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暖通工程師考試專業(yè)知識(shí):冰蓄冷空調(diào)

更新時(shí)間:2019-03-14 13:19:53 來源:環(huán)球網(wǎng)校 瀏覽66收藏13

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冰蓄冷空調(diào)自控系統(tǒng)基本功能

冰蓄冷空調(diào)由于自身的特點(diǎn)而對自控系統(tǒng)有一定的依賴,而這種依賴就決定了自控系統(tǒng)的基本功能。就一般情況而言,冰蓄冷空調(diào)對自控系統(tǒng)有如下四個(gè)方面的基本要求:

1、工況切換和設(shè)備起??刂?。冰蓄冷空調(diào)是在同一管道系統(tǒng)上通過對水泵和閥門等設(shè)備的不同組合而得到不同的工況的,而不同的工況組合又體現(xiàn)出不同的運(yùn)行策略。因此,選擇冰蓄冷空調(diào)只是為降低運(yùn)行費(fèi)用在設(shè)備上提供了可能,而真正實(shí)現(xiàn)降低運(yùn)行費(fèi)用還需將系統(tǒng)中所有設(shè)備有機(jī)地結(jié)合起來,并使操作者方便快捷地在各工況之間切換。

就具體的工程而言,不同的工況對參與運(yùn)行的水泵以及閥門的開啟和關(guān)閉都有不同的規(guī)定,與此同時(shí),對各設(shè)備的啟動(dòng)順序和設(shè)備啟動(dòng)的時(shí)間間隔都有具體的要求。這就要求自控系統(tǒng)能為工況的切換提供方便、安全的操作手段。理想情況下,操作者希望通過鼠標(biāo)在屏幕上的點(diǎn)擊或通過菜單的選擇就能切換工況。但是自控系統(tǒng)在提供操作方便的同時(shí)又要能夠防止人員的誤操作,所以建議把工況切換和系統(tǒng)啟動(dòng)分為兩步操作,即切換工況只是為系統(tǒng)啟動(dòng)做好了工況的選擇,而并不是在切換工況后直接啟動(dòng)系統(tǒng)。

2、融冰速率控制。為了真正做到移峰填谷,蓄冰系統(tǒng)都追求較高的融冰速率,以期能在峰電時(shí)段內(nèi)完全釋放冷量。但隨之而來的問題是,如果不對融冰速率進(jìn)行控制則蓄冰裝置將以最快的速度融冰,造成冷量的浪費(fèi)。因此,冰蓄冷空調(diào)要求自控系統(tǒng)能對融冰速率進(jìn)行控制,使其能跟蹤負(fù)荷情況并滿足系統(tǒng)對供冷量的要求。

控制融冰速率的方法有很多,但大體可歸納為兩類:改變出水溫度和改變出水流量。如果以換熱器為蓄冰裝置的負(fù)載來描述,前者改變的是換熱器冷媒水側(cè)入水的溫度,后者改變的是換熱器冷媒水側(cè)入水的流量。通常情況下,前一種方式更能兼顧換熱效率,追求較低的換熱溫差。

控制融冰速率的最終目的是控制水的溫度。由于管道中的水溫有很大的慣性,一旦建立起了變化趨勢后溫度會(huì)朝著固有的方向變化而不會(huì)立即對控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)做出響應(yīng),這就使該回路的控制特性偏軟,并且有很大的滯后。管道中水溫的這些特性使常規(guī)的pid調(diào)節(jié)往往不能取得理想的效果。因此,在要求較高的應(yīng)用中需在控制模型中加入程度較深的反饋,條件允許時(shí)還可在控制模型中引入一定的預(yù)警措施,使控制器的調(diào)節(jié)動(dòng)作產(chǎn)生在溫度變化之前。

