3.2_活塞式制冷压缩机的自动控制.ppt

3.7 活塞式制冷机组的自动控制,3.7 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，包括各种冷水机组和冷藏库，仍使用常规模拟仪表进行控制，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，但由于它的价格等问题，目前应用还受到一定的限制。本次教学仅介绍活塞式制冷机组的常规仪表控制。,3.2.1 空调用制冷装置的自动控制,中小型蒸汽压缩式空调制冷系统，所用的压缩机一般设有卸载装置,电机也不变速。系统主要包括能量调节系统和安全保护系统。如下图为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 69G-流体分配器,空调用制冷装置的控制系统,1.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KP15，控制吸、排气压力，防止冷凝器中制冷剂冷凝压力过低或过高。（2）油压（温）保护:使用油压差控制器MP55，控制润滑油的压力稳定，保证压缩机的正常润滑。带有延时功能（可调）。,21 常用控制器,压力控制器(压力继电器)温度控制器(温度继电器),控制器是在制冷系统中确保热工参数达到要求的检测和控制元器件，常用的有温度控制器、压力控制器、湿度控制器、空气品质控制器、风机盘管控制器、液位控制器和程序控制器等。,本讲主要内容:,2.1.1 压力控制器pressure controller,压缩机排压过高断电停车，消除产生高压的原因后，需手动复位才能使压缩机启动。(故障+报警),吸气压力低到下限时断电停车，吸气压力回升到上限时，控制压缩机通电启动。(正常、无报警),将高压继电器和低压继电器组合在同一壳体内，完成二者功能。,用压力作为控制信号的电开关。,high pressure controller,low pressure controller,dual pressure controller,high and low pressure controller,开关动作图,图2-7 压力控制器的典型原理图,1压力信号接口 2波纹管 3差动弹簧 4主弹簧 5杠杆 6差动设定杆7压力设定杆8翻转开关 9电触点10电线套,1、压力控制器,图2-7 压力控制器结构图,1压力信号接口 2波纹管 3差动弹簧 4主弹簧 5杠杆 6差动设定杆7压力设定杆8翻转开关 9电触点10电线套11接线柱12接地端,低压控制范围：0.070.6MPa;复差：0.060.1MPa;高压：0.63.0MPa,低压,高压,YK306 高低压控制器,调节方法,高压部分：高压断开压力由调节弹簧7(拉簧)的张力决定，用调节螺钉6调节，切断后必须用按钮8手动复位。,低压部分：低压接通压力由主弹簧4的张力决定，用调节螺钉3调节。幅差压力由幅差弹簧2的张力决定，用调节螺钉1调节。低压断开压力=接通压力幅差压力,单独调节主调弹簧4，使预紧力增加，吸入压力上限(接通)、下限(切断)同时增加。单独调节幅差弹簧2，使预紧力增加，下限降低，上限不变。,图2-8 高低压力控制器的结构图(KPl5型),1低压接口 2波纹管 3接地端 4端子板 5差动弹簧 6主弹簧 7主杠杆 8低压差动设定杆 9低压压力设定杆 10盖板 11触点12翻转开关 13高压压力设定杆 14杠杆 15高压接口 16电线入口套,丹麦Danfoss公司产品,压力值的确定：,高压断开压力(上限)：参照最高工作压力(冷剂46oC对应的饱和压力)。,低压断开压力(低压下限)：蒸发温度减去5oC对应的饱和压力(不小于10kPa)。,低压闭合压力(低压上限)：适当低于冷库温度上限对应的饱和压力。,测定方法：慢慢关小吸入截止阀，停车时吸入压力表的读数为低压下限，重新启动时的读数为低压上限。慢慢关小排出截止阀，停车时排出压力表的读数为高压断开压力。,（1）适用介质，有的压力控制器只适用于氟利昂制冷剂，有的则氨、氟通用；（2）触头开关的容量，以便正确进行电气接线；（3）正确进行压力设定和差动值设定。,压力控制器使用时应注意事项：,船舶辅机第11章 船舶制冷装置 Marine Refrigeration Plant,2、(油)压差控制器differential pressure controller,用润滑油泵吸排压差作为控制信号的电开关，当压差小于设定值时，使压缩机停车，起保护作用。,JC3.5型压差控制器参数及说明,出厂接380V电源接头。若选用220V电源，将D1X接线拆除，把XD2接通，使降压电阻9短路。,1一杠杆 2一主弹簧 3一顶杆 4一压差调节螺钉 5一低压波纹管 6一实验按钮 7一电加热器8一手动复位按钮 9一降压按钮(电源为380V时用)10压缩机电源开关 11一高低压力控制器12一热继电器 13一事故信号灯 14一交流接触器线圈 15一压缩机电机 16一正常工作信号灯17一延时开关 18一双金属片 19一压差开关 20高压波纹管,图2-11 JC35型油压差控制器工作原理,压差开关,延时开关,调整方法：,1.转动调节轮4改变弹簧3张力，可改变压差调定值。2.压缩机正常运行时，按下试验按钮6，达到延时时间(6020s)后应停车。3.运行时调低滑油压力，压差开关动作时，润滑油压力表和曲轴箱压力表的差值为压差继电器的压差调定值。,（1）高、低压接口分别接油泵出口油压和曲轴箱低压，切不可接反。（2）控制器本体应垂直安装，高压口在下，低压口在上。（3）油压差等于油压表读数与吸气压力表读数的差值，不要误以油压表读数位就是油压差。