制

冷

原

理

与

技

术

2.1.4 蒸汽压缩式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

制

冷

原

理

与

技

术

（一） 制冷装置的基本控制回路

　　 1 ．蒸发器的供液控制及其控制元件

蒸发器的供液控制元件包括

热力膨胀阀

毛细管

浮球阀

电子膨胀阀

制

冷

原

理

与

技

术

1 ）热力膨胀阀的供液控制 迄今为止，热力膨胀阀仍是压缩式

制冷装置中蒸发器制冷剂流量控制的主要元件。

它在制冷装置中的作用主要包括：

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。

制

冷

原

理

与

技

术

　 b ）按照感温包感受到的蒸发器出口制冷剂蒸汽过热度的变化，来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蒸汽保持一定的过热度，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。

制

冷

原

理

与

技

术

从调节特性来分析，热力膨胀阀属于直接作用式比例调节器。

热力膨胀阀

热力膨胀阀的自动控制原理

内平衡热力膨胀阀

外平衡热力膨胀阀

制

冷

原

理

与

技

术

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

调节杆的形式等也有所不同

制

冷

原

理

与

技

术

制

冷

原

理

与

技

术

热力膨胀阀实物图

制

冷

原

理

与

技

术 热力膨胀阀的工作原理

制

冷

原

理

与

技

术 外平衡热力膨胀阀的安装

制

冷

原

理

与

技

术

选择热力膨胀阀时，主要考虑下列因素：

① 按系统采用的制冷剂

② 要考虑系统的蒸发温度

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肯定有压力降

制

冷

原

理

与

技

术 （ a ）内平衡 （ b ）外平衡 图 2-45 热力膨胀阀开启过热度的变

化

制

冷

原

理

与

技

术

表 2-1 蒸发温度对膨胀阀容量的影响

蒸发温度 /℃

5 0 -5 -10 -15 -20 -25 -30 -35 -40

相对容量

1.0 0.9 0.8 0.75

0.66

0.57

0.49

0.41

0.39

0.38

表 2-2 阀前液体过冷对膨胀阀容量的影响

过冷度 /℃ 4 8.35 11.1 16.7 22.2

27.8

33.4

相对容量

R12,R22,R502

1.0 1.14 1.17 1.24 1.31

1.37

1.42

R717 1.0 1.12 1.23 1.39 1.48

1.5 1.6

制

冷

原

理

与

技

术

表 2-3 冷凝器 / 储液器与蒸发器

之间的高差引起的静压损失 Δp

高差 /m 3 6 9 12 15 18

Δp/MPa

R12 0.039 0.077 0.116 0.155 0.194 0.232

R22 0.035 0.07 0.106 0.141 0.176 0.211

R502 0.036 0.072 0.107 0.143 0.179 0.215

制

冷

原

理

与

技

术

工质 冷凝温度 /℃

Δp/MPa

0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30

Δt/℃

R12 30 2.6 5.4 8.3 11.5 14.7 18.3

40 2.1 4.4 6.3 9.2 11.8 14.5

50 1.8 3.7 5.6 7.6 9.6 11.7

R22 30 1.6 3.3 5.1 6.9 8.8 10.8

40 1.4 2.8 4.2 5.7 7.2 8.8

50 1.2 2.3 3.5 4.7 6.0 7.2

R502 30 1.5 3.2 4.8 6.5 8.2 10.0

40 1.3 2.6 4.0 5.4 6.8 8.3

50 1.1 2.2 3.4 4.5 5.7 6.9

表 2-4 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

制

冷

原

理

与

技

术

　

2 ） 电子膨胀阀供液控制

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仍 然存在着许多问题

制

冷

原

理

与

技

术

　 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。

热动式亦称参考压力系统（ PRS ）电子膨胀阀，为 Danfoss 公司的专利产品，适用中大型制冷装置的供液控制， 该形式电子膨胀阀的结构见图 2-46 。

制

冷

原

理

与

技

术

热动式电子膨胀阀实物图（ TQ 型）

制

冷

原

理

与

技

术（ a ） TQ 型 （ b ） PHTQ 型

图 2-46 热动式膨胀阀的结构

1- 阀头 2- 止动螺钉 3-O 型圈 4- 电线套管 5 、 6- 螺钉7- 电线8- 上盖 9- 垫片 10- 电线旋入口 11 密封圈 12 、 13- 垫片14- 端板 15- 膜头 16-NTC 传感元件 17-PTC 加热元件 18- 节流组件 19- 阀体图

