制冷与空调自动控制技术4

1、第4章 制冷系统的自控 实际运行过程中制冷装置的负荷总要发生变化，即使负荷一定，制冷机的产冷量受外界条件影响也会改变。冷量与负荷之间的不平衡是客观存在的。 以改变制冷剂循环量使冷量与负荷相适应为目的的调节方法有许多种。例如，在压缩机方面，进行能量调节；在蒸发器方面，主要是蒸发压力和供液量调节。 调节向蒸发器的供液量，保证单位时间送入蒸发器的液量等于能够蒸发掉的液量，是使制冷机正常无故障运行所必须的。否则，若蒸发器过量供液，造成吸气带液，会损坏压缩机；若供液不足，造成蒸发器缺液，装置也无法达到指定的工艺要求，甚至发生故障。蒸发器负荷会随时变化，装置必须具有随时自动调节制冷剂流量的功能。 蒸发器形

2、式和装置的特点不同，采用的制冷剂流量调节元件不同。常见的种类有：手动膨胀阀、毛细管、各种型式的自动膨胀阀(如热力膨胀阀、热电膨胀阀、电子膨胀阀)。另外，对于有自由液面的满液式蒸发器或者其它贮液容器，以液泣控制调节流量的元件有高压浮球阀、低压浮球阀以及液位调节阀和液位控制器。 动膨胀阀利用节流阻力调节供液量。通常情况下它与其它控制元件配合使用。一般只在短时期内使用，例如在冷冻初期辅助送液，或者在自动膨胀阀出故障时做为旁通备用，以便更换自动膨胀阀。 1.毛细管的工作原理 制冷剂流经毛细管的热力过程可能有两类情况。若毛细管与外界无热交换(绝热毛细管)，为绝热膨胀过程。若毛细管与外界有热交换(例如冰箱

3、中通常将一部分毛细管穿入回气管中)，是有热交换的毛细管，制冷剂在其中经历放热的膨胀过程。 忽略毛细管高差引起的位能变化，并近似取毛细管入口处的流速为零，在毛细管任何截面上制冷剂有如下能量方程：式中 h 制冷剂的比焓 (J/kg)；v 制冷剂流速 (m/s)；h1 毛细管入口截面处制冷剂的比焓(J/kg)；q从入口a到该截面每干克制冷剂通过毛细管壁的放热量(J/kg)。对于绝热毛细管 q=0 (4.2)2.毛细管特性毛细管的阻力足以在其进口侧保持一段液封，又不至有过多液体积存在冷凝器如图4.2所示，制冷系统可以在容量平衡的条件下工作，对于给定的制冷压缩机排气压力，只存在一个这样的平衡点。对应于不

4、同的排气压力，平衡点不同。不同排气压力下平衡点的变化曲线叫做系统的平衡特性。容量平衡持性曲线如图4.3所示。图4.3 毛细管平衡特性图4.2 毛细管阻力对制冷剂分布的影响1-压缩机 2-冷凝器 3-过滤器 4-液封 5-毛细管 6-蒸发器 7-贮液器 图4.4所示的实验装置用于测定某个给定系统的容量平衡持性曲线。实验中可以独立地改变压缩机的吸、排气压力，直至平衡。调节向低压侧的电加热量得到要求的吸气压力，调节冷却水量得到要求的排气压力。毛细管入口处设视液镜。一般试验程序是维持某个排气压力不变，通过视液镜观察液体中的气泡，慢慢增加吸气压力直到在毛细管入口处形成液封，表明达到容量平衡。改变排气压力

5、重复试验，便可以获得类似图4.3的容量平衡持性曲线。该装置还可以同时用作测定系统制冷量的量热计。图4.4 容量平衡特性测定装置1压缩机 2冷凝器 3视液镜 4毛细管 5蒸发器 6调节阀 3.毛细管和充灌量寻优试验 对于某一选定的毛细管可以在系统中装一个有刻度的小贮液瓶改变充灌。瓶上安装阀门，接管必须为柔性软管并布置成能够保证进入系统的制冷剂是气态而不是液态。通过对瓶加热或冷却将制冷剂添入系统或从系统中抽出。 对应于任何一种毛细管与充灌量的组合，都必须使装置在预定的运行条件范围内工作，确定其功耗和制冷量。从中找出最佳充灌量和最佳毛细管选择。 4.采用毛细管的系统设计 系统的高压侧必须仔细设计，防

6、止冷凝器积液过多。若冷凝器积液过多，会使蒸发器液量不足。 对于以间歇启、停方式运行的装置，在停机期间制冷剂将通过毛细管继续从高压侧流入低压侧直至达到整个系统压力平衡。系统设计中要考虑这个期间液管能够顺畅地向毛细管排液。否则，若有液体积在高压侧，停机时积液将蒸发，暖蒸气进入低压侧；又在蒸发器中凝结，会加给蒸发器潜热。此外，高压侧积液还将延长停机后压力平衡所需的时间、平衡时间长，压缩机有可能在尚未充分卸载的情况下又接通启动。 总充灌量和充灌裕度是低压侧设计中要考虑的重要因素。运行性能最佳的充灌量应为总充灌量的最小值，但是考虑到运行中制冷剂分布变化的影响，应该在保证运行最佳的充灌量之外，再加一定的充

