第三章-制冷装置自动调节11A

第三章制冷装置的自动调节要确保制冷空调系统能够正常运行，并达到要求的运行参数指标，就要对制冷空调系统许多热工参数进行控制。温度湿度压力流量液位热工参数第三章制冷装置的自动调节第三章制冷装置的自动调节制冷装置自动调节的任务保证工艺要求、工况合理安全、经济性制冷系统的调节内容制冷剂流量调节供液量压缩机能量调节产冷力换热器能力调节压力控制第一节制冷剂流量调节1．制冷剂流量调节：通过改变制冷剂循环量使冷量与负荷相适应。调节流向蒸发器的供液量，保证单位时间送入蒸发器的液量等于蒸发了的液量。若过量供液，使压缩机吸气带液；若供液不足，使制冷量不足。制冷装置必须有自动调节制冷剂流量的功能。2．根据蒸发器形式和特点不同，采用不同的调节元件。手动膨胀阀、毛细管、自动膨胀阀（定压膨胀阀、热力膨胀阀、热电膨胀阀、电子膨胀阀），对于有自由液面的容器，采用浮子阀、液位调节阀、液位控制器。第一节制冷剂流量调节手动膨胀阀手动膨胀阀：冷冻初期辅助送液，自动膨胀阀维修时，旁通备用。一、毛细管广泛用于小型制冷装置，大批量产品。制冷量不超过35kW。毛细管：毛细管是内径为0.2～2.0mm的细长铜管，起节流降压作用。系统不设高压贮液器，可在吸气侧设集液包，只在给定的工作条件下发挥预期的效果。一、毛细管优点：简单、便宜。缺点：尺寸与灌量经实验匹配，出口处有喷流噪音。一、毛细管（一）节流特性利用制冷剂在细长管内流动的阻力实现的。制冷剂流经毛细管与外界无热交换为绝热膨胀过程；或与外界有热交换为放热膨胀过程。一、毛细管a.毛细管尺寸一定时，流通能力与制冷剂进口状态（冷凝压力，过冷度）有关，与蒸发压力关系小（若蒸发压力低于临界压力则与蒸发压力无关）。b.流量不可调，可对流量作微小调整，用于负荷较稳定的装置。c.对流量变化具有一定的自补偿能力。即，进出口压差增大，流量增大，阻力增大，抑制流量增大。一、毛细管（二）毛细管尺寸估算1）满足系统阻力降和流量要求2）毛细管阻力要足以在进口侧保持一段液封。不能使过多液体积存于冷凝器中。方法：用经验公式或计算线图初步估算其尺寸，再进行毛细管和充灌量的寻优试验，确定毛细管的最佳尺寸。毛细管和充灌量的寻优试验：使装置在预定的运行条件范围内工作，以最低功耗或最大制冷量为目标，通过试验确定最佳的充灌量和毛细管的最佳尺寸。（二）毛细管尺寸估算一、毛细管（三）毛细管节流的制冷系统特点1、流通界面固定2、对流量变化有自补偿能力3、对充灌量有严格的控制范围4、压缩机停机后不能立即开机5、对系统清洁度要求高6、毛细管端口不变形、盘绕平滑、不能随意更换。压缩式制冷装置中蒸发器制冷剂流量控制的主要元件。温度型自动膨胀阀。将发信器、调节器和执行器做成一体的比例调节装置。用于干式蒸发器。调节液量与负荷相匹配，使液体在蒸发器出口处全部蒸发。避免过量供液和充分利用蒸发器面积。以检测蒸发器出口处过热度为信号来调节供液量。二、热力膨胀阀二、热力膨胀阀a）使高压常温的制冷剂液体在经热力膨胀阀时节流降压，变为低压低温的制冷剂湿蒸汽,进入蒸发器，在蒸发器内蒸发吸热，从而达到制冷降温的目的。在制冷装置中的作用：b）按感温包感受的蒸发器出口制冷剂过热度的变化，改变膨胀阀的开启度，自动调整流入蒸发器的制冷剂流量，使制冷剂流量始终与蒸发器的热负荷相匹配。c）通过热力膨胀阀的控制，使蒸发器出口的制冷剂保持一定的过热度，这样即能保证蒸发器传热面积的充分利用，又可以防止压缩机出现液击冲缸现象。1、热力膨胀阀的供液控制2、热力膨胀阀的自动控制原理热力膨胀阀属于直接作用式比例调节器。2、热力膨胀阀的自动控制原理膜片力平衡条件：p1=p2+p3忽略蒸发器内的流动阻力损失p2=p0(t0)p1:温包内的感应温度t1的压力p2：节流后制冷剂压力p0(t0)：出口处制冷剂压力p3：弹簧力开阀需满足p1(t1)=p0(t0)+p32、热力膨胀阀的自动控制原理热力膨胀阀开启过热度的变化2、热力膨胀阀的自动控制原理热力膨胀阀开启过热度的变化2、热力膨胀阀的自动控制原理（1）关阀力曲线在开阀力曲线的上方（2）开阀或维持某一开度时，要有一定过热度△t=t1-t0流通能力C=KC△t△t增大，阀开大；△t减小，阀关小。