制

冷

原

理

与

技

术

电磁式电子膨胀阀供液控制

电磁式膨胀阀结构见上节图 2-40所示，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。

制

冷

原

理

与

技

术

图 2-40 电磁式膨胀阀结构

1 — 出口 2— 弹簧 3— 阀针 4— 阀杆 5— 柱塞弹簧 6— 柱塞 7— 线圈 8— 阀度 9— 入口

制

冷

原

理

与

技

术

电磁式膨胀阀流量特性

0 150 300线圈电流（ mA ）

控制电压（ V ）0 0.5 1

100

流量

（%

）

制

冷

原

理

与

技

术

　　　电动式电子膨胀阀供液控制系统

和热动式相似，电动式电子膨胀阀也由发信器、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。

制

冷

原

理

与

技

术

图 2-41 电动式膨胀阀（直动型）

1— 入口

2— 针阀

3— 阀杆

4— 技术

5— 线圈

6— 出口

制

冷

原

理

与

技

术

电动式膨胀阀流量特性

脉冲数0 50 100 150 200 250

100流

量（

%）

制

冷

原

理

与

技

术

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/g

KBM 型 约 260 （ 4*3.52kW以下）

约 280 （ 5*3.52kW以下）

驱动电压 /V

DC12 消耗功率 /W

6

LAM 型 约 220 使用工质

R22 工作压力 /MPa

0-3

阀开闭时间 /s 12 最大工作压差 /MPa

2.25 工作温度 /℃

-30-70

表 2-5 KBM 型和 LAM 型电子膨胀阀的技术参数

制

冷

原

理

与

技

术

　　　 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：

　 　 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。

制

冷

原

理

与

技

术

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。

制

冷

原

理

与

技

术

　　

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

3 ） 浮球调节阀供液控制

制

冷

原

理

与

技

术

　 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，其 结构与安装 见图 2-49 所示。

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 2-48

制

冷

原

理

与

技

术

a) 系统布置

b ）高压浮球阀 SV 与主阀 PMFH的配置

图 2-48 高压浮球调节用例。

EVM- 电磁导阀 SV

（ H ） - 高压浮球阀 PMFH- 主阀

制

冷

原

理

与

技

术

a) 系统布置

b ）低压浮球阀 SV 与主阀 PMFH 的配置

图 2-49 低压浮球调节用例。

EVM- 电磁导阀

SV （ H ） - 低压浮球阀 PMFH- 主阀

制

冷

原

理

与

技

术

阀型号

额定容量 /kW

R717 R22 R134a R404A R12 R502

SV1 25 4.7 3.9 3.7 3.1 3.4

SV3 64 13 10.0 9.7 7.9 8.8

表 2-6 SV型浮球阀的额定容量

制

冷

原

理

与

技

术

2. 蒸发器各参数的调节

供液调节

蒸发温度调节

蒸发压力调节

库温调节

蒸发器各

参数的调节

制

冷

原

理

与

技

术

1) 库温调节

冷库温度保持稳定

热负荷变化时冷量 迅速跟着变化

实现连续无级调节

制

冷

原

理

与

技

术 图 2-50 库温双位温度调节器控制压缩机的启 停

制

冷

原

理

与

技

术

　

2) 蒸发压力调节

在制冷装置中进行蒸发压力调节只要有两个目的：

保持蒸发温度恒定（压力恒定），使冷库温度波动减少，保证冷藏物品质量，减少干耗。 对于一台压缩机配一个蒸发器 , 多台压缩机配一台蒸发器的系统。

一个压缩机配用多个蒸发器（一机多库），各蒸发器在不同蒸发压力下工作，如鱼、肉库要求 -10℃、乳品库要求 2℃ ，菜和水果库要求 5℃ ，需要在乳品库与菜与水果库蒸发器出口处安装蒸发压力调节器。

制

冷

原

理

与

技

术

图 2-51 蒸发压力调节系统及其调节过程a ）蒸发压力调节系统图（一机一库） b ）蒸发压力调节过程图

制

冷

原

理

与

技

术

a ）调节原理图 1- 压缩机 2- 冷凝器 3- 储液器 4- 膨胀阀 5- 蒸发器 6- 止回阀 7- 主阀 8- 压力导阀b ）调节原理图 c ）在系统中的安装部位 1- 调整杆 2- 阀盘 3- 保护盖 4- 阀体 5- 钢珠 6- 接管 7- 密封垫片 8- 密封罩 9- 压力表接头 10- 压力平衡波纹管 11- 脉冲阻尼器一机多蒸发器时蒸发压力调节

原理图与蒸发压力调节器 结构图

制

冷

原

理

与

技

术

各种主阀实物图

制

冷

原

理

与

技

术

各种导阀实物图

制

冷

原

理

与

技

术

图 2-53 恒压主阀与导阀结构图

1- 手轮 2- 调节杆 3- 密封圈 4- 辅助弹簧 5- 辅节流阀 6- 膜片 7- 垫片 8- 辅助孔道9- 进口接管 10- 主滤器 11- 手动强开机构 12- 辅阀座13- 过滤板14- 止回阀片 15- 垫片 16- 压力平衡小孔 17- 活塞 18- 推杆 19-“O” 型圈 20- 主节流阀芯 21- 主阀板 22- 垫片 23- 泄放塞 24- 主弹簧