7、灌裕度。蒸发器中的制冷剂量在停机时最多，在运行时最少。为了降低或消除这种制冷剂分布变化造成的不良影响，可在吸气管上设一只小集液包。 吸气管与毛细管有热交换时，多余的毛细管应盘绕起来，置于该热交换器的一则。虽然把多余的毛细管放在靠蒸发器的一侧对传热会更有效；但若放在靠冷凝器的这一侧，会有利于增强系统的稳定性。弯曲和盘绕毛细管时要注意尽量减少局部阻力。 不能把全部毛细管都置于蒸发器附近或者放在普通气液热交换器的液管之后，若这样布置会使进入吸气管的过充量制冷剂支配热交换器中高、低压侧之间的传热关系，引起系统运行严重的不稳定。因为吸气管中带液时，毛细管前制冷剂液体过冷增强，使得毛细管通流能力变大，结果

8、是冷凝器中液体积存过少。 采用毛细管的装置停机后系统压力逐渐平衡，再次启动时压缩机无负荷，故均配用小功率、启动转矩低的廉价电动机。这种配置反过来要求避免刚一停机又很快启动的操作。否则，系统内压力来不及平衡，电动机不能胜任带载启动，有可能烧毁。 毛细管细而长，易受堵塞，必须严格保证系统的清洁度。在毛细管前设精滤网，毛细管的互换性差，装置维修时不得任意更换毛细管。毛细管出口端的喷流噪声可以用管外包扎异丁橡胶管的办法改善。 4.1.2热力膨胀阀 1.特点及要求 热力膨胀阀是温度型自动膨胀阀，在干式蒸发器的供液中最常使用。它以调节液量与负荷相匹配为目的，使供入的液量到蒸发器出口处能够全部蒸发掉，既避免

9、过量供液，又保证蒸发器的传热面积得到充分利用。所以它以检测蒸发器出口处制冷剂的过热度为信号来调节供液量。图4.10所示为一个采用热力膨胀阀的系统。 热力膨胀阀属于比例调节阀。对它的性能要求： （1）感温响应快；（2）比例带宽；（3）机械稳定性好；（4）使用温度范围宽；（5）在使用温度范围内，过热度恒定。响应速度快，可以保证在负荷降低时迅速调节(减少供液)，防止回液。比例带宽，能够扩大阀容量的可调范围。冷量变化范围过大时，可以考虑用几个膨胀阀并联供液，在不同的负荷变化范围内加以切换。机械稳定性好可以延长阀的寿命。上述性能要求的第（4）、（5），针对冷量变化范围大的装置。对于小型装置，工作点大体在

10、设计点附近，阀的整定和调节动作都比较稳定。图4.10 采用热力膨胀阀供液的系统1-压缩机 2-冷凝器 3-贮液器 4-视液镜5-热力膨胀阀 6-分液器 7-蒸发器 8-温度控制器 9-蒸发器 2.热力膨胀阀的工作原理 热力膨胀阀的控制原理如图4.11所示。感温包装在蒸发器出口处，感应蒸发器出口温度t1。温包内充注一定的感温介质，温包内的压力p1随其感应的温度t1变化。这个压力通过引压毛细管传递到阀的膜片上方，力图使阀打开。膜片下方作用着节流后制冷剂的压力p2和弹簧力p3，这两个力力图使阀关闭。膜片上的力平衡条件为若忽略节流后至蒸发器出口这段流动过程的阻力损失，有于是式(4-5)可写作 图4.1

11、2(c)所示为上述压力随温度的变化曲线及它们之间的作用关系。可以看到，只要开阀压力线p1处于关阀压力线（p0 + p3）的下方，要使阀打开或者维持在某一开度下平衡，t1就必须大于t0，即蒸发器出口处必须有一定的过热度t=（t1 t0）阀才能开启。当过热度t增大时，膜片的平衡位置下移，阀开大，增大供液量；反之，t减小时，阀关小，减少供液量。热力膨胀阀就是这样根据蒸发器出口过热度成比例地调节供液量，使之与蒸发器的负荷相适应，保证送入量的液体制冷剂在蒸发器中完全蒸发并在出口处稍有过热。图4.11 热力膨胀阀的控制原理（a）阀结构示意图 （b）阀与蒸发器连接图 （c）过热度控制原理阀处于关闭位置时，弹

12、簧力p3最小(预先调节的给定弹簧顶紧力)，这时膨胀阀控制的过热度最小，称作静态过热度；用符号SS表示(Static Superheat)；在阀从全关到全开的过程中，弹簧力由预紧力逐渐增到最大，这段过程中过热度的变化值称作打开过热度OS(Opening Sup erheat)，又叫可变过热度，膨胀阀处于某一开度下工作时所对应的过热度，称作工作过热度OPS（Operating Sup erheat）。通常,膨胀阀的静态过热度为28；可变过热度为5；所以，工作过热度的范围在213。当t0一定时，调整弹簧预紧力可以改变热力膨胀阀静态过热度的设定值，但是有一定的调整范围。还应注意，即使处在过热度的调整范

