中央空调冷水机组的设计(7)

2019-05-26 23:13

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自动节流机构取代。

孔板节流机构由两块孔板组成,采用两级节流。制冷工质通过第一级孔板时,制冷工质刚好到达饱和液体线,并产生少许闪发气体;由于闪发气体占据一部分空间,其流量也在波动,致使工质进入第二级孔板时流体的流量在一定范围(约20%)内变动,进而达到自动调节制冷剂循环量的功能,第二级孔板因变动的流量造成不同的压降变化,与系统高低压差进行调节,于动态平衡后,稳定发挥制冷工质膨胀功能而完成整个制冷循环。

热力膨胀阀广泛应用于中央空调冷水机组。它既可控制蒸发器供液量,又可节流饱和液态制冷剂。根据热力膨胀阀结构上的不同,分为内平衡式和外平衡式两种。考虑到制冷剂流经蒸发器产生一定的压力损失,为降低开启过热度,提高蒸发器传热面积的利用率,一般自膨胀阀出口至蒸发器出口,制冷剂的压力降所对应的蒸发温度降超过2~3℃,应选用外平衡式热力膨胀阀。

工质饱和溶液由常温高压变为低温低压液体,工质向冷却水放热,而冷却水将热量带到冷却塔或者直接空冷(风冷)。

节流阀的开度控制,通过感温包来实现,进而调节蒸发器负荷。

节流阀供液量过大与过小对应的情况:过大会使过多的液态工质流入蒸发器可能会发生冲缸,而过小会使实际制冷效率偏小达不到既定目标从而能耗增大。

3.3 膨胀阀

热力膨胀阀是重要的动态控制组件,通过温度与压力的感应实现阀开度的变化,从而控制蒸发器的进口流量。使冷凝器出来的高压液体节流降压,使液态制冷剂在低压(低温)下汽化吸热。在工业冷却设备中,一般采用外平衡式热力膨胀阀。

热力膨胀阀由感应机构、执行机构、调整机构和阀体组成。感应机构中充注氟利昂工质,感温包设置在蒸发器出口处,其出口处温度与蒸发温度之间存在温差,通常称为过热度。感温包感受到蒸发器出口温度后,使整个感应系统处于对应的饱和压力Pb。该压力将通过膜片传给顶杆直到阀芯。在压力腔上部的膜片仅有Pb存在,膜片的下方有调整弹簧的弹簧力Pt和蒸发压力P0,三者处于平衡时有Pb=Pt+Po 。当蒸发器热负荷增大时,出口过热度偏高,Pb增大,Pb>Pt+Po,合力使顶杆、阀芯下移,热力膨胀阀开启增大,制冷剂流量按比例增加。反之,

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热力膨胀阀开启变小,制冷剂流量按比例减小。

内平衡式与外平衡式的核心区别是:内平衡感温包膜片采集蒸发器入口工质溶液的压力,而外平衡式采集的是高温高压工质蒸气的出口压力。但是内平衡式可能会由于制冷剂液体温度过低而不处于灵敏感应区甚至过度闭合使工质流体偏少。故对于R22制冷工质,一般都采用外平衡式。

图3-1 外平衡式膨胀阀原理图

膨胀阀的选型主要依据是蒸发温度,总制冷量,单位时间制冷剂流量以及设定过热度。另外需计入管路阻力,确定阀进出口的压力差。由以上数据查得阀型号与容量,同时应满足经验需求:所选容量应比实际热负荷大25%。

膨胀阀安装应尽量靠近蒸发器,且垂直。感温包内的液体应完全密封,安装在出口水平回气道即可。

膨胀阀的校核主要形式是校核压力差,通过已知压力差与感温包的数值显示比对来评价膨胀阀的工作状态。同时也有经验调节方法,比如转动杆螺纹调节阀开度,使回气管外刚好结霜。

膨胀阀常见故障分析:

热力膨胀阀关不小:这主要是传动杆在检修时,延伸太长,使阀针关不小。或者调解弹簧的预紧力不足,阀针孔关不小。也有可能是感温包离蒸发器出口太远,或者未与吸气管一道隔热而受外界高温干扰的影响;

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油堵:冷水机组的心脏-压缩机在运行时,若选用的压缩机油的品种规格、数量与要求不相符,或油质较差,在蒸发温度低于一定温度时,油中的蜡分将分离出来,阻塞热力膨胀阀的过滤网或阀针孔;

热力膨胀阀传动杆过短或弯曲:当传动杆弯曲或过短时,膜片上的力不能传递到阀针座上,阀针始终处于向上的趋势,膨胀阀开启不足或不能打开;