制

冷

原

理

与

技

术

3 冷凝器控制及其控制元件

1 ）水冷式冷凝压力控制 　 2 ）风冷式冷凝压力控制

从空气侧控制即改变冷凝器的空气流量

从制冷剂侧控制即改变冷凝器中制冷剂两相流的有效传热面积

制

冷

原

理

与

技

术 图 2-55 冷凝压力控制系统 布置图1- 压缩机 2- 冷凝器 3- 储液器 4- 压力式水量

调节阀 5- 温度控制的 水量调节阀

水冷式冷凝压力控制

制

冷

原

理

与

技

术

a) b)

b) 间接作用式（二次开启式）1- 传压毛细管接头 2- 调节弹簧3- 波纹管 4- 推杆 5- 上部侧盖6- 导阀组件7- 导阀阀芯 8- 伺服弹簧9- 螺钉10- 泄放塞 11- 导阀进口滤网 12- 主阀13- 节流通道 14- 阀盖 15- 调节螺母

图 2-54 典型压力式水量调节阀结构a) 直接作用式 1- 传压细管 2- 波纹管承压板 3- 可调弹簧座 4- 簧片 5- 调节弹簧6- 下部弹簧座 7-O 形圈 8- 防漏小活塞 9- 导向套 10- 底板 11- 调节螺杆 12-阀芯13- 阀盘密封橡胶圈 14- 螺钉；

制

冷

原

理

与

技

术

图 2-56 温度式水量调节阀结构

1- 温包2- 毛细管填料箱 3- 波纹管4- 推杆 5- 调节螺母6- 上部侧盖7- 隔热垫 8- 阀盖 9- 伺服弹簧10- 进口滤网 11- 节流通道 12- 主阀 13- 导阀组件

制

冷

原

理

与

技

术

制

冷

原

理

与

技

术

风冷式冷凝压力控制－－从空气侧控制

　 ① 风扇电动机变速。 ② 风阀控制调节冷凝空气气流，减小冷凝器外侧的 风速，可提高冷凝压力。

③ 冷凝 风机开、停控制。

制

冷

原

理

与

技

术

风冷式冷凝压力控制－－从制冷剂侧控制

冷凝器出口管上安装一只高压调节阀 KVR －－调节冷凝器的内空间，从而调节冷凝的有效传热面积。

压缩机排气管与贮液器入口管间接

旁通管，在旁通管上安装一只差压调节阀 NRD －－使储液器保持在一定的压力上。

制

冷

原

理

与

技

术

图 2-57 制冷剂侧冷凝压力控制系统

制

冷

原

理

与

技

术

制

冷

原

理

与

技

术

4. 压缩机能量调节及其控制元件 压缩机能量调节－调整压缩机的产冷量始终与外界热负荷相平衡

作用： 使制冷装置的产冷量始终与外界热负荷相匹配，提高系统运行的经济性；

如压缩机没有能量调节，蒸发压力（或蒸发温度）的波动会较大，制冷仓室温度波动也随之增大，同时当蒸发压力小到一定程度后，会引起压缩机启动、停车频繁；

第三，能够保证系统的轻载启动，避免引起电网负载过大的波动。

制

冷

原

理

与

技

术

　 1) 压缩机吸气卸载和运行台数控制

这种方法是根据吸气压力大小，以相应的压力控制器（通常为 双位调节器）控制压缩机间断运转，以调节制冷量。因为吸气压力比蒸发压力测取更方便，同样可以代表系统运行负荷的变化，且反应迅速，故广为采用。另外也可以根据温度进行调节。

压缩机能量调节的方法比较多，下面介绍几种常用的方法：

制

冷

原

理

与

技

术

吸气压力控制器直接控制压缩机投入运行时间与台数

压力控制器 - 电磁阀式能量调节

油压比例调节器式能量调节系统

制

冷

原

理

与

技

术

制

冷

原

理

与

技

术

压缩机 Ⅰ号机 Ⅱ号机 Ⅲ号机压力控制器 LPⅠ LPⅡ LPⅢ

上限接通压力 ps/MPa 0.20（ -9℃） 0.22（ -7℃） 0.30（ -2℃）

下限断开压力 ps/MPa 0.09（ -20℃） 0.11（ -18℃） 0.15（ -14℃）

差动值 /MPa 0.11（ 11℃） 0.11（ 11℃） 0.15（ 12℃）

控制器 断开压力 /MPa 接通压力 /MPa 差动值 /MPa

压力控制器 P4/4 0.23（ -9℃）（表压） 0.28（ 6℃） 0.05

压力控制器 P3/4 0.22（ 1℃） 0.26（ 4℃） 0.04

低压控制器 LP 0.2（ -1℃） 0.24（ 3℃） 0.03

表 2-7 各台压缩机开停压力设定值

表 2-8 压力控制器的接通压力与 断开压力

制

冷

原

理

与

技

术

图 2-60 压力控制器 - 电磁阀式能量调节原理图。

1- 液压泵 2- 滤油器 3- 曲轴 4- 液压调节阀 5- 汽缸卸载机构的液压缸 6- 液压差表 7- 吸气管 1DF 、 2DF-电磁滑阀 P3/4 、 P4/4- 压力控制器 LP- 低压控制器。