（4）油压差的设定值一般调整为0.15 0.2MPa。（5）采用热延时的压差控制器，控制器动作过一次后，必须待热元件完全冷却（需5min左右）、手动复位后，才能再次起动使用。,油压差控制器在安装使用时应注意：,2温度控制器,用温度作为控制信号的电开关。作用：1.控制供液电磁阀的电路通断；2.一个温度控制器直接控制压缩机起停；3.多个温度控制器并联控制压缩机起停。当一机多库时，各库温度控制器可并联控制压缩机起停,常用的温控器有压力感温式和电子温控式两种。,供液阀,1压力感温式温度控制器,主要由波纹管、感温包、毛细管、杠杆、调节螺钉以及旋钮相连的凸轮和微动开关等组成。,图2-1 压力感温式温度控制器结构,温度温包内的液体压力相对应的位移量带动微动开关动作,RT型温度继电器,1.改变调节旋钮8，使调节弹簧张力变化，改变断开值。,2.改变幅差调节螺母3，改变其与固定圆盘间隙，间隙越大，闭合温度与断开温度差(幅差)越大。,三个电触点，1动2静,1.控制器装在比控制温度高的场所；2.温包放置在体现冷库平均温度的位置；3.毛细管不能通过比温包温度低的结构；4.毛细管需要弯曲时，必须保持一定的圆弧(不能直弯)。5.毛细管沿墙壁通过时，应使用夹子固定。,温度控制器安装的注意事项：,2电子式温度控制器,测量范围一般为-10+300，也可做到-200+10，甚至可用于+300+1200环境中作测温用。RT为NTC热敏电阻器；R2和R3是电桥平衡电阻；R1为起始电阻；R4为满刻度电阻，校验表头，也称校验电阻。,图2-2 电子式温度控制器电路,电子式温控器一般由温控电路、过欠电压保护电路和延时电路构成。,（1）温控电路,图2-3为常用的温控电路。它由测量电桥、LM339电压比较器构成。,图2-3 常用的温控电路,图2-4为过压保护电路。当电网电压正常时，LM339的V4V5，比较器翻转，输出为0V，为后级提供触发脉冲，过电压保护电路工作，它一方面使压缩机停止工作，另一方面故障报警。,（2）过（欠）电压保护电路,图2-4 过电压保护电路,欠电压检测电路只是将取样信号的输入端与设定值的输入端对调，如图2-5所示。若电网电压小于额定电压的10%时，V5V4，比较器翻转使欠电压检测电路工作，切断压缩机电源，显示故障信号。,图2-5 欠电压检测电路,对于单相空调器而言，压缩机停止运转以后，系统内高低压力的平衡需要23min，如果在这段时间内再起动，就会因压力不平衡造成负载加重，使电机无法起动而烧毁。所以一般单相空调器都设有3min延时电路。,（3）延时电路,图2-6 3min延时电路,:使用压缩机过热保护器当压缩机排气温度过高时，过热保护器（温包温控器）动作，压缩机停止工作。旁通能量调节阀实现压缩机高温保护，一旦压缩机排气温度过高，则通过连接在冷凝器出口的注液阀T向压缩机吸气口喷液，以降低压缩机的排气温度。,（3）压缩机高温保护,（）其它保护冷却水断流保护、电动机保护、系统联锁保护等等。,2.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，通过对新风温度信号的采集，来控制流过蒸发器制冷剂的流量，从而实现制冷量和负荷的匹配。,（1）压缩机的能量调节,能量调节阀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,新风温度发出信号，若新风温度变化，则温度式蒸发压力调节阀（CPT）的开度变化，引起蒸发压力与吸气压力的变化，使压缩机制冷量与蒸发器相匹配。,温度式蒸发压力调节阀（CPT）,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。,（3）送风温度调节：,温度控制器KP75,使用恒压调节阀CPR和旁通能量调节阀CPC，可调节冷凝压力调节。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。,（4）冷凝压力调节：,使用恒压调节阀CPR和旁通能量调节阀CPC,在刚开机进入制冷模式，水温大于设定温度时，微电脑检测系统会将低压压力控制器短接2min，防止压缩机刚起动时吸气压力瞬间低压，低于设定值而引起机组保护。制冷流程控制模式如图316所示。,3.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。,（1）制冷流程控制模式,在机组处于停机的情况下，微电脑控制系统自动检测水温，水温小于2时，为防止管路系统冻结，使水泵工作，水系统处于循环状态。当水温小于1，压缩机制热运行，使水温升到8，机组进入停机状态。制热流程控制模式如图317所示。,（2）制热流程控制模式,图318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。,3.2.2 氨制冷装置的自动控制,1压缩机 2油分器 3冷凝器 4冷却水泵 5高压储液器 6、15主阀 7、16电磁导阀8手动节流阀 9遥控液位计 10低压储液器 11旁通阀 12压差控制器 13氨泵14止回阀 17温度控制器 18冷风机 19蒸发器 20油压差控制器 21高低压控制器,某冷藏库中氨制冷装置系统的原理,18,1.能量调节系统,为使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、冷藏库的温度控制及相应的冷凝压力调节和氨泵控制。,（1）压缩机能量调节,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来进行系统能量调节。