13、围之内，若冷库温度tc被限定后，超过（tct0）过热度调节事实上也不可能实现。此外，由于安装时温包与吸气管之间用绝热带包扎，将会抵消一部分过热度，引起热力膨胀阀响应速度慢的不良后果。 3.内平衡与外平衡式热力膨胀阀 图4.13(a)所示的膨胀阀是以节流后的制冷剂压力直接作用于膜片下部，平衡力来自阀内部，称作内平衡热力膨胀阀。如果考虑到节流后到蒸发器出口这段流动中制冷剂的压力损失p0，则内平衡式热力膨胀阀膜片上力的平衡关系将不再是式(4-6)，而变成可见关阀力中又要增加p0的成分。这种情况下膨胀阀控制的过热度将大于由弹簧力p3设定的过热度。过热度提高意味着蒸发器缺液，传热面积得不到充分利用，制冷

14、量下降；蒸发温度降低，运行经济性变差。为了消除这种影响，可以采用外平衡式结构，如图4.12(a)所示。在膜片下部分隔出一个平衡压力腔，将节流后的制冷剂与膜片下部的联系断开。用外平衡引管把蒸发器出口的压力直接引入平衡压力腔中，作用于膜片下部。这样保证了膜片仍按式(4-6)的平衡关系调节阀的动作。由于平衡力是从阀的外部引入的，这种阀称作外平衡式热力膨胀阀。其控制原理如图4.12(b)所示。 p0超过表4.1所列的数值时，必须采用外平衡式热力膨胀阀。表中的p0控制值是按照将阻力引起的附加过热度控制在12内给出的。低温下微小的压力变化也会引起饱和温度的明显改变，所以低温装置中常采用外平衡式。蒸发器用分

15、液器多路供液的场合，分液器上压降较大，也采用外平衡式。图4.12 外平衡式热力膨胀阀（a）结构示意 （b）与蒸发器的连接表4.1 P0超过表中数值时，采用外平衡式热力膨胀阀，kPa 蒸发温度t0，制冷剂100-10-20-30-40-50-60R22R50225302025152010157105735244.热力膨胀阀与蒸发器的匹配 干式蒸发器和热力膨胀阀的温度信号如图4.13所示。根据负荷变化调节进入蒸发器的液量，使之全部变成蒸气。制冷剂在接近蒸发器出口处有一段不稳带(B带)。对蒸发器来说，客观上存在一个避免B带不稳定的气液混合物进入压缩机的最小出口过热度，称作最小稳定信号MSS(Mini

16、mum Stable Signal)。膨胀阀若控制在这种条件下回气既能保证不带液，又能充分利用蒸发器面积。若膨胀阀控制的过热度tMSS，阀的动作稳定，回气不带液，但蒸发器面积利用率下降；若tMSS，阀的动作失稳，回气带液。所以，要根据稳定工作条件调整热力膨胀阀的静态过热度。图4.14所示为二者的匹配关系。设蒸发器制冷量Q0与最小稳定信号的关系为MSS曲线。与之匹配的膨胀阀1在静过热度SS和SS时对应的阀容量曲线分别是K1和K1。可以看到，制冷负荷为Q01时，若采用静态过热度SS，那么在这种匹配下，工作点处于不稳定区，造成吸气带液。为此,必须将阀1的静态过热度调到SS，才能使阀的工作过热度与最小

17、稳定信号相等，保证工作稳定。但这时，阀1处于大约1/3的容量下工作。如此匹配，从阀的寿命和装置的效率角度看都不够理想。若改用小一些、容量特性为K2的阀2，由于K2与MSS匹配较好，即使静过热度调到最低限，阀和蒸发器都能稳定而良好地工作。所以，阀2是较好的选择。图4.13 干式蒸发器和热力膨胀阀的温度信号图4.14 热力膨胀阀与蒸发器的匹配关系MSS蒸发器最小稳定信号线K1，K1膨胀阀1在静过热度SS和SS时的能力曲线K2膨胀阀2在静过热度SS时的能力曲线OS可变过热度OPS工作过热度t0蒸发温度tm蒸发器对数平均温差5.热力膨胀阀的容量和选配热力膨胀阀的容量是指经过阀的制冷剂流量在一定蒸发温度

18、下完全蒸发所具有的制冷能力。阀容量是膨胀阀的重要特性参数，也是选阀的依据。膨胀阀的容量Q由下式给出式中 m通过膨胀阀的制冷剂流量，kg/s； h1, h2分别为蒸发器入口、出口处制冷剂的比焓，kJ/kg；A阀的通流截面积，m2；p阀前后的压力差，Pa； 阀入口处制冷剂的密度，kg/m3； 流量系数， (4.10) 膨胀阀出口处制冷剂气、液混合物的比热容，m3/kg。一般情况下，C的值为：R22 0.7； R717 0.50.6。（kW） 尺寸一定的膨胀阀，它的容量取决于：制冷剂、阀前后压力差、蒸发温度和阀前液体过冷度。4.1.3热电膨胀阀1.双金属片型热电膨胀阀这种阀由传感元件和调节阀组成，如