热力膨胀阀感温系统内充注的感温液体泄漏。当热力膨胀阀感温系统内的工质泄漏后,作用在膜片上面的力将减小,使热力膨胀阀打不开;

在以氟利昂为制冷剂的制冷系统中,当含有水分时,易在热力膨胀阀处造成冰堵现象;

热力膨胀阀进口端的小过滤器堵塞,即产生“脏堵”,建议更换过滤器。如果是在膨胀阀流口处脏堵,则更换整个膨胀阀。

热力膨胀阀是实现从冷凝压力至蒸发压力的压降,直接决定整个系统的运行性能。但是在实际工作中,热力膨胀阀的运行情况往往被忽视,使热力膨胀阀成为设备维护中的一个死角。而定期检查和调整热力膨胀阀,对制冷设备的运行寿命,节约能源,降低运行成本,却有着重要的意义。

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4 中央空调系统总体控制及运行

4.1 流量控制

本设计以水作为二次换热介质,选择适合的流量并且及时补充流量是设备在高效区运行的关键。蒸发器中制冷剂吸热,如果没有足够的冷冻水来提供热量,蒸发温度将降低,长时间运行会使蒸发器结冻。而冷凝水流量减少会使受热集中,冷凝温度升高,同样不利于冷凝器的长期使用。对流量的控制可以使用热力膨胀阀或者电子膨胀阀。原理上热力膨胀阀使用更多,主要是通过感温包感知出口处制冷剂蒸气的压力来判断过热度,因为一定温度的工质是对应有一定的饱和温度的。在感温包的膨胀作用下,阀口将开启一定角度,即可限制制冷剂的流量。过热度尽量控制在5~8℃之间,这是调节的敏感区域,即使在有一定磨损和堵塞的情况下仍可以较好的工作。

4.2 温度控制

在制冷循环过程中,制冷工质和载冷剂都有着规律性的温度变化,在一定的运转条件下,进出口温度也是一定的。通过监测冷却水出口温度、冷冻水出口温度、工质的蒸发温度和冷凝温度都可以更好地控制冷水机组的运行。甚至当室外温度过低时,而现行空调制冷温度出于环保考虑最好不低于26℃,可以直接控制冷机停止运行。也是就通过对温度更细腻的控制,可以达到更好地节能目的。以温度作为被控变量的开环或闭环控制系统。其控制方法诸如温度闭环控制,具有流量前馈的温度闭环控制,温度为主参数、流量为副参数的串级控制等。在分布参数系统中,温度控制是以控制温度场中温度分布为目标的。同时对室内温度的精准测量也可以更快且稳定地停留在设定温度。具体的控制方法包括且不限于单机控制、机组群控。主要途径是控制阀口的开度,比如冷却塔和冷却水进口的蝶阀,制冷工质的热力膨胀阀。控制温度最终还是作用在流量的控制上,在满足需求的前提下,将冷水机组和水泵的能耗降至最小。

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4.3 防结冻控制

结冻一般发生在蒸发器,在正常运行时,基本是热力平衡状态,制冷剂汽化不会产生过量的冷量,这些冷量由于冷冻水的水量偏少而滞留在蒸发器,使蒸发器持续降温乃至结冻。故而防结冻的控制思路是稳定冷冻水流量,测定冷冻水出口温度来间接控制蒸发器状态。设定冷冻水流量开关,最小保护值结合冷冻水进出口温度的一般设定值:进口12℃、出口7℃,保护值应该不小于正常流量的50%。防冻的具体实施在于蒸发管的两侧,即水侧和工质侧。水侧即流量和温度控制。在基准数值之上,压缩机开机,否则停机。工质侧可以做的是保证蒸发压力处于高位,如果不够则通过旁通电磁阀补气。由上述陈述可以看出,在水侧进行控制室更经济适用的。而对于本课题研究的干式蒸发器,工质侧由于是气态基本不会结冻,故控制只需放在水侧即可,加装一个温度控制器便可以管控壳程温度。

图4-1 冷水机组流程图

4.4 制冷剂控制

冷水机组制冷量越大,起停成本越高,故减小大规模变动可以很好地控制机组能耗,延长运行寿命。对于小型机的控制方法是,布置缓冲空间,使多余的制冷量能够储存起来而不必立即调节制冷功率,缓冲空间一般用蓄水槽。而对于大型机,蓄水槽会因为规格问题失去经济效益,因此需要从源头上确定制冷量,制冷琶是可以的,通过冷却水来控制蒸发器的进液量,当冷量过量,自动停机。且凡是用温度控制的工况变化,一般也可以借由压力的变化来实现。人们对非共沸混合工质的应用进行了大量的试验研究,并已将其用于天然气的液化和分离等方

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