制冷自动控制的内容.docx

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制冷自动控制的内容

制冷自动控制内容

制冷装置自动控制系统，可以对制冷系统参数如压力、温度、湿度、流量、液位、空气成分等自动检测和调节，还可以对制冷机器和设备进行保护，以避免发生事故。

系统中控制可采用双位比例（P）、比例积分（PI）或比例积分微分（PID）控制器等。

制冷装置自动控制系统一般采用负反馈调节系统，为了提高控制精度，还可以采用串级、前馈等调节系统。

（一）制冷系统参数控制技术

　　制冷系统工作参数调节主要指对系统制冷剂流量、冷室温度、制冷剂工作压力等调节。

下面以某制冷系统为例分析其基本参数控制技术。

　　1.冷室温度控制

　　冷藏库或制冷橱柜中温度控制是制冷自动控制系统基本控制。

对于采用单一蒸发器制冷装置，其冷室温度调节最普遍方法是利用双位温度控制器直接控制压缩机开停。

对于一台压缩冷凝机组连接到两个或者多个蒸发器组合制冷系统（见图1），每个冷室分别设置温度控制器（KP61）控制供液电磁阀（EVR）。

当一个冷室温度达到所控制温度下限时，该冷室温度控制器动作，关闭其蒸发器供液电磁阀，使制冷剂停止向该蒸发器供液。

当所有冷室温度都达到下限值时，所有电磁阀关闭。

这时压缩机吸气压力降低，当压力达到高低压压力控制器（KPl5）低压部分断开压力时，低压控制器控制压缩机停机。

当任一冷室温度回升到设定上限值时，其温度控制器打开该冷室蒸发器供液电磁阀，吸气压力也将随之升高，当其压力达到低压压力控制器接通压力值时，压力控制器控制压缩机重新启动，系统开始运转。

　　图1制冷系统原理

　　图2所示为双位控制器控制冷室温度原理，一般食品储藏及舒适性空调系统温度允许在一定范围内变化，因此，采用双位控制法控制冷室温度即可满足要求。

当温度控制精度要求很高时，可以采用比例积分调节器或者比例积分微分调节器。

这两种调节器都可以使被控制量恢复到某一要求值，使静态温度保持恒定。

　　2.蒸发器流量控制

　　蒸发器制冷剂流量调节是通过节流元件实现。

节流吸气元件主要有热力膨胀阀（见图2中TE）、热电膨胀阀等。

热力膨胀阀是温包传感、机械作用流量调节阀，它只能适用于传统控制模式，即构成简单过热度闭环反馈调节系统，实现比例型流量调节。

热力膨胀阀调节总是要滞后于蒸发器出口制冷剂蒸气温度变化，当蒸发器中热负荷减少时，滞后时间增加。

滞后引起热力膨胀阀脉动工作，所以在蒸发器中不能保证蒸发温度和蒸发压力稳定。

当蒸发器中热负荷波动较大及制冷装置必须在恒定压力下工作时，为保证蒸发器中制冷剂蒸发压力稳定，仅靠单一热力膨胀阀控制是难以实现，此时应该在蒸发器出口管路上加装蒸发压力调节阀。

由于热力膨胀阀本身存在不足，为了实现计算机控制，可采用电子手段进行流量调节。

热电膨胀阀是为了适应计算机控制而开发一种制冷节流元件。

该流量控制装置由于采用电子式比例积分调节器能够保证有良好调节品质，即使负荷变化大，控制系统也能够迅速准确地调整，能够将过热度控制得很小，保证蒸发器面积得到最大利用。

电子膨胀阀是国际上在20世纪80年代以后推出一种较为先进节流元件，它适应制冷机电一体化发展要求，具有传统热力膨胀阀无法比拟优点。

它按照电脑预设程序进行流量调节，尤其适用于变频式空调器中。

　　图2双位控制器控制冷室温度原理

　　3.蒸发压力控制

　　当制冷系统采用多个蒸发器，并要求达到不同控制温度时，为维持各自蒸发温度（压力），必须进行蒸发压力调节。

蒸发压力调节阀（见图1中KVP）安装在温度高蒸发器出口管路上，其作用是对高温蒸发器出口制冷剂蒸气再次节流，使其压力及低温蒸发器出口压力相同，同时可以维持该冷室蒸发压力恒定。