制

冷

原

理

与

技

术 图 2-61 油压比例调节器式能量调节系统结构图。

1- 底板2- 本体 3- 配油室 4- 限位钢珠 5- 能级弹簧 6- 外罩 7- 配油滑阀 8- 滑阀弹簧9- 恒节流阀 10- 杠杆支点11- 杠杆 12- 球阀 13- 喷嘴 14- 顶杆 15- 拉簧 16- 波纹管 17- 定值弹簧 18- 通大气孔 19- 调节螺钉 20 孔道

制

冷

原

理

与

技

术

图 2-62 油压比例调节器式能量调节系统原理图

控制器 吸气压力 /MPa 工作气数缸 能量工作状态 卸载状态

油压比例控制器

0.24 0.20 8 100%

0.23 0.19 6 75%

低压控制器 0.22 （接通） 0.13 （断开） 4 50%

表 2-9 油压控制压力 设定值

制

冷

原

理

与

技

术

将制冷系统高压侧气体 旁通到低压侧的一种能量调节方式

主要用于压缩机无卸载机构的压缩机组 目的是保证当热负荷降低，吸气压力下降

到低压控制值以下时，机组仍然开启 , 系统运行过程中仍然有较少的制冷量

热气旁通能量调节方式，一般有二种

2) 热气旁通能量调节

热气向吸气管旁通附加喷液冷却热气向蒸发器中部或蒸发器前旁通

制

冷

原

理

与

技

术 a) 系统原理图 b)CPC 型旁通调节阀结构图 2-63 旁通能量调节系统原理图。

1- 保护盖 2- 调整杆 3- 阀体 4- 脉动阻尼器 5- 波纹管 6- 阀盘。

制

冷

原

理

与

技

术

图 2-64 旁通调节阀的工作特性图

制

冷

原

理

与

技

术

1- 温包固定夹 2- 温包 3- 盖帽 4- 调整杆 5- 填料箱 6- 进口法兰 7- 不锈钢滤网 8- 垫片 9- 感温波纹管 10- 平衡密封波纹管 11- 隔板 12- 出口法兰 3- 法兰垫片 14- 填料箱 15- 调节杆 16- 盖帽 17- 阀板 18- 调节弹簧 A- 喷液阀 B- 节流阀 C- 过滤器。

喷液调节阀结构图

制

冷

原

理

与

技

术

图 2-66 向蒸发器前旁通热气

制

冷

原

理

与

技

术图 2-67 带平衡引压管能量调节阀（ CPCE 型）和气液混合头（ LG 型）。

1- 出口 2- 主阀孔 3- 入口 4- 顶杆 5- 膜片 6- 主弹簧 7- 设定螺钉 8- 护盖 9- 引压管接口 10- 导阀孔 11- 活塞 12- 压力平衡孔 13- 液体入口 14- 热气入口 15- 流出口

制

冷

原

理

与

技

术

制

冷

原

理

与

技

术

能量调节阀的技术参数（ CPCE型）：

调节范围 p0=0-0.6MPa

最高工作温度 140℃

最高工作压力 2.15MPa

适用制冷剂 R12 、R22 、R502

制

冷

原

理

与

技

术

3) 压缩机变速能量调节

压缩机制冷量

功率消耗转速成比例

能量调节最佳方法

采用变频调速

制

冷

原

理

与

技

术

吸气压力调节是要控制阀后压力（吸气压力或称曲轴箱压力）恒定，通常用一只吸气压力调节阀来实现，它装在压缩机前的吸气管中（见图 2-68 ）。

4) 吸气压力调节

限制压缩机吸入压力

防止它超过最大允许值

在压缩机长期停车后启动

主要功能

制

冷

原

理

与

技

术图 2-68 吸气压力调节阀

a ）结构图 b ）在系统中的安装位置 1- 调整杆 2- 阀盘 3- 保护盖 4- 阀体

5- 压力平衡波纹管 6- 脉动阻尼器

制

冷

原

理

与

技

术图 2-69 吸气压力调节时吸气压力及流量变化过程

ps- 吸气压力 ps1- 调定吸气压力 xp- 比例带范围 (xp= ps1

-ps2) M- 流经调节阀的流量 h- 阀全开时流量 τ- 时间

制

冷

原

理

与

技

术

5. 制冷装置的安 全保护与附件 　各种形式的制冷装置安 全保护系统是

实现装置自动化的基本组成部分。它能在制冷装置运行参数出现不正常时，作出 处理，防止 事故发生。

制冷装置的压力保 护 1) 排气压力与吸气压力保 护（高低压力

保护） 2) 压差保护

制

冷

原

理

与

技

术

图 2-72 高低压控制器开 关动作。a) 低压控制器 b) 高压控制器 c) 高低压控制器

1 高低压力保护

制

冷

原

理

与

技

术

制

冷

原

理

与

技

术

制

冷

原

理

与

技

术

类别 型号 低压力 /MPa 高压力 /MPa 电触头容量

备注

调节范围（表压）

差动 调节范围 ( 表压）

差动

高 低压 控制器

YK306 0.07-0.6 0.06-0.2 0.6-3.0 0.2-0.5 AC300VA220/380VDC50W115/230V

R12

YWK-11

-0.02-0.4 0.025-0.1

0.6-2.0 0.1-0.4 1 ） 型号 后 有字母为A 的 为氨 、 氟通 用 ，无字母A 的 只适 用 于氟里昂2 ） KP型 为 丹麦 公 司的产品

KP15KP15KP15A

-0.02-0.75-0.09-0.7-0.09-0.7

0.07-0.4固定 0.07固定 0.07

0.8-2.80.8-2.80.8-2.8

固定 0.4固定 0.4

AC16A,400VDC220V,12W

低压控制器

KP1/(1A)KP1/(1A)

