冷库制冷系统的自动控制

第5章冷库制冷系统的自动控制5.1制冷压缩机的自动控制5.2机房的自动控制5.3库房的自动控制5.4冷库制冷系统自动控制实例5.1制冷压缩机的自动控制制冷机的运行状态与整个制冷系统是否安全、合理、经济的运行关系密切，是本门课程的重要内容，根据制冷工艺的要求，制冷机的自动控制内容有：压缩机的安全保护，能量自动调节，自动开停车程序。5.1.1活塞式制冷压缩机的自动控制1.安全保护（1）高低压力保护即指压缩机工作时排气压力与吸气压力的保护。可用压力控制器进行高低压保护。高压控制器的调定值对于R12系统取1.4MPa，对于氨气或R22系统通常取1.6MPa。一般情况下，低压控制器的调定值调在比制冷系统蒸发温度低5℃所对应的饱和压力。（2）油压差保护又称油压控制。油压差是指制冷系统正常工作时压缩机润滑油在油泵出油口的压力与曲轴箱压力之差。油压差=油压表读数-吸气压力表读数。可用油压差控制器进行保护。（3）温度保护可用温度控制器进行温度保护。①排气温度保护制冷压缩机排气温度过高，会使润滑油粘度下降，产生碳化，影响制冷压缩机的使用寿命，因此，要对排气温度进行保护。制冷压缩机排气温度应比润滑油的闪点低15～20℃，一般要求制冷压缩机的排气温度不得超过140℃。②油温保护为保证制冷压缩机各磨擦面正常润滑，除了对油压有要求外，油温也是一个很重要的因素。若油温过高，粘度下降，润滑性能受到影响。即使油压差正常也会造成摩擦部件的损坏。油温保护值设定在70℃以下。采用氟利昂工质的制冷压缩机启动前，先开电加热器，使溶于润滑油中的氟利昂受热后蒸发掉，然后再启动制冷压缩机。（4）压缩机气缸头冷却水套断水保护大型氨系统活塞式制冷压缩机,为了降低气缸上部的温度,冷却水就可以通过水套对压缩机的机头起冷却降温作用。一般采用晶体管水流继电器作断水保护。在水套出水管安装一对电接点，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，压缩机无法启动或执行故障性停车。冷却水套断水一般延时15～30s，这样确认冷却水已中断了，再对压缩机执行停车。（5）压缩机电机保护①失压保护（零电压保护）在空调、制冷系统的控制电路中，凡有自锁环节的，就有失压保护作用。②短路保护短路保护由熔断器，自动开关或两者同时担任。③过载保护（热保护）热继电器起过载保护作用。自动空气断路器（又称自动开关），它既有开关作用，又有短路，严重过载，失压或欠压自动保护功能。2.能量调节压缩机能量调节是指改变压缩机制冷能力，使之与变化的热负荷相适应的一种调节。其目的是使制冷系统处于一个经济合理的运行状态，并实现压缩机轻载或空载启动。（1）压缩机间歇运行又称压缩机启动控制，是能量调节与负荷平衡的一种最简单形式，一般用于只配置一台无卸载装置压缩机的小型制冷装置中。当用热力膨胀阀供液时，常用吸气压力控制器即低压控制器控制压缩机的启停。间歇能量运行调节方式简单易行，但只适用于负荷变化不太剧烈的装置（如小型冷库）中。（2）压缩机运行台数控制在多台压缩机联合供冷的系统中，一般根据热负荷的变化来决定投入运行的压缩机台数实现能量调节，以降低用电量，减少生产成本。按照组成机群的压缩机台数和每台压缩机的容量，将能量划分为若干个等级。第1能级（最低能级）为基本能级，受库房温度控制启、停。以后各能级所对应的压缩机的启、停分别用吸气压力（或蒸发温度）控制。将吸气压力或蒸发温度分成若干个设定值与各能级一一对应。按照运行中吸气压力（或蒸发温度）的变化，自动地启、停压缩机，使机群的能量自动增、减到指定的能级上。每级能量调节过程为：任何一个库房温度达到设定值的上限时，温度控制器使Ⅰ号机启动运行。30min后，若吸气压力升到0.20MPa，Ⅱ号机的压力控制器LPⅡ使Ⅱ号机运行。Ⅱ号机运行后若吸气压力降到0.09MPa，LPⅡ使它停车；若吸气压力继续上升到0.22MPa，Ⅲ号机的压力控制器LPⅢ使Ⅲ号机运行后，若吸气压力降到0.11MPa，LPⅢ使Ⅲ号机停车；若吸气压力继续升到0.30MPa，则Ⅳ号机压力控制器LPⅣ使Ⅳ号机运行。