该系统中还必须在温度低蒸发器出口管路上装止回阀（见图1中NRV），其目是防止停机时，高温蒸发器中制冷剂蒸气倒流至低温（低压）蒸发器中凝结，不仅破坏低温冷室正常工作，而且会使压缩机产生液击。

　　4.冷凝压力控制

　　在制冷系统正常工作时，冷凝压力维持在一定范围内。

冷凝压力过高会导致压缩机耗功增大，经济性下降，同时当该压力超过设备承受压力时，会发生爆炸危险。

在冬季运转时，冷却水温度过低或者室外环境温度过低，都会引起冷凝压力过低，使冷凝压力及蒸发压力差值减小，热力膨胀阀两端压差减少，造成流经热力膨胀阀制冷剂流量急剧减小，便制冷量大大降低。

因此，为保持制冷装置正常运转，必须对冷凝压力进行调节，使其稳定在要求范围内。

　　水冷式冷凝器冷凝压力调节通常是通过安装在冷凝器迸水管路上水量调节阀来实现。

水量调节阀分为压力控制式和温度控制式。

根据冷凝压力或者冷却水出口温度自动控制水量调节阀开度，改变水流量，以维持冷凝压力在允许范围内。

　　风冷式冷凝器冷凝压力调节可以通过采用改变风扇电动机转速来改变冷却风量;或者通过使部分风扇停机或开机来改变通过冷凝器空气量;还可以通过冷凝器迸风口或者出风口设阻风阀来使冷凝压力稳定。

在空气侧调节冷凝压力方法在环境温度不低于4C对比较有效，调节方便可靠。

但当环境温度太低时，即使关闭风扇，寒冷室外空气经自然对流也会便冷凝压力降到正常运转要求值以下。

所以，室外温度太低时，变风量调节冷凝压力方法不能有效地保证要求冷凝压力。

　　除上述方法外还可以采用从制冷剂侧调节冷凝压力，在冷凝器出口管路上安装一只高压调节阀（见图1中KVP），该阀是一只受阀前压力（冷凝压力）控制比例调节器，当冷凝压力低于设定值时，调节阀关闭，达到设定值时，调节阀开启。

同时在压缩机排气管路及贮液器人口之间接一段旁通管，旁通管上安装一只差压调节阀（见图1中NRD），该阀是受阀前后压差控制调节阀，压差大时，阀开度大;压差小时，阀开度小;压差低于设定值时阀关闭。

采用这种方法控制冷凝压力，应该注意制冷系统中必须有高压贮液器，而且高压贮液器容积要足够大，系统中制冷剂充灌量要足够多，以保证在冷凝器达到最大积液时，高压贮液器中仍有制冷剂液体，使热力膨胀阀正常工作。

　5.吸气压力控制

　　在压缩机吸气管路上安装吸气压力调节阀（见图1中KVL），其目是为了避免压缩机在高吸气压力下工作。

因为制冷装置在正常低温状态下运转时，电动机功率较小，但在启动初期和融霜后制冷系统重新开始制冷运转时候，吸气压力较高，会引起电动机功率超过电动机额定功率，而使电动机超载。

如果制冷系统按照功率最大情况选择电动机，那么在正常制冷运转时，电动机效率很低，而且电动机散热量大，给制冷循环带来一系列影响。

此时只要在制冷系统中采用吸气压力调节，就可以按照额定工况所需要功率选择电动机。

吸气压力调节是通过使吸气节流而实现。

在制冷机运转时，吸气压力是通过系统中吸气压力调节阀来调节，这样可以防止吸气压力超过允许值。

在阀上设置系统允许吸气压力最高值。

在制冷系统运转时，当系统中吸气压力低于设定值，调节阀全开;吸气压力超过设定值时，调节阀开度变小，便吸气节流;吸气压力过高时，调节阀关闭。

调节阀开度变化取决于吸气压力及设定值偏差。

（二）制冷系统能量调节技术

　　在制冷系统运转中，由于负荷在不断地变化，压缩机产冷量也需要及之相匹配。

对于小型压缩机，其能量调节可以采用压缩机间歇启动、吸气节流、热气旁通等方法。

　　压缩机间歇启动是小型制冷系统应用较多一个能量调节方法。

压缩机开停是通过温度控制器或者低压控制器控制。

这种能量调节方式适应于负荷变化不大制冷系统。

　　吸气节流调节方式是在压缩机吸气管路上安装一个调节阀，通过调节阀节流作用，使来自蒸发器制冷剂气体节流后进入压缩机，改变了压缩机吸气压力和吸人气体密度，使压缩机实际吸人制冷剂质量流量发生变化，因而制冷量也发生变化。