-0.02-0.75-0.09-0.7

0.07-0.4固定 0.07

    同上

高压控制器

KP5/(5A)

    0.8-2.8 固定 0.4

制

冷

原

理

与

技

术

高低压控制器实物图

制

冷

原

理

与

技

术

油压差保护 压缩机油泵压差保护 - 保证运动部位得到充分的润滑；

措施：在油压差达不到要求时，令压缩机停车

制冷剂液泵压差保护 - 保证运动部件的冷却与润滑，防止气蚀

如氨泵压差保护：在氨泵压差达不到要求时，令氨泵停止工作

压差保护用压差控制器来实现为了不影响泵在无压差下进行正常起动，由压差所控制的停机动作应延时执行

制

冷

原

理

与

技

术

图 2-74 JC3.5 型油压差控制器的工作原理

1- 杠杆2- 主弹簧3- 顶杆4- 压差调节弹簧5- 低压波纹管6- 试验按钮7- 加热器 8- 手动复位按钮 9- 降压电阻 ( 电源为380V 时用 ) 10- 压缩机开关电源 11- 高低压力控制器 2- 热继电器13- 事故信号灯 14-交流接触器线圈 15- 压缩机电机 16- 正常工作信号灯 17- 延时开关 18- 双金属片 19- 压差开关 20- 高压波纹管

制

冷

原

理

与

技

术

压差控制器实物图

制

冷

原

理

与

技

术

　　 　（ 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为油压差。

（ 4 ）油压差的设定值一般调整为 0.15 MPa-0.2 MPa 。

（ 5 ）采用热延时的压差控制器，控制器动作过一次后，必须持热元件完全冷却（需5min左右）、手动复位后，才能再次启动使用。

油压差控制器在安装使用时 应注意：

制

冷

原

理

与

技

术

压缩机排气温度过高会使润滑条件恶化、润滑油结焦，影响机器寿命，严重时，引起制冷剂分 解、爆炸（ R717 ）。

3) 制冷装置的温度保 护

R717

R22

R502

150℃

145℃

125℃。

最高排气温度

制

冷

原

理

与

技

术

　　　 对制冷系统高压侧容器的压力保 护，

常通过泄放容器中制冷剂的 办法来实现。采用的保护件有： 　

安全阀易熔塞安全膜

4) 安全阀、易熔塞和安全膜

制

冷

原

理

与

技

术

图 2-75 安全阀结构型式

制

冷

原

理

与

技

术 图 2-76易熔塞和安全膜结构 a ）易溶塞 b ）安全膜

制

冷

原

理

与

技

术

　 5) 止回阀和观察镜　

　止回阀在制冷系统中的主要使用 如下： 　

1 ）用在压缩机排气管上

2 ）用在液体管上

3 ）用在一机多库的低压气管上

制

冷

原

理

与

技

术

制

冷

原

理

与

技

术

制冷系统中常用的 观察镜有以下三类：

液流观察镜 液位观察镜制冷剂 含水量观察镜

制

冷

原

理

与

技

术 图 2-78 水分观察镜

制

冷

原

理

与

技

术

5. 电磁阀 电磁阀是制冷空调自动控制中最常用的

流体控制元件，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。　　

按结构与控制 方式

一次开启式

二次开启式

多次开启式

制

冷

原

理

与

技

术

电磁阀实物

制

冷

原

理

与

技

术

制

冷

原

理

与

技

术

制

冷

原

理

与

技

术

制

冷

原

理

与

技

术 图 2-82 无压降开启的控制式电 磁主阀A- 电磁导阀（常闭型） B- 电磁导阀（常开型）

1- 阻尼比2- 外接口3- 手动顶杆4- 上盖 4a 、 4b 、4c- 上盖4 中的通道5- 伺服活塞6- 弹簧 7-锁环8- 内衬套9- 阀体 9a- 阀体中的通道10- 阀杆 11- 阀芯12- 阀板 13- 底盖 14堵头

制

冷

原

理

与

技

术

无压降开启的控制式电 磁主阀实物图

制

冷

原

理

与

技

术

(二 ) 蒸汽压缩式制冷系统的自动控制举例

　 随着制冷机 组在技术 上与应用上的不断发展，人们对机组的自动控制提出了更高的要求。自动控制系统已成为制冷机 组的重要组成部分。

自动控制系统经济

可靠

优化

制

冷

原

理

与

技

术

　 对于蒸汽压缩式机组来说，自动控制系统主要包括安 全保护系统和能量调节系统。

以 PLC 、单片机等为控制主机的系统又增加了程序控制系统与 微机控制系统。

制

冷

原

理

与

技

术

安全保护系统完成机组监视与保 护的任务 能量调节系统完成机组的控制、调整任务，它使机组的制冷量与外 界热负荷相匹配 程序控制系统 完成机组正常与非正常启动和停止任务 微机控制系统是机 组检测、控制、协调工作的指挥中心