,图319为一台8缸压缩机采用压力控制器和电磁阀作能量调节的原理图。压缩机的每两个气缸为1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，呈空行程，该组气缸卸载。,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，实现调节。,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 SP0低压控制,压力控制器电磁阀控制压缩机能量原理图,8缸工作时为100%，6缸为75%，4缸为50%。基本工作缸、两组卸载机构的油缸直接与油泵出口相通，压缩机启动初期，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。,能量调节范围:,如图320所示，系统安装4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4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。,2）压力控制器控制压缩机的工作台数实现能量调节,压缩机能量调节中4台压缩机的起停顺序,采用双位控制规律的温度控制器17，推动电磁导阀16和主阀15，并联动冷风机18和氨泵13，实现各库房的温度控制。当库温高于给定上限时，温度控制器触头接通，发出降温信号，使电磁导阀打开，带动主阀打开，氨泵运转供液，冷风机启动工作，压缩机启动工作。若库温低于给定值下限时，电磁导阀关闭，带动主阀关闭，停止该库房供液，该库房冷风机也停止运转。当各库房的温度都达到给定下限值时，不需要供液降温时，氨泵和压缩机自动停止工作。,（2）库房温度调节：,采用3台水泵，用调节水量的方法来控制冷凝压力。水泵受温度控制器、压力控制器控制。水泵I的工作受温度控制器控制，只要有任意一库房的温度控制器发出降温信号，则在供液降温的同时，该台水泵投入工作，另外2台水泵受压力控制器控制。水泵起停顺序如图321所示。,（3）冷凝压力调节,应用微压差控制器来控制蒸发器霜层的厚薄，实现不定时自动发信融霜，防止蒸发器结霜太厚，降低机组运行性能。微压差控制器属双位控制器。当霜层变厚时，风冷蒸发器进出口压差明显增大，超过微压差控制器的给定值，控制器触头闭合，将发出融霜信号，实现自动除霜。,（4）融霜控制,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。,2安全保护系统,（1）压缩机的保护,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。,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，从而导致润滑不良损坏压缩机。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。如果持续到设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。,2）油压差保护,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，而是采用喷液冷却。,3）温度保护,A、排气温度保护,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，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。,B、油温保护,氨压缩机气缸头设冷却水套，若运行中水套断水，则会使排气温度升高，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，交流接触器线圈得电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。,C、冷却水断流保护,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。目前冷藏库中常用的屏蔽泵，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。,（2）氨泵保护措施,1）欠压保护,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。,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气蚀。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定值上限，抽气电磁阀就自动关闭，氨泵正常运行。否则氨泵就停止运行，抽气阀也关闭，并发出声、光报警信号。,2）防止气蚀：,为保证蒸发器供液和氨泵正常工作，要求保持一定的液位；另一方面，为保持气液分离效果，防止液位过高，氨液进入压缩机而产生液击现象，要求限制最高液位。图318中电感式浮球遥控液位计9发信，通过电磁导阀7和主阀6可控制低压贮液器中的液位。当液位下降至下限值时，电磁导阀开启、主阀开启，向低压贮液器供液，使液面回升；当液面回升至上限值时，电磁导阀关闭，主阀关闭，停止向低压贮液器供液。,（3）低压贮液器液位控制,安全保护系统,（1）压缩机的保护,（2）氨泵保护措施,1）吸排气压力保护,2）油压差保护,3）温度保护,排气温度保护,油温保护,冷却水断流保护,1）欠压保护,2）防止气蚀,（3）低压贮液器液位控制,小结,