这种能量调节方法比较简单，但在循环中增加了压缩机吸排气压力比，压缩机理论比功和排气温度上升，循环经济性下降。

　　热气旁通能量调节是在制冷系统高低压侧旁通管上安装能量调节阀。

能量调节阀是一个受阀后压力（吸气压力，控制具有比例作用调节阀。

在制冷系统运转中，当压缩机吸气压力过低时，能量调节阀打开，高压制冷剂蒸气旁通到压缩机吸气管上（或者旁通到蒸发器前端或者中部），使迸人到蒸发器制冷剂液体量减少，降低了制冷量。

为了防止压缩机排气温度升高，还应该同时向吸气管路喷液体。

应该防止压缩机液击。

　　对于多机头机组，根据负荷变化需要，可以通过制冷系统中压缩机吸气压力变化，在系统中设置儿个压力控制器，每一个压力控制器控制一台压缩机开停，最后一台压缩机开停靠冷室温度控制器来控制。

对于自身具有卸载功能多缸压缩机，能够将汽缸吸气阀顶开，使压缩机运转过程中卸载缸不起作用。

这种方式除了在运转时可以根据负荷进行能量调节外，还可以实现轻载启动。

　　压缩机制冷量大小，及其电动机转速高低有关。

因此，还可以通过改变压缩机电动机运转速度来达到调节压缩制冷量目。

这种能量调节方式具有较好经济性。

电动机变速调节可以通过使用变速电动机或者变频调速来实现压缩机变速能量调节。

采用多级数电动机，通过级数切换用多种转速驱动压缩机，可以使压缩机制冷量分别按照级数进行调节。

变频调速是用变频器改变电动机输人电压，使转速平滑改变，可以实现压缩机无级变速。

变频调速是一种最方便、最理想调节方式。

　　（三）制冷系统融霜控制技术

　　在制冷系统运转中，蒸发器表面结霜会对其换热效果产生很大影响，延长了降温时间，系统运转经济性下降，所以应该定期进行融霜。

融霜控制是指融霜开始控制、融霜过程进行时间控制以及融霜中止控制。

在制冷系统运转期间，当蒸发器需要融霜时，控制器发出指令，使融霜蒸发器停止制冷运转，同时控制向该蒸发器加入融霜所需热量;当融霜结束后，控制器应该中止热量加入，将融霜循环转为制冷循环。

最理想控制应该根据霜层厚度来决定开始融霜时间，而一旦溶化后，就应该立即停止融霜。

但是，这两个信号很难直接获得。

　　由于蒸发器表面结霜厚度，及制冷机工作时间长短是成正比。

制冷装置融霜开始控制一般是根据制冷装置运转时间，用时间控制器来进行控制。

可以根据制冷装置结霜具体情况，在时间程序控制上预先设定好制冷装置每运转一段时间后开始融霜和每次融霜时间。

制冷装置工作到所设定时间时，融霜时间控制器发出开始融霜命令，通过控制电路，控制融霜蒸发器停止制冷运转，控制加热热源进入蒸发器，开始融霜。

经过一段设定时间后，控制器又控制切断热源，融霜结束。

　　融霜中止可以根据时间控制器发出指令来实现。

时间控制器上调定好每次融霜时间，融霜过程达到相应时间后，时间控制器就停止融霜进行。

这种终止融霜办法比较可靠，但不能根据使用中负荷、温度或者其他参数变化做出相应改变。

　　采用单一时间控制器进行融霜控制，由于预先设定融霜时间很难及制冷装置运转中实际结霜情况相吻合，可能出现霜己经溶化了，但是由于没有达到融霜结束时间，融霜加热仍然在进行。