制

冷

原

理

与

技

术

1 典型活塞式制冷机 组的自动调节 　　活塞式制冷系统作为一 种传统的机型，仍被广泛的应用，目前许多机型，包括各种冷水机组、各种冷库，仍使用常规仪表进行控制。

可编程控制器 和专用单片机等实施控制

变频压缩机、电子膨胀阀等设备

自适应控制和模糊控制 规律等

先进的活塞式系统则采用

制

冷

原

理

与

技

术

1 ） 空调用制冷装置

图 2-83显示了一空调用制冷系统的原理图， 该制冷系统所用的压缩机 没有卸载装置，冷凝器 风机也不变速。它常被用于中小型公共场所的空调系统中。系统主要包括能量调节系统和安全保护系统。

制

冷

原

理

与

技

术图 2-83 空调用制冷装置控制系统

制

冷

原

理

与

技

术

能量调节系统 压缩机能量调节 旁通能量调节阀 CPC② ，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。

新风补偿调节 专用的温度式蒸发压力调节器 CPT ，若新

风温度变化，则调节阀的开度变化，引起蒸发压力与吸气压力的变化，使压缩机冷量与蒸发器产生新的匹配关系。

制

冷

原

理

与

技

术图 2-84 CPT温度式

蒸发压力调节器

1- 调整螺丝

2- 定值调整弹簧

3- 压力平衡波纹管

4- 阻尼装置

5- 阀盘

6- 波纹管

7- 感温包

制

冷

原

理

与

技

术 图 2-85 新风温度调节中压缩机特性

线与蒸发器特性 线的匹配图

制

冷

原

理

与

技

术

能量调节系统送风温度调节 温度控制器 KP75 控制压缩机启 停 。 冷凝压力调节 恒压调节阀 CPR和旁通调节阀 CPC ，通

过调节恒压阀的开度，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 维持在设定上限值上。旁通阀根据储液器的压力控制开度，保持储液器的压力维持在一定值上。

制

冷

原

理

与

技

术

　　为使机组正常工作，机组中采用了一些必要的保护措施，主要保护措施包括：

　 　

安全保护系统

高低压控制器 -KP15 　油压差控制器 -MP55压缩机高温保护器 - 注液阀 T

制

冷

原

理

与

技

术

2 ） 氨制冷装置的自动控制　　　能量调节系统 　为使外界所需要的热负荷与机 组的制冷量相匹

配，就要进行压缩机的能量调节、冷库的温度调节及相应的冷凝压力的调节 和氨泵的控制等 。

　

压缩机能量调节库房温度调节冷凝压力调节融霜控制

制

冷

原

理

与

技

术

图 2-86 某冷库中氨制冷装置的系统原理图1- 压缩机 2- 分油器 3- 冷凝器 4- 冷却水泵 5- 高压储液器 6- 主阀 7- 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 15- 温度控制器 16- 蒸发器 17- 冷风机 18- 油压差控制器

19- 高低压控制器

制

冷

原

理

与

技

术图 2-87 压缩机能量调节中四台压缩机的起停次序

压缩机 I 温度全部库房

温度的下限

任何库房

温度的上限

断开 接通

断开 接通

压缩机

II,III,IV

吸气压力 /MPa

吸气温度 oC

II 号机III 号机

IV 号机0.09

-20

0.11

-18

0.15

-14

0.20

-9

0.22

-7

0.3

-2

压缩机能量调节

制

冷

原

理

与

技

术

　

图 2-88 冷凝压力控制中 水泵的起停顺序

冷凝压力调节 -三台水泵的工作过程

制

冷

原

理

与

技

术

库房温度调节 采用双位控制规律的温度控制器 15 ，推动电磁导阀 7 和主阀 6 ，并连动冷风机 17 和氨泵13 ，实现各库房的温度控制。

融霜控制 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。微压差控制器属双位控制规律。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。

制

冷

原

理

与

技

术

氨冷库制冷装置所采用的安 全保护系统如下： 　

安全保护系统

低压储液器液位控制 保证蒸发器供液和氨泵正常工作，限制低液

位；为保持气液分离效果，防止液位过高对压缩机产生液击现象，限制最高液位。 氨泵供液量控制 由于一台氨泵向几个库房供液，若部分库房

温度已达到给定值，停止进液降温会造成氨泵供液量过剩，引起排出压力过高

制

冷

原

理

与

技

术

氨泵气蚀保护 - 为防止氨泵缺液运转产生气蚀事故 　 压缩机高低压保护 - 防止压缩机排气压力过高，吸气压力过低 压缩机油压差保护 - 防止油压过低及由于堵塞而引起的油压过高，

