船舶機艙自動化5-6 伙食冷機控制系統(tǒng)

第六節(jié)

伙食冷機控制系統(tǒng)一、伙食冷庫系統(tǒng)的基本組成及工作原理1—壓縮機；2—油壓差繼電器；3—高低壓繕電器；4—油分離器；5—冷凝器；6—水量調(diào)節(jié)閥；7—貯液器門；8—回熱器；9—電磁閥；10—熱力膨脹閥；11—溫度繼電器；12—蒸發(fā)器；13—止回閥；14—蒸發(fā)壓力調(diào)節(jié)閥伙食冷庫的自動控制系統(tǒng)主要由溫度自動控制系統(tǒng)和制冷劑的循環(huán)使用系統(tǒng)（它是一個壓力自動控制系統(tǒng)）組成。上述溫度和壓力控制的兩個系統(tǒng)通過制冷劑相互聯(lián)系。當溫度控制系統(tǒng)工作時，制冷劑的循環(huán)使用工作系統(tǒng)也隨之開始工作。系統(tǒng)的基本工作原理如下：由溫度繼電器11檢測冷庫的溫度變化，當冷庫溫度上升至設(shè)定溫度上限值時，溫度繼電器的開關(guān)閉合，通過控制線路使電磁閥9線圈通電，閥門打開，貯液器7的液態(tài)制冷劑通過回熱器8和電磁閥9后，經(jīng)熱力膨脹閥節(jié)流進入低壓的蒸發(fā)器里汽化，吸收熱量使冷庫溫度下降，同時壓縮機l的吸氣壓力升高，當上升至低壓繼電器設(shè)定值的上限時，其開關(guān)接通，壓縮機自動起動，蒸發(fā)后的低溫低壓氣態(tài)冷劑被壓縮機從蒸發(fā)器中抽出加以壓縮，使其壓力、溫度均升高，而后經(jīng)冷凝器5冷卻成液體，儲存在貯液器7中，以便重復(fù)使用；當冷庫溫度下降至設(shè)定溫度下限值時，溫度繼電器開關(guān)切斷，電磁閥失電關(guān)閉，制冷劑停止進入蒸發(fā)器。供液電磁閥關(guān)閉后，壓縮機的吸氣壓力越來越低，當吸氣壓力降低至設(shè)定值下限值時，低壓繼電器開關(guān)切斷，使壓縮機自動停車，從而使冷庫溫度控制在所要求的范圍之內(nèi)。1.冷庫溫度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)

通過溫度控制器（溫度開關(guān)）來控制供液電磁閥的通、斷，再經(jīng)過膨脹閥的自動調(diào)節(jié)，從而控制流入冷庫蒸發(fā)器的冷劑量來實現(xiàn)溫度自動調(diào)節(jié)。在進行溫度調(diào)節(jié)的同時，也使壓縮機吸入壓力發(fā)生變化。

2.壓縮機的啟停自動控制系統(tǒng)

壓縮機的自動啟?？刂剖峭ㄟ^裝設(shè)在壓縮機吸入口的低壓開關(guān)的通斷來實現(xiàn)的。3.壓縮機的保護和控制環(huán)節(jié)

高壓保護：以免損壞壓縮機。冷凝器需要經(jīng)常清通。油壓保護：在壓縮機起動后在設(shè)定的時間內(nèi)應(yīng)建立起滑油壓力低溫冷庫的融霜控制

壓縮機的負荷控制：輕載啟動、能量調(diào)節(jié)、卸載機構(gòu)圖5-55WT-1226型溫度繼電器結(jié)構(gòu)圖1一感溫包；2一傳壓管；3一波紋臂；4一杠桿；5一刀口支架；6一螺釘；7一搖臂；8一主調(diào)彈簧；9一跳簧片；10一動觸點；11、12一靜觸點；13一出線孔；14一幅差調(diào)節(jié)螺釘；15一幅差標尺；16一主凋螺桿；17一主標尺；18一指針；19一幅差彈簧；20一彈簧座；21一止動螺釘

WT-1226型溫度繼電器WT-1226型溫度繼電器當感溫包1所感受的冷庫溫度達到整定值的下限時，由于主調(diào)節(jié)彈簧8的拉力矩大于波紋管3所產(chǎn)生的頂力矩，使杠桿4繞支點5順時針轉(zhuǎn)動，觸點10與12斷開，關(guān)閉供液電磁閥。此時因止動螺釘21已觸及底板，△S2=0；因△S1＞0，所以幅差彈簧19對杠桿4的轉(zhuǎn)動不起作用。隨著庫溫的升高，杠桿4逆時針方向轉(zhuǎn)動一個角度φ1，此時螺釘6碰在彈簧座20上，即△S1=0。當庫溫升至整定值的上限時，杠桿將轉(zhuǎn)到φ2角度上，杠桿4就通過跳簧片9將動觸點10由靜觸點11轉(zhuǎn)接至靜觸點12，接通電路使供液電磁閥開啟，冷劑重又進入蒸發(fā)器。