静态过热度SS：关闭位置，如2～8℃打开（可变）过热度OS：全关到全开过程，如5℃工作过热度OPS：工作时阀处于某一开度下对应的过热度，为2～13℃热力膨胀阀热力膨胀阀热力膨胀阀内平衡热力膨胀阀外平衡热力膨胀阀3、热力膨胀阀的分类外平衡热力膨胀阀与内平衡热力膨胀阀的主要区别有一个专用的外平衡管接头，为引入外平衡压力所用调节杆的形式有所不同3、热力膨胀阀的分类外平衡热力膨胀阀的安装3、热力膨胀阀的分类内平衡式热力膨胀阀：节流后的制冷剂压力直接作用于膜片。p1(t1)=p0(t0)+△p+p3使过热度过大，蒸发器缺液。外平衡式热力膨胀阀：用外平衡引管将蒸发器出口处压力引入，作用于膜片下方。p1(t1)=p0(t0)+p3△p0小，用内平衡式热力膨胀阀，△p0大或低温装置，用外平衡式热力膨胀阀。4、热力膨胀阀的温包充注1、同工质液体充注同工质、温包总有液体用于大容量氨系统，蒸发温度在-40℃以上2、液体交叉充注—感温包的工质与系统工质不同。改善低温时对过热度的控制，扩大阀的低温工作范围。4、热力膨胀阀的温包充注3、气体充注同工质、温包超过最高温度时，包内为过热气体，可以限制蒸发器的最大工作压力（MOP）。用于空调装置，异工质的气体交叉充注用于商业制冷和低温系统。4、混合充注温包中注入一定的液体感温剂和不凝气体，获得近等过热度控制。4、热力膨胀阀的温包充注5、吸附充注温包中充入固体吸附剂和被吸附气体。温度降低时，吸附力强，温包内压力低；反之压力升高。①采用的制冷剂②系统的蒸发温度③阀前制冷剂过冷度会影响阀后两相制冷剂的干度④冷凝器至阀前的液管有压力降主要考虑下列因素：5、热力膨胀阀的选配热力膨胀阀的容量：经过阀的制冷剂流量在一定蒸发温度下完全蒸发所具有的制冷能力。5、热力膨胀阀的选配尺寸一定的阀，容量取决制冷剂、压力差、蒸发温度、液体过冷度。6、热力膨胀阀的结构阀的组成：热力头、阀件、过热度调节机构、阀体1）热力头：膜片式、波纹管式2）阀件节流孔、阀芯、阀杆、阀座。3）过热度调节机构小型：用螺钉改变弹簧预压缩量大、中型：齿轮机构改变弹簧压力蒸发温度对膨胀阀容量的影响蒸发温度/℃50-5-10-15-20-25-30-35-40相对容量1.00.90.80.750.660.570.490.410.390.38过冷度/℃48.3511.116.722.227.833.4相对容量R12,R22,R5021.01.141.171.241.311.371.42R7171.01.121.231.391.481.51.6阀前液体过冷对膨胀阀容量的影响高差/m369121518Δp/MPaR120.0390.0770.1160.1550.1940.232R220.0350.070.1060.1410.1760.211R5020.0360.0720.1070.1430.1790.215冷凝器/储液器与蒸发器之间的高差引起的静压损失Δp工质冷凝温度/℃Δp/MPa0.050.100.150.200.250.30Δt/℃R12302.65.48.311.514.718.3402.14.46.39.211.814.5501.83.75.67.69.611.7R22301.63.35.16.98.810.8401.42.84.25.77.28.8501.22.33.54.76.07.2R502301.53.24.86.58.210.0401.32.64.05.46.88.3501.12.23.44.55.76.9液体侧压力损失为Δp时不产生气体闪发必须的最小过冷度Δt二、电子膨胀阀控制品质不高调节系统无法实施计算机控制系统的运行过程只能实施静态匹配阀工作温度范围窄温包迟延大在低温调节场合振荡问题比较突出热力膨胀阀用于蒸发器供液控制存在的问题:二、电子膨胀阀1电子膨胀阀流量调节系统图2种类：热动式、电磁式、电磁式、电动式1、热动式电子膨胀阀供液控制系统TQ型为直接驱动式PHTQ型为带自给放大的结构，用于大冷量系统。