19、图4.15所示。调节阀的主要部分有：电热式阀头，针阀和阀座。阀头中设电加热器和双金属片，电加热器对双金属片加热，使后者产生弯曲变形，带动针阀动作。调节阀的开度取决于加给阀加热器上的电压，电压升高时，阀开大，流量增加；反之，阀关小，流量减小。图4.15 热电式膨胀阀（a）外形图 （b）阀结构图 （c）传感器图(1)0过热控制 热电膨胀阀对制冷剂流量的调节，能够使得在任何负荷下制冷剂在蒸发器出口都处于饱和蒸气状态，而在吸气管中过热防止压缩机湿冲程。其控制原理如图4.16所示。将一只负温度系数的热敏电阻串接在阀加热器的电路中。电路中的电流是热敏电阻阻值的函数，而后者又是热敏电阻所在处制冷剂状态的函数

20、。将热敏电阻置于6mm左右的短管中，并封装在蒸发器出口的回气管上，热敏电阻暴露于制冷剂中。当蒸发器出口为过热蒸气作用于它时，由于通电加热作用，热敏电阻温度升高，电阻值下降，回路中电流增大。阀加热器上的电压升高将阀开大，制冷剂流量增加。这个过程一直要持续到蒸发器出口处不再是饱和态。制冷剂液滴或湿蒸气接触到热敏电阻，使之冷却，热敏电阻的阻值升高，阀又开始关小。最终的结果是将阀稳定在蒸发器出口为饱和蒸气态所对应的开度上。无论蒸发器负荷如何变化，制冷剂在蒸发器出口处的状态特征不变，任何因素(比如蒸发器侧的压力降)都不会改变阀的0过热控制。因此，保证了蒸发器面积充分利用。与热力膨胀阀相比，它可以将制冷系

21、统的能力提高10%以上。 (2)调节蒸发压力 在阀加热器回路中串连一个压敏元件、热电膨胀阀还可以用来调节蒸发压力，如图4.17(a)所示。压敏元件是个压力开关，压力升高时电路断开。图4.16 0过热控制原理1-变压器 2-蒸发器 3-热敏电阻 4-吸气管 5-排气管 6-冷凝器 7-热电膨胀阀 8-压缩机图4.17热电阀（a）用热电阀调节压力 （b）用热电阀控制极限压力和0过热1-热电膨胀阀 2-压敏开关 3-蒸发器 1-热电膨胀阀 2-高压传感器 3-低压传感器 4-变压器4-吸气管 5-排气管 6-冷凝器 5-蒸发器 6-温度传感器 7-吸气管 8-排气管 9-冷凝器(3)蒸发器极限压力控

22、制和0过热控制如图4.17(b)所示。图中把控制最高蒸发压力的压敏开关2与阀加热器串连，把控制最低蒸发压力的压敏开关3与热敏电阻6并联。2常闭，设定在最高压力值时断开；3常开设定在最低压力时接通，于是，当蒸发压力正常，即处于最高和最低值之间时，热敏电阻对阀加热器电压的调节，使蒸发器出口始终维持为0过热，当蒸发器压力超过最高值时，压敏开关2断，阀加热器电路断开，使阀关闭，禁止阀能力进一步提高。当蒸发压力低于最低值时，压敏开关3接通，电路中电流增大，阀能力提高，使蒸发压力不致继续下降。2.电子控制的热电膨胀阀采用这种热电膨胀阀的流量控制系统如图4.18所示。流量调节装置由热电式膨胀阀即执行器TQ、

23、电子调节器EKS65和传感器两个KS2lA组成。传感器AKS是1000的铂电阻。它们分别感应蒸发器入口处和出口处的制冷剂温度，将相应的感温信号S2和S1，输入到电子调节器EKS 65，调节器将测量的温差信号(S2- S1)与温差参考设定值相比较，向热电阀的执行器输出电脉冲，执行器使阀的开度变化，从而改变流量再重新建立所要求的温差(S2- S1)。用这样的方法，根据温差(S2- S1)对流量实行比例积分调节。图4.18 流量控制系统图该流量控制装置由于采用电子式比例积分调节器能够保证有良好的调节品质。即使负荷变化大，控制系统本身也能迅速准确地调整。温差(S2- S1)的设定可以小到2，并且在整个

24、工作范围有相同的设定。因而能将过热度控制得很小，保证蒸发器面积得到最大利用。此外，该控制系统不受冷凝压力变化的影响，对阀前液体过冷的变化有补偿能力。4.1.4 电子膨胀阀电子膨胀阀按微处理器预设的程序进行流量调节，它适应制冷机电一体化的发展要求，具有传统热力膨胀阀无法比拟的优点，尤其在变频式空调器中应用获得的优良特性令人瞩目。1.电子膨胀阀的种类目前的电子膨胀阀按驱动形式有电磁式和电动式两类。电动式又分直动型和减速型。电磁式膨胀阀如图4.19(a)所示。电磁线圈通电前，针阀处于全开位置；通电后，由于电磁力的作用，由磁性材料制成的柱塞被吸引上升，与柱塞连成一体的针阀开度变小。针阀的位置取决于施加