高、低壓繼電器

高、低壓繼電器用于起動和停止壓縮機的電動機，以保持制冷裝置在規(guī)定的工作壓力范圍內(nèi)工作。目前，在船舶中普遍采用高低壓組合繼電器來控制高壓和低壓：高壓繼電器檢測的是壓縮機的排氣壓力；低壓繼電器檢測的是壓縮機的吸氣壓力。檢測排氣壓力（高壓）主要是起到保護目的。它是為了防止因冷凝器斷水或水量供應(yīng)嚴重不足，或者由于起動時排氣管路的閥門未打開，或者制冷劑灌注過多，或者因系統(tǒng)中不凝性氣體過多等原因造成排氣壓力急劇上升而產(chǎn)生事故。為此一旦排氣壓力超過給定值時，高壓繼電器立即切斷壓縮機電機的電源，使壓縮機停車。檢測吸氣壓力（低壓）主要用以控制壓縮機的起動和停止。在冷庫溫度已經(jīng)達到設(shè)定值使供液電磁閥關(guān)閉后，若壓縮機繼續(xù)運行，則會使吸氣壓力越來越低，這樣就會產(chǎn)生不良后果。因此壓縮機的吸氣壓力也必須加以控制，使它保持在一定值以上工作。在船舶伙食冷庫制冷機裝置中一般直接用控制吸氣壓力的辦法來控制壓縮機的停車和開車，實現(xiàn)庫溫控制。1、伙食冰庫的溫度控制子系統(tǒng)溫度控制置的基本原理溫度繼電器的結(jié)構(gòu)及調(diào)整熱力及電子膨脹閥2、伙食冰庫的壓縮機控制子系統(tǒng)能量調(diào)節(jié)高低壓繼電器油壓保護繼電器冷凝水壓力保護繼電器3、自動融霜控制二、伙食冷庫的控制子系統(tǒng)熱力膨脹閥熱力膨脹閥安裝在蒸發(fā)器入口，常稱為膨脹閥，主要作用有兩個：①節(jié)流作用：高溫高壓的液態(tài)制冷劑經(jīng)過膨脹閥的節(jié)流孔節(jié)流后，部分制冷劑氣化，成為低溫低壓的濕蒸汽，為制冷劑的蒸發(fā)創(chuàng)造條件；②控制制冷劑的流量：進入蒸發(fā)器的液態(tài)制冷劑，經(jīng)過蒸發(fā)器后，制冷劑由液態(tài)蒸發(fā)為氣態(tài)，吸收熱量，降低冷庫內(nèi)的溫度。膨脹閥控制制冷劑的流量，保證蒸發(fā)器的出口完全為氣態(tài)制冷劑，若流量過大，出口含有液態(tài)制冷劑，可能進入壓縮機產(chǎn)生液擊；若制冷劑流量過小，提前蒸發(fā)完畢，造成制冷不足。熱力膨脹閥按照平衡方式不同，分內(nèi)平衡式和外平衡式兩種。

電子膨脹閥隨著電子控制技術(shù)發(fā)展，電子膨脹閥越來越多地替代了傳統(tǒng)的熱力膨脹閥。電子膨脹閥的特點是調(diào)節(jié)范圍大、動作迅速靈敏、調(diào)節(jié)精密、穩(wěn)定可靠。制冷劑在電子膨脹閥中可以正、逆兩個方向流動。制冷系統(tǒng)停機時，電子膨脹閥可以完全關(guān)閉。電子膨脹閥按驅(qū)動方式分有電磁式和電動式兩類。

電磁式膨脹閥的比例電磁線圈通電前，針閥處于全開位置；通電后，磁性材料制成的柱塞受電磁力吸引，克服彈簧的張力升高，與柱塞成一體的針閥開度變小。改變線圈的控制電壓（電流）可以調(diào)節(jié)針閥的開度，在閥前后壓差既定時流量即接近線性變化。電動式膨脹閥是用脈沖電動機（步進電動機）驅(qū)動，在電機定子繞組上施加正、反序列的脈沖電壓指令即可驅(qū)動轉(zhuǎn)子正、反向轉(zhuǎn)動，調(diào)節(jié)閥桿上、下移動，改變針閥的開度。