热动式靠阀头电加热的调节产生热力变化，改变阀的开度。为Danfoss公司的专利产品，适用中大型制冷装置的供液控制。（a）TQ型（b）PHTQ型热动式膨胀阀的结构2、电磁式电子膨胀阀供液控制系统电磁式膨胀阀的电磁线圈通电前处于全开位置，通电后，由于电磁力的作用，磁性材料所支撑的柱塞被吸引上升，从而带动针阀使开度变小。阀的开度取决于加在线圈上的控制电压（或电流），故可以通过改变控制电压调节流量。0150300线圈电流（mA）控制电压（V）00.51100流量（%）电磁式膨胀阀流量特性3、电动式电子膨胀阀供液控制系统和热动式相似，电动式电子膨胀阀由发信器、控制器和电动式膨胀阀组成。与热动式的差别主要是阀的驱动部分，电动式膨胀阀由电动机驱动，目前使用最多的是四相永磁式步进电动机，有直接驱动型与减速型。电动式膨胀阀流量特性脉冲数050100150200250100流量（%）特性利用四相步进电动机控制阀门开度，全开闭阀需500次脉冲，可用于制冷和热泵系统制冷剂流量控制，也可用于除湿、除霜控制质量/gKBM型约26（4*3.52kW以下）约280（5*3.52kW以下）驱动电压/VDC12消耗功率/W6LAM型约220使用工质R22工作压力/MPa0-3阀开闭时间/s12最大工作压差/MPa2.25工作温度/℃-30-70KBM型和LAM型电子膨胀阀的技术参数由于采用电子膨胀阀控制，使得先进的控制手段运用于制冷剂流量调节成为可能，主要表现在以下几个方面：电子膨胀阀1)流量调节不受冷凝压力变化的影响。对膨胀阀前制冷剂过冷度的变化具有补偿作用。2)由于电信号传递快，执行动作迅速、准确，故能够及时、准确地调节流量。即使负荷变化剧烈，也能避免振荡。3)能够将蒸发器出口过热度控制到最小，从而最大限度地提高蒸发器传热面积的利用率。4)在装置的整个运行温度范围，可以有相同的过热度设定值。5)可以根据装置的实际情况决定调节规律，不仅限于采用比例调节，还可以采用比例积分或其他调节规律，并且能够进行调节器参数整定。三、浮球调节阀浮球调节阀是根据液位变化进行流量控制的直接作用式比例控制器。低压浮球阀高压浮球阀高压浮球调节阀根据冷凝器或高压贮液器中的液位变化，控制流向蒸发器的供液量。高压浮球调节阀高压浮球调节阀根据冷凝器或高压贮液器中的液位变化，控制流向蒸发器的供液量，制冷剂流量调节导阀与主阀的配置见图。高压浮球调节阀a)系统布置b)高压浮球阀SV与主阀PMFH的配置EVM-电磁导阀SV(H)-高压浮球阀PMFH-主阀高压浮球调节阀低压浮球阀常直接和满液式蒸发器连通，按蒸发器液位的高低，调节从贮液器进到满液式蒸发器的制冷剂流量。低压浮球阀低压浮球阀a)系统布置b)低压浮球阀SV与主阀PMFH的配置EVM-电磁导阀SV(H)-低压浮球阀PMFH-主阀阀型号额定容量/kWR717R22R134aR404AR12R502SV1254.73.93.73.13.4SV3641310.09.77.98.8SV型浮球阀的额定容量第二节电磁阀自动接通和切断制冷剂通道，是制冷空调自动控制中最常用的流体控制元件，广泛用于氟里昂制冷系统。它是受电气信号控制而动作的自动阀门，通常有二通、三通、四通等多种用途的控制流通或截止用电磁阀。安装在膨胀阀和冷凝器之间，停机时，阀关闭，避免制冷剂进入蒸发器，再开时压缩机液击。第二节电磁阀按结构与控制方式直接作用一次开启式间接作用二次开启式电磁阀由电磁头外壳、线圈、芯铁、弹簧、膜片或活塞、阀体、密封环等主要部件组成。电磁阀是一种开关式（即双位式）自动阀门，它能适应于各种工质，包括气体或液体的制冷剂、淡水、盐水和润滑油。第二节电磁阀直接作用式电磁阀间接作用式电磁阀电磁阀继动式电磁阀无压降开启的控制式电磁主阀A-电磁导阀（常闭型）B