25、在线圈上的控制电压(线圈电流)。因此，可以通过改变控制电压来调节膨胀阀的流量，如图4.19(b)所示。图4.19 电磁式膨胀阀 (a)结构图 (b)流量特性1-柱塞弹簧 2-柱塞 3-线圈 4-阀座 5-入口6-阀杆 7-阀针 8-弹簧 9-出口 电动式膨胀阀用电动机驱动。目前使用最多的是四相脉冲电动机驱动。电动机直接带动针阀的为直动型；脉冲电动机通过齿轮组减速带动针阀的为减速型。它们的结构和流量特性如图4.20所示。减速型由于减速齿轮的作用，较小的定子线圈就可以产生足够的磁力矩。因此，脉冲电动机与此轮组可以方便地与不同口径的阀体组合，灵活的构成不同能力的阀。图4.20 电动式膨胀阀的结构和流

26、量特性 （a）、（b） 直动型 （c）、（d） 减速型1转子 2线圈 3阀杆 4针阀 5减速齿轮 6入口 7出口 电动式膨胀阀的控制动作原理如图4.21（a）所示。图4.21(b)所示为脉冲电动机的接线图。电动机转子采用永久磁铁，由转子感应的磁极与定子绕组感应的磁极之间产生磁力的吸引或排斥作用，使转子旋转。脉冲电动机由微处理器控制，微处理器按一定的逻辑关系发出脉冲指令，在电动机定子绕组上施加脉冲电压，驱动转子动作。指令信号序列反向时，电动机转动反向。所以，脉冲信号可以控制电动机正、反方向自由转动，调节阀杆上、下移动，改变阀针开度，实行流量调节。直动型阀从全开到全关需要240次脉冲；减速型需要1

27、440次脉冲。表4.7示出电子膨胀阀的技术参数。图4.21电动式膨胀阀（a）电子膨胀阀动作原理 （b）脉冲电动机接线图 表4.7 电子膨胀阀技术参数A型B型备注工称能力（kW）5.3（R22）10.6（R22）1.阀流向可逆2.反应速度指阀从全开到全关所需时间3.调节分辨力指阀从全开到全关所需脉冲次数制冷剂R12，R22R12，R22型式波纹管，减速型直动型阀口径（mm）2.42.5行程（mm）0.55驱动电动机脉冲电动机脉冲电动机额定电压DC 12VDC 12V反应速度7.2s3.7s调节分辨力1440次脉冲240次脉冲使用温度（）-30+60-30+60 2.电子膨胀阀的过热度调节 用电子

28、膨胀阀调节流量对蒸发器出口过热度进行控制比用传统热力膨胀阀的控制效果优越得多。热力膨胀阀用温包感应蒸发器出口温度，构成过热度比例反馈调节系统。热力膨胀阀靠弹簧预紧力设置某一定蒸发温度下过热度的给定值(静过热度)，受蒸发温度变化的影响、蒸发器流动阻力的影响，使它只在一个较窄的工况和负荷范围下才能实现凋节，较好地工作。如果匹配性不好，或者工况和负荷变动太大的话，将影响系统正常工作。另外，由于温包感温滞后、调节反应滞后、以及比例调节本身的特点所限，实际调节过程中流量波动大，而且过热度控制精度差。电子膨胀阀调节系统，则直接检测蒸发器出口真实过热度，信号传递快，调节反应迅速。阀本身有很好的线性流量特性，

29、调节范围宽。微处理器系统可以对阀设置开度基准和开度记忆，精确调节流量。用微处理器按要求设置调节规律，不仅可以采用反馈调节，而且可以采用前馈加反馈复合调节，还可以与压缩机能量调节一道进行，精确地控制过热度，即使负荷变动大而频繁，也能获得很好的调节品质。 电子膨胀阀精确的过热度调节品质和很好的动态特性保证制冷系统稳定工作，使运行能耗大大减少。即使在低温库系统中使用，也能将过热变调节精度控制在1以内。不会因为流量调节波动造成压缩机回液，不用对蒸发器留出足够的设计裕度，由此可将蒸发器效率提高20%左右，带来的另一个好处是节省材料、降低成本和重量。 4.1.5 浮球液位控制 较大型的低温装置中较多采用满

30、液式蒸发器。它虽然存在充灌量大、回油有难度的缺点，伹容易实现装置的稳定运行、便于冷量分配。 1.高压浮球阀 高压浮球阀是以浮球感应高压侧容器(冷凝器或者高压贮液器)中的液位来控制向蒸发器供液的调节阀，它使送入蒸发器的制冷剂流量与压缩机从蒸发器抽出的制冷剂流量相等。高压浮球阀有直动式和伺服式两种类型。 伺服式高压浮球阀在大型装置中使用。它用直动式高压浮球阀作导阀(控制阀)，控制膜片式或者活塞式主阀(膨胀阀)。主阀完成调节流量的执行动作。图4.22是伺服式高压浮球阀的应用示 例。图中在导阀(高压浮球阀)与主阀之间的控制引管上还装有电磁阀。电磁阀可以接受指令控制主阀关闭，使系统停止工作。图4.22