保证压缩机正常供油 电机过载保护 - 防止电机烧坏

制

冷

原

理

与

技

术

缺油保护 - 防止压缩机供油缺乏。 　

压缩机冷却保护 - 保证只有在冷却水先接通的条件下才允许压缩

机起动工作。

制

冷

原

理

与

技

术

2 螺杆式制冷机 组的自动调节

螺杆式冷水机组的自动控制多采用微电脑实现，包括采用单片机或可编程控制器等。

能量调节

安全保护

机组的监视

故障诊断

远程通讯

功能

制

冷

原

理

与

技

术

1 ）微机控制系统2 ）能量调节系统3 ）安全保护系统4 ）所采用的其它控制5 ）程序控制系统6 ）机组的群控与远程通讯

制

冷

原

理

与

技

术

1 ）微机控制系统微机控制系统 组成： CPU，存贮器，显示屏，模 / 数及数 /模转换、

温度传感器、压力传感器、继电器等部件微机控制系统 功能： * 完成机组的温度、压力等参数的数据检测； * 进行机组的故障检测与诊断； * 运行机组的正常开机、正常与非关机程序； * 执行机组的能量调节功能； * 执行机组的安全保护功能； * 具有存贮记忆功能及远程通讯及监视功能。

制

冷

原

理

与

技

术

温度检测 压力检测冷凝器冷却水进口温度 蒸发器压力冷凝器冷却水出口温度 压缩机供油压力冷水进口温度 压缩机排气压力冷水出口温度  

吸气温度  

电机绕组温度  

压缩机油箱温度  

表 2-11 微机控制系统可 检测的参数

制

冷

原

理

与

技

术

螺杆式机组通常所发生的故障以及所采用的安全保护方法如下：

传 感 器故障检测压 缩 机保 护 与故障检测

压缩机排气温度过高保护 压缩机油压过低及过高保护电机绕组温度过高保护* 检测电机绕组温度，出现过高现象，将实施冷量优先控制

压缩机主机电流过大保护* 当无电机电流信号及电机加速时间过长时均被认定为故障 压缩机反向旋转保护 * 通过微电脑检测压缩机主电流接线相序

制

冷

原

理

与

技

术

冷凝 器保 护 及故 障 检测

蒸 发 器保 护 及故 障 检测

冷凝器压力过高保护 微电脑检测冷凝压力，出现过高现象，即实施冷量优先控制 冷凝器冷却水流量保护 检测冷却水流量，出现过低现

象，即切断压缩机电源，报警 蒸发器内冷水或盐水流量过小保护：

检测蒸发器冷水温度或流量，发现过小，切断压缩机电源，报警。

蒸发器制冷剂温度过低保 护 检测蒸发器制冷剂温度，出现过低现象，即实施冷量优先控制

制

冷

原

理

与

技

术

正常开机 正常关机 故障关机

第一步 开机安全检查

关闭压缩机 关闭压缩机

第二步 冷水泵开启 根据电机电流的衰减，关闭冷却水泵

根据电机电流的衰减，关闭冷却水泵

第三步 冷水流量检验

延时关闭冷水泵 延时关闭冷水泵

第四步 冷却水泵开启

微机屏幕显示故障

第五步 冷却水流量检验

报警指示灯连续闪亮

第六步 压缩机启动

表 2-12 机组正常开机、正常与非正常关机顺序

制

冷

原

理

与

技

术

再循环开机 再循环关机

第一步 冷却水泵开启

关闭压缩机

第二步 冷却水流量检验

根据电机电流的衰减，关闭冷却水泵

第三步 压缩机启动

表 2-13 机组再循环开机与关机顺序

制

冷

原

理

与

技

术 图 2-89 螺杆式压缩机卸载装置示意图。 a) 满负荷状态 b) 卸载状态

压缩机能量调节方式

制

冷

原

理

与

技

术 图 2-90 螺杆式压缩机能量调节原理

制

冷

原

理

与

技

术

记忆功能包括： 机组资料的存储以及以往运行数据的记录等；微机所存储的机组资料包括： 机组的工作原理 、基本操作方法、维护

保养方法等； 运行记录数据包括机组累计运行时间，

机组的维修时间，以往运行参数，机组故障发生的次数、故障发生的内容及故障发生时的具体参数记录等。

制

冷

原

理

与

技

术

3 ）所采用的其它控制冷量 优先控制 避免系统不必要的故障停机 当机组出现某些异常工作情况时，如电流超出安全工作极限，制冷剂 超出安全低温极限，电机超出安全高温极限及冷凝器 超出安全高压极限时，系统不会立即关机