LPⅣ令Ⅳ号机退出运行的吸气压力值为0.15MPa。所有库房温度都降到设定值的下限后，Ⅰ号机停止运行，整个制冷系统停止工作。表5-1压缩机开停的压力设定值压缩机Ⅱ号机Ⅲ号机Ⅳ号机压力控制器LPⅡLPⅢLPⅣ上限接通压力/MPa（表）0.20（-9℃）0.22（-7℃）0.30（-2℃）下限断开压力/MPa（表）0.09（-20℃）0.11（-18℃）0.15（-14℃）差动值/MPa（表）0.11（11℃）0.11（11℃）0.15（12℃）（3）气缸卸载①用压力控制器和电磁阀控制气缸卸载凡是制冷压缩机本身带有自动卸载机构时，均可采用压力控制器和电磁阀式的能量调节系统。调节方法为：用压力控制器LP控制压缩机电动机；用压力控制器P3/4控制第Ⅲ组气缸卸载机构油路管上的电磁滑阀1DF；用压力控制器P4/4控制第Ⅳ组气缸卸载机构油路管上的电磁滑阀2DF。当压缩机满负荷工作时，四组气缸全部投入运行，输出能量为1。蒸发温度降到0℃时，压力控制器P4/4使电磁滑阀2DF失电，滑阀落下，阻断从油泵送往第Ⅳ组卸载液压缸去的配油孔，停止压力油的供应，该油缸中的油回流到曲轴箱，第Ⅳ组的两个气缸卸载，压缩机输出能量为3/4。当蒸发温度降到-1℃时，压力控制器P3/4断开，使电磁滑阀1DF失电，第Ⅲ组气缸卸载，压缩机输出能量为1/2。当蒸发温度降到-3℃时，压力控制器LP断开，切断电源，整台压缩机停止工作。停机后，若吸气压力回升到0.33MPa（2℃）时，压缩机重新启动，基本工作缸投入运行。此后，若吸气压力继续升高，第Ⅲ、Ⅳ组气缸依照表5-2中给出的数据依次上载。表5-2压力控制器的设定值压力控制器P4/4P3/4LP断开压力/MPa（蒸发温度/℃）0.31（0）0.30（–1）0.28（–3）断开压力/MPa（蒸发温度/℃）0.36（4）0.34（3）0.33（2）差动压力/MPa（温度/℃）0.05（4）0.04（4）0.05（5）（4）气缸卸载与机组台数的联合控制在大型制冷站中，在对制冷量的调节中，可以根据当时制冷量的多少，开启与之相匹配的制冷机组运行，或者采用与制冷量相适应气缸卸载和台数的联合控制。采用“定点延时，分级步进”的程序调节方式。它是将压缩机的吸气压力或蒸发温度设置四个限位点（即定点）：过低限、低限、高限和过高限。使用步进程序调节器，根据压力传感器所测得的蒸发压力（或蒸发温度）当前值与设定值进行比较，自动地使制冷机组在当前所处的能量级基础上延时递增或递减或维持不变。它适用于蒸发温度低，能量级数较多的场合，它具有程序调节的特征，采用TDF型步进程序调节器。（5）变速能量调节制冷压缩机的制冷量与其转速成比例，因此可以用改变压缩机的转速来实现制冷量的调节，变转速制冷机的能量调节经济性最佳。要改变制冷压缩机的变转速调节可采用两种方法，一是可采用两种极数的电动机拖动，通过对电动机级数的切换来实现对制冷压缩机的两种转速驱动，从而实现压缩机的能量调节；二是采用变频调速电动机实现对制冷压缩机的驱动，从而达到压缩机的能量调节。（5）变速能量调节制冷压缩机的制冷量与其转速成比例，因此可以用改变压缩机的转速来实现制冷量的调节，变转速制冷机的能量调节经济性最佳。要改变制冷压缩机的变转速调节可采用两种方法，一是可采用两种极数的电动机拖动，通过对电动机级数的切换来实现对制冷压缩机的两种转速驱动，从而实现压缩机的能量调节；二是采用变频调速电动机实现对制冷压缩机的驱动，从而达到压缩机的能量调节。（6）热气旁通能量调节热气旁通能量调节的原理：在制冷负荷下降时，导致吸气压力的降低，将压缩机排出的高温高压制冷剂气体旁通到制冷系统的低压侧，用于补偿因制冷负荷下降而减少的制冷剂蒸发量，以保持压缩机连续正常运行所必须的最低吸气压力。从而使制冷压缩机能力与蒸发器的实际负荷相适应，在蒸发器负荷下降时，来自制冷系统中高压侧的热气为其提供一个虚负荷。