3、空調(diào)水供回水差壓控制。當(dāng)末端采用變流量系統(tǒng)時(shí),空調(diào)水供回水總管之間的差壓是隨末端的使用情況而變化的。雖然變流量的末端系統(tǒng)有很多的優(yōu)點(diǎn),但如果不對供回水總管之間的差壓進(jìn)行控制,其危害也是顯然的。首先,差壓的波動(dòng)會(huì)使整個(gè)管道系統(tǒng)中控制閥門的閥權(quán)度發(fā)生變化,這將破壞常規(guī)的pid控制環(huán)的穩(wěn)定行,當(dāng)閥權(quán)度減小到一定程度時(shí)還會(huì)導(dǎo)致控制閥的振蕩。其次,當(dāng)該差壓不足時(shí),會(huì)使遠(yuǎn)端的能量供應(yīng)不足,影響使用效果;反之,差壓過大又會(huì)影響到末端系統(tǒng)的安全。因此,這就要求自控系統(tǒng)能對該差壓進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測,并采取相應(yīng)的調(diào)整手段來使差壓穩(wěn)定在一個(gè)合理的范圍內(nèi)??刂瓶照{(diào)水供回水總管之間的差壓,簡單而行之有效方法就是在空調(diào)水供回水總管上加裝旁通閥,控制系統(tǒng)根據(jù)實(shí)際的差壓來調(diào)整閥門的開度。在采用換熱器的系統(tǒng)中,這種方法能保證流經(jīng)換熱器二次邊的流量恒定在設(shè)計(jì)值上,以兼顧換熱效率并追求較低的換熱溫差。這種方法的缺點(diǎn)是水泵的成本不能隨負(fù)荷的減少而下降。同時(shí),由于旁通閥上的差壓變化很大,這就導(dǎo)致在大的閥權(quán)度變化下,旁通閥很多時(shí)候?qū)嶋H是工作在開/關(guān)狀態(tài),無法達(dá)到理想的控制效果。

因此,另一種常見的辦法就是采用速度可調(diào)的水泵。由自控系統(tǒng)根據(jù)空調(diào)水供回水總管之間的差壓來調(diào)整變速泵的轉(zhuǎn)速,從而達(dá)到穩(wěn)定差壓的目的。為了在最壞的情況下仍有足夠的水流來保證水泵的安全,許多情況下在采用了調(diào)速泵后仍須安裝旁通調(diào)節(jié)閥門。

4、逐時(shí)負(fù)荷預(yù)測。嚴(yán)格意義上說逐時(shí)負(fù)荷預(yù)測不是一個(gè)控制功能,但由于它對冰蓄冷空調(diào)有著重要的意義,因此也列在基本功能中。

為了盡量減少高價(jià)峰電的使用,操作者需要對當(dāng)天的逐時(shí)負(fù)荷有個(gè)了解,從而制定出操作策略,力求在峰電時(shí)段少使用冷機(jī)并盡可能使蓄冰量能在峰電時(shí)段內(nèi)完全釋放。缺少嚴(yán)格制定的操作策略往往會(huì)產(chǎn)生這樣的情況:或者預(yù)留了過多的冷量從而在峰電時(shí)段結(jié)束時(shí)仍有較多的剩余冷量,或者過早地將冷量完全釋放而不得不在峰電時(shí)段多使用冷機(jī)。制定操作策略的意義還在能合理安排蓄冰量的使用,除了給峰電時(shí)段預(yù)留外,還能在冷機(jī)因負(fù)荷較低運(yùn)行效率下降的時(shí)候使用融冰供冷。

制定操作策略的依據(jù)是逐時(shí)符合,所以,逐時(shí)負(fù)荷的預(yù)測對冰蓄冷空調(diào)降低運(yùn)行成本有著重要的意義。但是,要實(shí)現(xiàn)逐時(shí)負(fù)荷的預(yù)測卻有相當(dāng)?shù)碾y度,這一方面是由于影響逐時(shí)負(fù)荷的因素太多,更主要是對歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)的要求。目前預(yù)測逐時(shí)負(fù)荷的方法大多離不開系統(tǒng)運(yùn)行的歷史數(shù)據(jù)。因此,獲得和維護(hù)一個(gè)完整的歷史數(shù)據(jù)庫就成為實(shí)現(xiàn)逐時(shí)負(fù)荷預(yù)測的先決條件,這在操作上顯然有一定的難度。

要使逐時(shí)負(fù)荷的預(yù)測功能變得切實(shí)可行,這一方面有待于可以不借助歷史數(shù)據(jù)庫的預(yù)測方法,同時(shí)也有待于更簡便可行的維護(hù)和建立歷史數(shù)據(jù)庫的手段。