31、伺服式高压浮球阀应用示例1-高压贮液器 2-蒸发器 3-电磁阀 4-高压浮球阀 5-主阀 使用高压浮球阀的系统特点：系统中制冷剂充灌量少；阀可以在常温处安装，阀体不需隔热处理，检修方便；浮球根据液位偏差成比例的调节阀的动作，具有较好的线性流量特性；系统中的制冷剂绝大部分容纳在蒸发器中，贮液器（或冷凝器）出口的集液包尺寸小。设计中需要根据蒸发器的制冷量，冷凝器液量与压缩机能力的平衡，正确确定系统的制冷剂充灌量，充量过多会引起湿冲程；过少，会降低系统的制冷能力。 2.低压浮球阀 低压浮球阀的工作原理与高压浮球阀类似。只是浮球感应低压容器（满液式蒸发器）本身的液位，进行供液量调节。另外，动作规律与高

32、压浮球阀相反，即液位升高时，阀关小； 反之，开大。它也有直动式和伺服式。 伺服式低压浮球阀用一个小口径的非直通阀作控制阀如图4.23所示。蒸发器中液位上升时浮球阀关闭，主阀活塞上部的内压旁通至吸气侧，于是主阀关小；反之，浮球阀将控制压力引入主阀活塞上部，使主阀开大。图4.23 伺服式低压浮球阀应用例1-压缩机 2-冷凝器 3-贮液器 4-蒸发器5-液位报警器 6-电磁阀 7-低压浮球阀 8-主阀 4.2制冷系统压力调节 4.2.1 蒸发压力调节 制冷装置中蒸发器作用于被冷却对象，是冷源。为了使被冷却对象温度维持在工艺要求的指定值，就需要有较恒定的蒸发温度。蒸发温度调节是通过蒸发压力调节来实现的

33、。当负荷变动时，膨胀阀供液量改变，会引起蒸发压力波动。对于设汁中只有一种蒸发温度的系统，蒸发压力波动过大，不仅影响被冷却对象的温度控制精度，而且使装置运行稳定性变差。此外，冷库用的蒸发器，在蒸发压力过低时，其表面温度过低，蒸发器除湿(结霜)作用增强，还会加剧冷藏食品的干耗，增加商业经济损失。冷水机组中的蒸发器，在蒸发温度过低时，会造成冷水结冰。可见蒸发压力调节是必要的。对于设计中采用一台压缩机配多个温度互不相同的蒸发器的系统，由于压缩机只可能以一种吸气压力回气，也必须通过蒸发压力调节，以保证各个蒸发器在它们设计指定的蒸发温度下工作。 采用在蒸发器出口处安装蒸发压力调节阀的方法维持蒸发压力稳定。

34、它的基本调节原理是：蒸发压力调节阀感应阀前制冷剂压力（即p0）动作。当p0高于设定值时，将阀口开大，使从蒸发器中流出的气体量增多，p0下降；当p0低于设定值时，阀口关小，使从蒸发器中流出的气体量减少，p0回升。也就是说，通过吸气管中节流，使引出的制冷剂气体量与蒸发器负荷相匹配。 蒸发压力调节阀（EPR）根据容量大小有直动式和导阀与主阀组合的控制式。前者用于小型装置，后者用于大型装置。 1.直动式蒸发压力调节 用直动式蒸发压力调节阀保持蒸发压力恒定的调节原理如图4.24所示。图中KVP是直动式蒸发压力调节阀的一种型号。图（a）为一台压缩机配一个蒸发器的系统中的蒸发压力的调节；图（b）为一机多蒸发

35、温度系统中的蒸发压力调节。除了最低温度的那个蒸发器外，在每个高温蒸发器的出口处安装一只蒸发压力调节阀(KVP),把每个KVP按需要的p0值设定。运行时，高温蒸发器的出口的制冷剂蒸气经过KVP二次节流到与低温蒸发器相同的压力，然后一道向压缩机回气。这种系统的循环原理如图中的（c）所示。在低温蒸发器的出口处往往安装一只止回阀，其作用是防止停机时因个蒸发器压力不同，制冷剂从高温蒸发器向低温蒸发器倒流。 图4.24 用直动式蒸发压力调节阀调节蒸发压力（a）一机一蒸发器系统（b）一机多蒸发温度系统（c）一机多蒸发温度系统的循环原理使用时，在装置运行过程中调整：在压力表接口上安装压力表，一边调节设定螺钉，

36、一边观察压力表读数，到蒸发压力达到需要的值为止。2.控制式蒸发压力调节控制式蒸发压力调节是将压力导阀（控制阀）与主阀组合使用调节蒸发压力。为了结沟紧凑，还可以将导阀调节器直接连在主阀上，称为恒压主阀。采用恒压主阀调节蒸发压力的系统安装如图4.25所示。图4.25 恒压主阀使用示例从调节性能上分析，定压阀与主阀组合的阀(或恒压主阀)属于比例型调节阀。阀的开度与蒸发压力变化成比例。虽然调节过程中存在一定的静态偏差，但由于导阀和主阀的比例系数较大，主阀的灵敏度高，所以p0波动较小，基本上可以维持蒸发器恒定的蒸发压力(或蒸发温度)。导阀由阀体和调节器两部分组成。导阀的功能由调节器决定。将调节器与导阀螺