圖5-62所示為電子膨脹閥用于蒸發(fā)器制冷劑供液量調(diào)節(jié)的系統(tǒng)原理圖。傳感器、電子調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器（膨脹閥）分別是獨立的，通過導(dǎo)線連接，以標準電量傳遞信號，對流量實施自動控制。圖（a）所示為在蒸發(fā)器出口設(shè)壓力傳感器P和溫度傳感器T，所測信號輸入電子調(diào)節(jié)器而求得制冷劑在蒸發(fā)器出口的過熱度，使之與所設(shè)定的過熱度相比較，根據(jù)兩者之差向執(zhí)行器輸出調(diào)節(jié)信號。圖（b）則分別在蒸發(fā)器的進、出口各設(shè)溫度傳感器T2、T1，以T1與T2的讀數(shù)差來近似代表制冷劑在蒸發(fā)器出口的過熱度。后種方式只使用溫度傳感器，比前者簡單，但由內(nèi)平衡式熱力膨脹閥的工作原理可知，只有在兩測點間制冷劑壓降所導(dǎo)致的飽和溫度降不太大時才比較準確。（a）按出口過熱度控制（b）按溫差控制圖5-62電子式膨脹閥流量調(diào)節(jié)的系統(tǒng)原理圖油壓差保護環(huán)節(jié)制冷壓縮機在運行過程中，運動摩擦面需要有一定壓力的潤滑油進行潤滑和冷卻。為了保證壓縮機的安全運行，采用壓力潤滑時，當油泵排壓與曲軸箱壓力（即吸氣壓力）之差降至某一定值時，應(yīng)發(fā)出信號，使壓縮機停止運行。油壓差保護環(huán)節(jié)采用壓差繼電器來實現(xiàn)。它的兩個感壓元件接在油泵出口端與吸人端（壓縮機曲軸箱）之間，檢測的是兩者之間的壓力差值。目前船上用于壓縮機油壓差保護的是自身帶延時裝置的壓差繼電器。

壓縮機的能量自動調(diào)節(jié)壓縮機能量調(diào)節(jié)實際就是調(diào)節(jié)制冷壓縮機排送制冷劑的流量，從而改變其制冷量，使之與制冷裝置的熱負荷保持平衡。如果沒有能量調(diào)節(jié)裝置，會增加壓縮機起停頻率。能量調(diào)節(jié)裝置還可以起到卸載起動的作用，壓縮機滿載起動其起動力矩較大，容易引起電機過載。壓縮機能量調(diào)節(jié)方法比較多，多數(shù)可由壓縮機自身機構(gòu)來實現(xiàn)，也可以用壓縮機電機變速的方法。

（1）壓力繼電器一電磁閥能量調(diào)節(jié)根據(jù)吸氣壓力來調(diào)節(jié)壓縮機能量的方式比較多，目前在船舶中使用較多的是采用壓力繼電器一電磁閥式能量調(diào)節(jié)方式。根據(jù)吸氣壓力的變化，去控制相應(yīng)電磁閥動作，以實現(xiàn)加載或卸載。一般而言，電磁閥通電動作后加載，失電復(fù)位后卸載。

（2）壓縮機電機變速調(diào)節(jié)用電動機變速調(diào)節(jié)來達到壓縮機能量調(diào)節(jié)的目的，效率最高，若電動機可以實現(xiàn)無級調(diào)速，則能在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)連續(xù)能量調(diào)節(jié)的效果。目前電動機調(diào)速使用最廣泛的是變頻調(diào)速和選用電磁式滑差電動機。

冷凝水壓力保護環(huán)節(jié)若要制冷裝置正常工作，希望冷凝水壓力處于一個比較穩(wěn)定的工作范圍。冷凝水壓力過高會導(dǎo)致壓縮機功耗增大，而且還容易引起設(shè)備破損；而冷凝水壓力過低，效果也不好。冷凝水壓力保護環(huán)節(jié)主要有兩種：一種是利用壓力控制的水量調(diào)節(jié)系統(tǒng)，另一種是利用溫度控制的水量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。圖5-68和圖5-69分別是它們的工作原理圖。

融霜控制在制冷過程中，蒸發(fā)器的管外壁溫度低于0℃時，空氣中的水蒸氣就會在其表面結(jié)霜（主要是魚、肉庫，有時菜庫也結(jié)霜）。由于霜層的導(dǎo)熱系數(shù)低，蒸發(fā)器結(jié)霜后就會大大削弱它的吸熱能力，從而導(dǎo)致蒸發(fā)