的单位窖制冷量小，相反，

18、压缩机吸气温度低时，其单位容积制冷量则大，但是压缩机吸气温度过低，可能造成制冷剂液体被压缩机吸人，使活塞式压缩机发生“液击”。为了保证压缩机的正常运行，其吸气温度需要比蒸发温度高一些，亦即应具有了一定的热度。对于活塞式冷水机组，其吸气过热度一般为，如果采用干式蒸发器，则通过调节热力膨胀阀的调节螺杆，就可以调节过热度的大小，此外，要注意压缩机吸气管道的长短和包扎的保温材料性能的好坏对过热度有一定的影响。（7）压缩机的排气压缩机的排气温度是制冷剂经过压缩后的高压过热蒸汽到达压缩机排气腔时的温度由于压缩机所排气的制冷剂为过热蒸汽，其压力和温度之间不存在对应关系，通常是靠设置在压缩机排气腔的温度计来测

19、量的。排气温度要比冷凝温度高得多。排气温度的直接影响因素与压缩机的吸气温度两者是正比关系。此外，排气温度还与制冷剂的种类和压缩比的高低有关，在空调工况下，由于压缩比不大，所以排气温度并不很高，当活塞式压缩机吸、排气阀片不严密或破碎引起泄漏时，排气温度会明显上升。（8）油压差、油温与油位高度润滑油系统是冷水机组正常运行不可缺少的部分，它为机组的运动部件提供润滑和冷却条件，离心式，螺杆式和部分活塞式冷水机组还需要利用润滑油来控制能量调节装置或抽气回收装置。从各种冷水机组润滑系统的组成特点看，除活塞式机组将润滑油系统，自己的油贮存器，还有专门用于低油温的油冷却器。（9）主电机运行电流与电压主电机在运

20、行中，依靠输给一定的电流和规定的电压，来保证压缩机运行所需要的功率。一般主电机要额定供电电压为，三相，供电的平均相电压不稳定率小于。实际运行中，主电机的运行电流在冷水机组冷冻水和冷却水进。出水温度不变的情况下，随能量调节中的制冷量大小而增加或减少。活塞式冷水机组投入运行的压缩机台数或所缸数都会影响到运行电流的大小，但当冷冻水七冷却水时，出水温度变化时，就很难做出正确判断。不过，通过安装在机组开关柜上的电流表读数可以反映出上述两种情况下的差别：凡运行电流值大的，主电机负荷重，反之负荷则轻。通过对冷水机组运行电流和电压参数的记录，可以得出电机在各种情况下消耗功率大小。、电流值是一个随电机负荷变化而

21、变化的重要参数。冷水机组运行时应注意经常与总配电室的电流表作比较，同时应注意指针的摆动（因平常难免有些小摆动）。正常情况下因三相电源的相不平衡或电压变化，会使电流表指针作周期性或不规则的大幅度摆。在压缩机负荷变化时，也会引起这种现象发生，运行中必须注意加强监视，保持电源电压值的正常状态。三、设计方案：采用继电器接触器控制方式。继电器是一种电子控制器件,具有隔离功能.在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。本机组运行时间相对长，控制不要求十分精密，要求易于维修特点，选用继电器接触器控制系统进行设计。控制系统应考虑的主要参数：冷水机组的启动运行方式：主电机运行电流与电压，压缩机的吸气温度、

22、压缩机的排气量。冷水机组的运行调节：蒸发压力与蒸发温度；冷凝压力与冷凝温度；冷冻水的压力与温度；冷却水的压力与温度；冷却水的压力与温度；油压差、油温与油位高度。制冷量调节：r22的加入量和流量。、四、电力拖动方案： 由于主电机功率较大，为了降低起动电流，选用y 减压启动方式。电动机功率由机械设计提供如下：（1） 压缩机电机m1 y225m6 30kw 980r/min 型号 额定电流 66.5。（2）冷媒水增压泵电机m2功率5.5kw选用4级电机。 ym2s1-2 (5.5kw 11.1a 、 2900r/min)（3）冷却水增压泵电机m3，功率5.5kw,选用4级电机 ym2s1-2 (5.