37、纹连接成一体的各种导阀，例如将压力调节器CVP、压差调节器CVPP、温度调节器CVT、电磁头CVH等旋在导阀体CVH上，就分别构成恒压、差压、恒温和电磁导阀。这类导阀的主要特性示于表4.12。调节器与阀体法兰连接的导阀，其主要特性示于表4.13。表4.12 各种导阀的主要特性导阀调节器代号控制范围备注恒压阀CVP-0.066+0.2MPa00.7MPa02.2MPa表压力差压阀CVPPLP：00.07MPa（p）HP：00.7MPa（p）用于装置的低压侧用于装置的高压侧恒温阀CVT-400-10252560电磁阀EVM表4.13 各种导阀的主要特性导阀代号控制范围恒压阀CVMCVML（低压）C

38、VMH（高压）00.7MPa（表压力）-0.070.3MPa（表压力）0.51.6MPa（表压力）差压阀CVMP00.7MPa（p）恒温阀CVMT-50-10-25+25电动阀CVMM00.7MPa（表压力）4.2.2吸气压力调节压缩机的吸气压力若在额定值以上，会引起电动机负荷过大，甚至烧毁电动机。低温装置长期停止运行后启动时，或者结束除霜转入制冷运行时，吸气压力会很高。另外，蔬菜类高温冷藏库采用压缩机与蒸发器一一匹配的制冷系统，为了减少食品干耗，蒸发温度与室温之差应尽可能小，蒸发温度较高，则吸气压力也会较高，发生上述事故的可能性较大。因此需要限制吸气压力。用调节吸气压力的办法避免吸气压力ps

39、过高，就可以使压缩机配用较小容量的电动机，提高电动机运行效率、减小绕组发热。这对吸气冷却电动机的全封闭或半封闭式压缩机尤其有益。调节吸气压力的方法是在吸气管上安装吸气压力调节阀。它受阀后压力(即ps)控制，当ps升高时，阀关小，使高蒸发压力的回气节流，以较低的吸气压力进入压缩机。吸气压力调节阀又叫曲轴箱压力调节阀。有直动式和控制式(导阀与主阀组合)，以适应不同的能力要求。直动式吸气压力调节阀（KVL型）结构见图4.26。阀出口侧为吸气压力。吸气压力ps作用于阀板下部。阀板在ps和上部弹簧力作用下动作。用设定螺钉调整弹簧力给出最高吸气压力的设定值。只有当ps降到设定值以下时，阀才打开。随着ps的

40、降低，阀的开度增大。平衡波纹管用来平衡阀入口侧的压力，保证阀的开度只取决于出口压力，而不受入口压力变化的影响。阻尼机构能抑制制冷装置正常出现的脉动，同时，保证阀有较长的寿命而又不影 图4.26 吸气压力调节阀1-上盖 2-垫片 3-设定螺钉 4-主弹簧 5-阀体 6-平衡波纹管7-阀盘 8-阀座 9-阻尼机构响调节精度。图4.26 吸气压力调节阀1-上盖 2-垫片 3-设定螺钉 4-主弹簧 5-阀体 6-平衡波纹管7-阀盘 8-阀座 9-阻尼机构吸气压力凋节阀是比例型调节器。阀有一定的比例带。例如，KVL型吸气压力调节阀的比例带为0.13MPa。就是说，吸气压力低于最高吸气压力(使阀打开的设定

41、压力)的值在0.13 MPa以内时，阀的开度与上述压力差的大小成比例变化。ps低到使压力差等于0.13MPa时，阀全开。ps更低，压力差超过0.13MPa时，则阀继续维持全开。用一定条件下吸气压力调节阀能够提供的制冷剂通流能力折算成相应的制冷量表示吸气压力调节阀的能力(容量)。制冷剂和阀型一定时，阀能力与阀前后的压降、最高吸气压力设定值、比例带和阀后制冷剂气体的温度(该温度可用蒸发温度近似)。使用吸气压力调节阀时要注接管尺寸不宜选得太小。否则，若入口处气流速度超过40m/s会引起气流噪声。直动式吸气压力调节阀在系统中的使用见图4.27。图4.27 直动式吸气压力调节阀应用 控制式吸气压力调节阀

42、的应用见图4.28。定压调节器(导阀)CVC直接旋在主阀PM的控制阀接口上。用信号引管从吸气主管引吸气压力作用于定压导阀CVC。当吸气压力降到CVC的设定值以下时，导阀CVC打开，主阀受吸气压力作用开启。并随吸气压力的降低逐渐成比例增大开度至全开，从而调节吸气压力。如果在PM的另一个控制接口上再安装只电磁导阀(如图所示的EVM），从蒸发器侧导引压力信号p0作用于主阀，还具有在EVM接通时强制关闭主阀的功能。图4.28 控制式吸气压力调节阀应用例此外,若如图4.29那样运用主阀和导阀，可以起到同时控制蒸发压力和吸气压力的作用。正常情况下，左侧的定压阀控制主阀动作，起调节蒸发压力的作用。若由于高温