此时，会引起制冷装置中温度升高过多，不仅造成能源浪费，而且对制冷装置中贮藏食品质量影响较大。

为了避免这种情况发生，可以在定时控制基础上再插入温度控制终止功能。

而采用时间-温度控制器制冷装置，通过时间控制设定开始融霜时间，即两次融霜时间间隔，而终止融霜通过温控器。

温控器接受蒸发器壁面温度信号，当该温度在0℃以上时，温控器就发出终止融霜命令。

温控终止好处在于:

蒸发器表面结霜不多时，可以提前终止融霜，既节约了能源，又可以防止蒸发器内压力过高。

时间-温度控制器既可以用温度控制终止融霜，同时还可以用时间控制器来终止融霜。

　　由于每一种制冷剂饱和压力及饱和温度关系是已知，所以调节压缩机吸气压力就可以靠组织制冷装置中蒸发器蒸发温度。

采用压力控制器根据融霜时蒸发器出口处制冷剂压力来进行调节。

在压力控制器上，按照融霜结束时制冷剂应该达到温度值对应压力，调定好控制压力值，融霜时，当制冷系统蒸发器中制冷剂压力达到压力控制器断开压力时，控制器就控制融霜终止。

　　对于采用空气强制流动翘片式蒸发器，由于霜层厚度和蒸发器空气进出口压差成比例，即霜层越厚，其压差越大;反之，霜层薄，压差小。

因此，可以根据蒸发器空气进出口压力差变化，来判断结霜情况，并以此作为融霜控制依据。

将蒸发器前后空气压力引入到一个微压差控制器上，在控制器上调好给定值。

当蒸发器前后空气压力差大于给定值时，控制器触点动作，控制蒸发器开始融霜;由于霜层融化，使压力差减小，当降低到低于设定值时，控制器触点再次动作，通过控制电路控制融霜终止。

　　（四）吸收式制冷棚自动控制

　　1．单效溴化锂吸收式制冷机控制

　　单效溴化锂吸收式制冷机控制，一般是通过测量冷冻水供水温度，由控制器控制发生器加热蒸汽阀门开度，来维持冷冻水供水温度恒定。

对水泵、风机等动力设备实现启、停控制。

　　在监测方面有水泵、风机运转状态及故障监测，冷冻水迸、出水温测量，迸水压力、出水流量测量，冷却水出水温度、流量及压力测量，蒸发器真空度、发生器压力测量等。

　　由于单效式制冷机受到溶液结晶条件限制，热源温度不能太高，一般采用0.2MPa加热蒸汽为热源。

现已生产了双效溴化锂吸收式制冷机。

　　2．双效溴化锂吸收式制冷机控制

（1）能量调节--利用冷冻水出口温度，控制加热蒸汽量来维持冷冻水出口温度恒定，以满足负荷要求。

（2）监测信号--冷冻水迸、出口水温;蒸发器冷剂水温度，高压、低压发生器浓溶液温度;总冷却水温度、总蒸汽温度、总蒸汽压力，高发压力、蒸发器进口冷水压力，总冷却水压力，总蒸汽流量，冷冻水出口水量、总冷却水流量，高、低压发生器溶液液位，蒸发器冷剂水液位、真空度等。

　　（3）安全保护--高压、低压发生器浓溶液结晶保护，当溶液温度高于某一温度时，报警并关闭加热蒸汽阀;蒸发器进口冷冻水温度低于某一温度时，发出报警，吸收器泵停止运转，并关闭加热蒸汽。

蒸发器进口冷水断水或压力过低时报警，并关闭吸收器泵及关闭加热蒸汽阀，冷却水断水或水温过低时报警，并关闭加热蒸汽阀;高压、低压发生器溶液液位过高时，发出报警，并关闭发生器泵;高发器内压力高于某一值时，报警，并关闭加热蒸汽阀。

　　（4）动力设备监测发生器泵、吸收器泵、蒸发器泵、冷却水泵、冷冻泵运转状态监测、事故状态监测。

任一泵工作故障时，均应发出报警，并停止加热蒸汽，迅速做停机处理。