冷凍機(jī)是指壓縮制冷方式所采用的壓縮機(jī),因其使用條件和壓縮工作介質(zhì)的不同,它不同于一般的空氣壓縮機(jī)。按冷凍機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理上的差別,它與空氣壓縮機(jī)類似,也可分為活塞式、螺桿式、離心式等幾種不同形式。冷凍機(jī)是壓縮制冷設(shè)備中最重要的組成部分之一。

冷凍機(jī)的工作介質(zhì)即為制冷系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)著傳遞熱量任務(wù)的制冷劑,常用的制冷劑有:氟里昂、氨、溴化鋰、氯甲烷等,其中氟里昂按其氣化溫度及化學(xué)分子式的不同有氟11(r-11)、氟12(r-12)、氟13(r-13)、氟21(r-21)、氟22(r-22)、氟113(r-113)、氟114(r-114)、氟142(r-142)等多種。上述制冷劑可分別用于低壓(冷凝壓力小于0.3-0.3mpa)高溫(蒸發(fā)溫度大于0℃)、中壓(冷凝壓力1-2mpa)中溫(蒸發(fā)溫度0—-50℃)及高壓(冷凝壓力大于2mpa)低溫(蒸發(fā)溫度小于-50℃)的制冷系統(tǒng)里。

冷凍機(jī)潤滑的特點(diǎn)

1、活塞式冷凍機(jī)

在活塞式冷凍機(jī)中,需要潤滑的摩擦部位有:活塞與氣缸的壁面;連桿大頭軸瓦與曲柄銷;連桿小頭軸瓦與活塞銷;活塞銷與活塞銷座;前后滑動(dòng)軸承的軸瓦和主軸頸以及主軸軸封的靜動(dòng)摩擦密封面等。

在小型低速冷凍機(jī)中最簡單的潤滑方式是飛濺潤滑,即在冷凍機(jī)的曲軸箱內(nèi),借助于曲軸的連桿大頭的回轉(zhuǎn)攪動(dòng)油面,將潤滑油甩到摩擦表面使之潤滑,但對有些摩擦表面潤滑油難以達(dá)到,潤滑不充分,易造成大的摩擦和磨損,故這種潤滑方式可靠性差,已很少單獨(dú)采用。

在新、老系列的冷凍機(jī)中大多采用著強(qiáng)制性循環(huán)潤滑,即利用油泵將油強(qiáng)制輸送到各潤滑點(diǎn)。活塞式冷凍機(jī)的潤滑多為內(nèi)傳動(dòng)系統(tǒng),即潤滑系統(tǒng)不單獨(dú)設(shè)立油箱和油泵站,而是采用冷凍機(jī)的曲軸箱兼作潤滑油箱,專門的潤滑泵與曲軸的一端相連,潤滑裝置與冷凍機(jī)構(gòu)成了一個(gè)整體。

油泵經(jīng)孔為0.28-0.154mm的篩網(wǎng)式粗濾器從曲軸箱中吸油,而后經(jīng)過濾精度為10-20μm的紙質(zhì)或粉末冶金式的精細(xì)濾油器將冷凍機(jī)潤滑油壓出,一路潤滑油被送到曲軸的前端,潤滑軸封、前主軸承、曲柄銷及連桿小頭,另一路壓力油進(jìn)到曲軸的后端,潤滑后主軸承、曲柄銷及連桿小頭,此外該壓力油還同時(shí)被送到油分配閥,用于控制能量調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)。潤滑系統(tǒng)中還應(yīng)帶有壓力表、調(diào)壓閥等必備元件,調(diào)壓閥用于調(diào)節(jié)潤滑油的壓力并可使多余的潤滑油流回曲軸箱。在該系統(tǒng)中氣缸面是利用連桿小頭擠出的油和連桿大頭甩出的油實(shí)現(xiàn)摩擦面的潤滑。