此种能量调节一般用在制冷压缩机没有气缸卸载机构的小型制冷机组中和用在制冷压缩机虽有卸载机构，但在机组启动时或降负荷调节到最低档时，压缩机都处于基本能量级，如果还希望启动负荷更小或希望在负荷小到几乎是空载但仍需压缩机不停止运行的场合。可以在最低能级档再设热气旁通，实现该范围内的无级能量调节。（7）吸气节流控制此种方法是在制冷机组的蒸发器制冷剂气体出口处安装一蒸发压力调节阀，使来自蒸发器的制冷剂气体经蒸发压力调节阀节流后进入制冷压缩机，负荷越低，节流作用越强，进入制冷压缩机内的气体量也越少，以此增大吸气比容，减小制冷压缩机的制冷能力，从而维持制冷剂在蒸发器内的蒸发压力保持在一定值上。由于此种方法人为地提高了制冷压缩机的压力比，单位功耗和排气温度将会上升，同时在运行中吸气压力不允许下降过大，因而此种方法只能在小范围的能量调节中使用。3.自动启停在检查了制冷系统各部分都正常后，方可进行自动开机操作，开机信号可由温度控制器发出，同时还可以配有手动按钮发出开机指令，进行压缩机减载或空载启动，在能量调节装置和安全保护装置的控制下，压缩机投入正常有序运行。正常停车信号可由温度控制器或压力控制器发出，也可以手动按钮发出，事故信号则来自安全保护装置。ZS8-12.5双级压缩机起动和上载控制程序方框图压缩机停机程序方框图5.1.2螺杆式制冷压缩机的自动控制1.安全保护（1）压力保护螺杆式制冷压缩机的压力保护主要有高压保护、低压保护、润滑油供给的油压差保护、润滑油过滤的油压差保护等。各种压力保护自动控制的基本控制方法与活塞式制冷压缩机的装置的压力保护控制相类似。润滑油供给的压差控制器的保护，要求控制油泵排出压力高于制冷压缩机排气压力0.15MPa，以保证向螺杆式制冷压缩机腔内喷油。润滑油过滤器油压差控制器压差调定值为0.1MPa，超过此控制值则说明过滤器需清洗更换了。（2）温度保护螺杆式制冷压缩机的温度保护主要有排气温度保护，油温保护。其自动控制的方法与活塞式压缩机所采用的温度保护方法相类似。单螺杆式制冷压缩机对油温的要求比较严格。这里的油温指的是油泵向压缩机的喷油温度，要求在40℃～60℃之间，油温过低，则油的粘度变大，流动阻力增大，即影响油泵的上油，又使压缩机启动困难。油温过高，则油的粘度变小，既不利于润滑，也破坏油在螺杆间起的密封作用。为了防止油温过低，在环境温度较低时启动压缩机，一定要先加热储油器或油箱中的润滑油，使之粘度适中。对于氟系统，还可蒸发掉溶于油中的制冷剂，减少启动过程中出现润滑油产生油泡沫的现象。油温度控制器一般接在油泵出口或油分配器上。n（3）其他保护系统联锁保护：当制冷系统的其他设备在运行中，处于不正常状态时，也会危及到压缩机的安全。必须进行联锁保护，切断压缩机电机电路，使压缩机失电停机。例如，对于冷水机组，通常置有蒸发器出水温度过低的保护，蒸发器断水保护，冷凝器冷却水断水保护及压力容器上的安全阀或易熔塞等。电动机保护：用快速反应的三相过电流继电器作电动机电流过载保护，用反向保护继电器作防压缩机电动机反向旋转的防反转保护，用电器自锁装置作防止电动机停机后立即重新启动的失压保护，将温度传感器嵌入螺杆压缩机电动机绕组内作电动机绕组的温升保护等。2.能量调节螺杆式压缩机的能量调节执行机构由滑阀、增载、卸载电磁阀、电位器等组成。滑阀设置在气缸下部，两个转子的下方，滑阀的底面与气缸底部支撑滑阀的平面相贴合，阀杆连接滑阀和油缸内的油活塞，借油活塞两边的压差，使滑阀顺着气缸轴线方向移动。开启1NYV和3NYV增载电磁阀，使滑阀向压缩机的排气口移动，增加压缩机输出能量。当需要减载时，开启2NYV和4NYV卸载电磁阀，使滑阀向回流孔移动而将其打开时，转子齿槽内的气体有一部分不被压缩而经回流孔返回吸气腔。从而减少了有效吸气量，同样也减少了排气量，即减少了输出能量。滑阀移动不同的位置，改变吸气腔内不同的容积和不同的制冷量，便可在10%～100%范围内实现无级调节。图5-8螺杆式压缩机能量调节控制方框图当安