对压缩机的移动滑阀进行控制，从而控制了压缩机的能量

如果异常工作情况不能因此而消除，系统则会关机报警，以待检修。

制

冷

原

理

与

技

术

油箱温度控制 控制油温在一定的温度范围内，防止因为

压缩机的冷启动而 造成的油泡沫化。 压缩机油室中装有油加热器，机组停机时油加热器开始工作，机组启动或运行后，加热器则处于关闭状态。 　　　

冷凝器防 冻结控制 防止冷凝器中冷 却水或制冷剂 冻结 当冷却水或制冷剂低于 某一温度时，就开

启冷却水泵，保证冷凝器中的温度回 升。 冷却塔风机的启停控制 使机组能够保持较低的冷却水温度，实现

最高的运行效率

制

冷

原

理

与

技

术

控制压缩机负 载的上升速度 ： 防止压缩机在机组初始启动的短时间

内负载上升过快，使冷水温度缓慢地达到控制点

可以延长压缩机的使用寿命，又可以减小机组启动过程中的电力需求量。

采用的方法： 根据冷水出水温度（或进水温度）降

低的速度来确定压缩机的加载速度 根据电机负载来控制，主要是 根据压

缩机电机电流（或压缩机负载）增加的速度来确定压缩机的加载速度。

制

冷

原

理

与

技

术

　

机组的联控功能

远程监控功能

5 ）机组的群控与远程通讯

制

冷

原

理

与

技

术

图 2-91 冷水机组的群控结构图

制

冷

原

理

与

技

术

机组的联控功能 微电脑控制屏通过 RS-485 接口把信息传送到

冷水机的通讯接口 多个通讯接口的 RS-485 手拉手相连接，把信息送到中心控制器

中心控制器 集中监控冷源系统中所有设备： *监测冷水机运行状态和故障； * 远程设定冷水机的冷冻水出水温度和满负荷电流； * 遥控冷水机的开停； * 监控冷水泵、冷却水泵、冷却塔的状态、故障和开停； * 监测冷源系统冷冻供水回水的温度、流量和压差，并

可调整这个压差； * 监测冷却水总供回水的温度； * 监控各分支冷水、冷却水路的电动蝶阀等等。

制

冷

原

理

与

技

术

微机控制系统 根据外界所需要的热负荷合理地调配多台机组，并能联动控制外 部水泵与风机，使机组更经济、可靠地运行。 举例： 3 台机组制冷量 1163kW，总制冷量为 3489kW

*当外界所需要的热负荷降至 2326kW时，就停止一台机组，同时停止与该机组对应的水泵和风机；

*当外界所需要的热负荷升至 2674kW时，重新启动该机组 ;

*当外界所需要的热负荷降至 1163kW时，就停止二台机组，同时停止与这两 台机组对应的水泵和风机；

*当外界所需要的热负荷升至 1512kW时，重新启动一台机组。依次类推。

制

冷

原

理

与

技

术

远程监控功能 网络计算机与机 组计算机进行通讯 机组计算机与其它计算机进行通 讯 生产厂家服务中心计算机与机 组计算机进行通讯 生产厂家服务中心工作 定期进行机组运行状态分析，向用户拨打电话，

对用户机组运行状态及数据监视并保存 对机组的运行情况提出合理建议 当机组故障时，能自动传呼厂家服务中心热线电话或当地调试工程师的 BP 机。

生产厂家服务中心可以通过电话网对用户机组进行参数设置和程序的传送工作等等。

制

冷

原

理

与

技

术

图 2-92 网络计算机与机 组计算机的通讯方式

图 2-93 其它计算机与机 组计算机的通讯方式

制

冷

原

理

与

技

术图 2-94 生产厂家计算机与机 组计算机的通讯方式

制

冷

原

理

与

技

术

3 ．离心式制冷机 组的自动调节 在大型制冷系统中，现在 更多的是

采用离心式制冷机 组。

恒速驱动的离心式

变速驱动的离心式

制

冷

原

理

与

技

术图 2-96离心式机组的反馈能量调节系统

机组进入正常运行状态

主控元件

冷水温度设定 Ts

Tx>Ts

?

Tx<Ts

?

保持导叶开度

冷水出水温度 Tx

传感器 Pt100

PID 控制

渐开导叶

PID 控制

渐关导叶

是 是

否 否

1 ）能量调节系统

制

冷

原

理

与

技

术

图 2-95 离心式压缩机及可调导叶所处的位置

制

冷

原

理

与

技

术

2) 机组安全保护、保护型控制与 故障处理

喘振保护主电机高温保护油压差保护油温保护冷凝器高压保 护冷却水断流保护蒸发温度保护冷水出水温度保护真空保护

制

冷

原

理

与

技

术

3 ）其它控制

4 ）机组的群控

主机电流控制油温控制冷却水温度控制 主电机的冷却控制

制

冷

原

理

与

技

术

图 2-97 恒速驱动离心机与变速驱动离心机能耗比较曲线

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10

负荷百分比 %

1.3

1.1

0.9

0.7

0.5

0.3

能耗

（k

w/t

)

恒速

变速

制

冷

原

理

与

技

术 图 2-98 机组主机电流控制框图

机组进入正常运行状态

主控元件 lx≥ls-20A

?

lx≥ls

?导叶禁开（保持）

电流限值设定 ls

主机电流 lx电流发送器

导叶由能量调节控制（ 手动或自动）

自动渐开导叶能量减小

lx≥lg

?

报警停机过电流

是 是 是

否 否

否