23、5kw 9.5a 、 2500r/min)（4）冷却塔风机电机5.5kw 选用4级电机。 y132m2-4（5.5kw 、11.6a 、1460r/min)五、电路设计1、主电路设计（1） 压缩机电动机m1为30kw，功率较大，采用星型三角形减压启动方式，按启动按钮sb2、接触器km1线圈通电自锁，接触器km3做y形启动、指示灯hl1亮，同时时间继电器kt线圈通电自锁，主电机m作 接全压运转。运行指示灯hl2亮、启动指示灯hl1灭，同时时间继电器kt线圈断电复位。控制电路中km2、km3动断触点的另一个重要作用是实现互锁。以防止km2、lm3主触点同时闭合造成电路短路、保证电路可靠工作。 （2

24、）冷却水电机m2，冷媒水电机m3、风机电机m4功率都较少，采用全压起动。2、电源的设计考虑到安全可靠和满足照明及指示灯的要求：主电路采用380v，50hz三湘交流电源，取两相用作控制电路电源。3、控制电路设计压缩机m1的控制：在控制柜上设置起动按钮sb2及停止按钮sb1可控制压缩机的起动和整个系统停止，在压缩机上设有急停按钮sb3、可在遇紧急情况下迅速停机。 机组主电路如上，控制电路见附图。 4、信号指示电路设计电源指示灯hl（红色），当控制柜受电时则发光显示。压缩机y形启动指示灯hl1（黄色），压缩机 形全压运行过载指示灯hl2（黄色），冷却水泵正常工作指示灯hl3（绿灯）冷媒水泵正常驻运转

25、指示灯hl4（绿），冷却水塔风机正常驻运行指示灯hl5（绿灯），排气压力超高保护指示灯hl6（红色）、油压差保护指示灯（红色）、超底温保护指示灯hl8（红色）、冷凝器缺水保护指示灯hl9（红色）、蒸发器缺水保护指示灯hl10（红色）。5、机组设置自动保护系统（1）电机过载保护 采用热继电器fr1保护，整定电流为100a，当过载时，电机停止运行。（2） 排气压力超高保护 采用压力继电器保护，整定值为1.5mpa，当排气压力超过整定值时，压力继电器ka线圈通电，ka常闭触点断开，立即停机，铃响，压力超高指示灯hl6亮。（3）油压差保护 采用奔差继电器保护，整定值为0.20mpa，当油压与吸气压力之

26、差小于整定值时，继电器kt2支作，蜂鸣器响，在40s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，油压降低指示灯hl7亮。（4）超低温保护 采用wtqk11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kt3动作，指示灯hl8亮，蜂鸣器响在45s延时范围内如水温恢复正常，蜂呜器停，机组正常工作，否则，主机停，铃响。（5）冷凝器、蒸发器缺水保护采用lk水注继电器保护，当冷凝器或蒸发器氛水时，水流继电器kt4，kt5动作，指示灯hl9、hl10亮，蜂鸣，在45s延时范围内如水温恢复正常，则蜂鸣器停，系统正常工作，否则，主机停，铃响。（6

27、）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。 （7）报警电路中的电铃不需要长期响铃，须采用脉冲式电铃，即信号一来响一次。六、电气元件的选择 1、电气元件的选择（1）热继电器的选择 根据电动机的额定电源，选择如下： fr1应选用jr36，整定值在80a fr2应选jr-28型热继电器，但热元件额定电流为16a，电流调节范围为10-16a，速定值为14a。 fr3、fr4选用jr-40型热继电器，热元件额定电流为18a，电流调节范围为1018a，整定值在11.2a（2）接触器的选择电路中需主触点两对，辅助常闭触点一对，所以接触器km1-km3应选用c

28、j10-100型接触器，其主触点额定电流为100a线圈电压为380v。（3）按钮的选择：、 四个启动按钮sb2 sb5 sb7和sb9可选择la-18按钮，绿色，sb1 sb3 sb4 sb6和sb8五个停止按钮选la20型按钮，颜色为红色。 （4）指示灯的选择 指示灯hl1-hl10都选用hd16型，绿色。2、 冷水机组电器元件目录表3、序号符号名称型号规格数量1m压缩电机y280 m6380v60kw12m冷却水泵y280 m6380v7.5kw960r/min13m冷媒泵y280 m6380v7.5kw960r/min14m风机y132 s2380v7.5kw2900r/min15qs开

29、关hd三极16fu熔断器rci200380v 溶体200a17fu熔断器r l60380v 溶体60a18fu熔断器r l60380v 溶体60a19km.km.km交流接触器cj10100100a 线圈电压380v310km.km.km.交流接触器cj102020a 线圈电压380v311fr热继电器jr36整定100a50hz600v112fr热继电器jr28整定140a50hz600v113fr fr热继电器jr40214k p压力继电器整定压力1.57mpa115wk温控器wtqk11整定温度33116yz压差继电器整定压力0.1mpa117lk水流继电器lk50220v 3a218sbsb sbsb sb sbsb sb sb控制按钮lay380v919hlhl hlhlhl hlhlhl hlhl指示灯hd380v1020pa电流表62t200a121yb电磁阀zcl25220v50hz8w1七、故障分析的分析与解决方法问题或故障原因分析