43、、负荷过大，造成吸气压力超过设定值时，右侧的定压阀打开，由左侧定压阀引导的蒸发压力气体经过右侧的定压阀旁通到吸气侧，而不施加于主阀活塞上，于是，主阀关小，使吸气压力降低。图4.29 导阀与主阀组合控制蒸发压力和吸气压力4.2.3冷凝压力调节1.水冷式冷凝器（1）冷却水一次性流过的水冷式冷凝器对这类冷凝器，采用改变冷却水流量的方法调节冷凝压力。在冷却水管上安装水量调节阀，当pk降低时，阀自动关小，减少水流量；反之，增大水流量，从而维持pk在指定的范围。 水量调节阀有压力控制式和温度控制式两种。前者直接感受冷凝压力的变化调节水流量；后者感受冷凝器冷却水的出口温度，调节水流量。这两种型式的水量调节阀

44、均可按容量大小作成直动式和伺服式结构。水管口径在DN40以下的阀，多采用直动式(即直接作用式)，口径更大的阀，则采用伺服式(即间接作用二次开启式)。图4.30所示出压力控制的水量调节阀WVS和温度控制的水量调节阀WVTS在系统中的布置。图4.30水量调节阀在系统中的布置 （a）压力控制的水量调节阀 （b）温度控制的水量调节阀在系统中的布置 水量调节阀的调整应当与装置的工作条件相适应。要保证停机时水量调节阀处于关闭状态。因而，将关闭压力调整为冷凝器环境处夏季最高温度所对应的制冷剂饱和压力以上。压缩机启动时，水量调节阀保持关闭状态。开机后，冷凝压力逐渐上升到阀的开启压力值,阀逐渐打开。停机时，水量

45、调节阀还要继续开启一段时间，待pk逐渐降低到关闭值时，阀才逐渐关闭。通常水量调节阀的关闭压力比开启压力低50kPa左右。 水量调节阀的主要技术参数见表4.14和表4.15。 表中所列的水量调节阀还可用于中性盐水的流量调节。表4.14 温度控制的水量调节阀的主要技术参数型式系列代号感温包水侧温度范围最高温度温度范围最高压力MPa最大流量m3/h直动式AVTA030256550905585110251301.61.45.5伺服式WVTA25658525901.011125表4.15 压力控制的水量调节阀的主要技术参数型式系列代号制冷剂侧水侧制冷剂阀开始打开的压力范围，MPa阀全开的压力范围，MPa

46、最高水压MPa最大流量m3/h直动式WVFXR22，R5020.350.70.652.01.01.211伺服式WVSR22，R7170.221.90.32.01.012.5125（2）采用冷却塔循环水的水冷式冷凝器这类冷凝器的热传递过程是：制冷剂热气循环冷却水环境空气。所以控制冷却水温度进行冷凝压力调节的方法有以下两类。一种办法是调节冷却塔的冷却能力。通过改变冷却塔的通风量，使经空气冷却后的水温升高，从而避免冷凝压力过分降低。改变风量的办法有：在冷却塔的进风口处设阻风阀；降低风机转速或者减少风机的运行台数(冷却塔配多台风机的场合)。另一种办法是调节冷却水的循环量，如图4.31所示。用三通水阀在

47、冷却水的进、出水管之间设旁通调节。图中三通调节阀装在冷凝器出水管上(也可以装在冷凝器进水管上，而把旁通管接到出水管上)。三通水量调节阀可以用冷凝器出水温度tw控制，也可以直接用冷凝压力pk控制，根据tw或pk与设定值的偏差，成比例地调节旁通水量，维持pk在允许的范围。图4.32示出用控制的三通水量调节阀，图中给出将它安装在冷却水进口侧时的三个接口的连接关系。图4.31 用三通调节阀调节冷凝压力图4.32 三通水量调节阀1-阀杆 2-调节螺栓 3-波纹管 4-外壳 5-引压管 6-弹簧 7-阀杆 8-密封圈 9-阀盘 10-阀座风冷式冷凝器要特别注意避免冬季运行时冷凝压力过低。有两种调节途径：从

48、空气侧调节(改变冷凝器的吹风量)和从制冷剂侧调节。（1）空气侧调节改变风量的办法有：冷凝器风扇用多极电动机，根据需要切换极数，可以分级调速，改变风量。也可以采用变频无级调速。配用多台风机时，通过运行台数控制来调节风量。可以根据环境温度，相继关闭一台或数台风机，但必须维持至少有一台风机在工作。因而使风机启停的控制方法不宜在冷凝器只配一台风机的装置上使用，否则冷凝压力波动太快，风机频繁启、停，装置也无法稳定工作。用阻风阀使空气节流吹过冷凝器也是降低风量、提高冷凝压力的办法。采用这种方法时应考虑到风机的特性曲线对工况变化的适应能力，有些型号的风机，伴随节流，风量下降，风阻和功率上升，效率下降明显，应避免使用。变风量调节冷凝压力可以用冷凝温度控制，也可以用冷凝压