冷凍機(jī)中所采用的潤滑泵通常有外嚙合齒輪式油泵、內(nèi)嚙合齒輪式油泵(俗稱月牙泵)和擺線轉(zhuǎn)子式油泵(俗稱梅花泵)等3種。對于外嚙合齒輪泵吸壓油口的位置確定后,泵的旋轉(zhuǎn)方向是一定的,不可逆轉(zhuǎn),對全封閉和半封閉式冷凍機(jī),因冷凍機(jī)機(jī)殼與電動(dòng)機(jī)機(jī)殼連成一體,從外部難以辨別泵的轉(zhuǎn)向,容易造成齒輪泵轉(zhuǎn)向的錯(cuò)誤而使?jié)櫥ъ`,故外嚙合齒輪泵在冷凍機(jī)中較少應(yīng)用。對內(nèi)嚙合齒輪泵而言,月牙體(分開吸、壓油腔,保證內(nèi)外齒輪頂密封的構(gòu)件)可做成具有自動(dòng)定位的結(jié)構(gòu),不論齒輪的旋轉(zhuǎn)方向如何都不改變吸、壓油口的位置,故對油泵的轉(zhuǎn)向無限制,因此在新系列封閉和半封閉式冷凍機(jī)中廣為應(yīng)用。擺線轉(zhuǎn)子泵與內(nèi)嚙合齒輪泵類似,也可做到對泵的旋轉(zhuǎn)方向無限制,此外擺線轉(zhuǎn)子泵齒形簡單,加工容易,結(jié)構(gòu)緊湊,在冷凍機(jī)中有著廣闊的應(yīng)用前景。

2、螺桿式冷凍機(jī)

螺桿式冷凍機(jī)的潤滑部位有:凸凹螺桿(亦稱陰陽轉(zhuǎn)子)的轉(zhuǎn)動(dòng)嚙合部;轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿與殼體的相對滑動(dòng)表面;螺桿前后的滑動(dòng)軸承;主動(dòng)螺桿的平衡活塞及軸端的機(jī)械密封摩擦面。在上述潤滑部位均開有與壓力油相通的油口。在能量調(diào)節(jié)閥上或殼體上開設(shè)的大小不同、相隔一定距離的油孔可使?jié)櫥瑝毫τ椭苯訃娚涞睫D(zhuǎn)子上,即可冷卻潤滑轉(zhuǎn)子和殼體,又可對運(yùn)動(dòng)部位的間隙進(jìn)行密封,以減少被壓縮氣體的泄漏,并降低運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲。

由于調(diào)壓閥調(diào)節(jié)的潤滑油的壓力通常比冷凝壓力高0.2-0.3mpa,潤滑油量可相當(dāng)于冷凍機(jī)輸氣量的1%-2%。潤滑泵可直接用轉(zhuǎn)子本身驅(qū)動(dòng),也可做成外傳動(dòng)式的。通常都將油分離器作為潤滑系統(tǒng)的油箱。目前應(yīng)用較廣的是離心—重力型和填料—重力型的油分離器。

此外在螺桿式冷凍機(jī)中也多采用二級(jí)油分離器,二級(jí)油分離器分離出的潤滑油可利用吸、排氣壓差不經(jīng)油泵直接被壓送到吸氣腔,對軸承、平衡活塞等處進(jìn)行潤滑。在該種潤滑系統(tǒng)中普遍采用著列管式油冷卻器,使油溫保持在20-50℃,冷卻介質(zhì)可用水或冷凍機(jī)自身的制冷劑來蒸發(fā)冷卻潤滑油。潤滑系統(tǒng)中的精過濾器的進(jìn)出口壓差不應(yīng)超過0.1mpa,否則應(yīng)清洗或更換濾芯。

3、離心式冷凍機(jī)

離心式冷凍機(jī)的主要潤滑部位是增速齒輪、主軸承及軸端的機(jī)械密封。通常齒輪箱可兼做潤滑油箱,其中裝有電加熱器可對潤滑油進(jìn)行預(yù)熱,油泵用于將油抽送到專設(shè)的高位油箱,再由高位油箱把油引到所需的潤滑部位,該種方式可防止油泵供油系統(tǒng)突然故障或冷凍機(jī)突然斷電停機(jī)時(shí),油泵無油供給而冷凍機(jī)仍保持運(yùn)轉(zhuǎn)或借慣性繼續(xù)高速回轉(zhuǎn),因無潤滑而造成設(shè)備摩擦部位的“燒傷”或“咬合”事故。

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