一種螺杆式超低溫單機雙級機組系統以及控制方法與流程
2023-06-13 01:43:31 1
本發明涉及製冷控制技術，尤其涉及一種螺杆式超低溫單機雙級機組系統以及控制方法。
背景技術：
隨著我國工業水平和生活水平不斷提高，在工業生產和食品加工製造中，對於低溫冷凍產品，食品速凍等的要求越來越多。之前常用的低溫冷凍主機有兩種，一種是普通的氟機，一種是氨機；普通氟機在超低溫情況下運行效率差，運行不穩定，製取低溫水的溫度範圍小，製冷能力也比較差，很難達到使用效果，而氨機製冷，則存在重大安全隱患，對工作環境和工作人員要求都比較高，而且維護保養也比較高。
因此，如何提高制冷機組工作的安全性可靠性，並進一步降低其出水溫度，提高其工作效率仍是本領技術人員不斷創新嘗試解決的問題。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種螺杆式超低溫單機雙級機組系統以及控制方法，它具有安全可靠、控制方便和節能高效的特點。
本發明是這樣來實現的，一種螺杆式超低溫單機雙級機組系統，它包括製冷系統和壓縮機回油系統，其特徵在於，它還包括為製冷系統中的壓縮機補氣的中壓補氣系統，以及分別與製冷系統、壓縮機回油系統和中壓補氣系統相連的控制控制系統。
所述製冷系統包括製冷單機雙級壓縮機以及沿著製冷單機雙級壓縮機製冷劑出口至入口的管路依次串連的油分離器、第一換熱器、第一截止閥、經濟器、第二換熱器和氣液分離器；所述經濟器與第二換熱器連通的管路上還依次串連有視液鏡、過濾器、第一電磁閥和第一膨脹閥，所述第一膨脹閥又與串連的第二電磁閥和第二膨脹閥並聯。
所述壓縮機回油系統包括沿油分離器出油口至製冷單機雙級壓縮機進油口的管路依次串連在第二截止閥、第一油過濾器、油冷卻器和第二油過濾器；所述第一油冷卻器並聯第三電磁閥；第二油過濾器與製冷單機雙級壓縮機進油口之間的管路上還依次串連有油流量開關、溫度傳感器和油視液鏡。
所述中壓補氣系統包括沿製冷單機雙級壓縮機中壓補氣進口至第一截止閥出口的管路依次串連的第三膨脹閥和第四電磁閥，第四電磁閥還與經濟器的製冷劑入口連通，且第四電磁閥和經濟器連通的管路上還依次串連有第五電磁閥和第四膨脹閥；所述第五電磁閥的出口以及第四電磁閥的進口還與第一截止閥出口以及經濟器的製冷劑入口通過管路連通；所述製冷單機雙級壓縮機中壓補氣進口還與經濟器的回氣口連通。
所述製冷單機雙級壓縮機的製冷劑出口和入口之間通過管路連通，該管路上設有壓力開關和壓力表。
優選的是：所述第一換熱器上設有壓力傳感器，所述第二換熱器上設有溫度傳感器。
優選的是：所述油冷卻器與第一換熱器通過換熱管路連通，且該換熱管路上還設有溫度傳感器。
所述控制系統包括CPU處理中心、採集單元、輸入單元、通訊單元、驅動單元、輸出單元、低壓電源；所述採集單元通過通訊單元與CPU處理中心數據連結，該採集單元包括溫度傳感器、壓力傳感器、流量採集模塊以及模擬量採集模塊；所述驅動單元連接在CPU處理中心和電動件之間，其中，電動件包括製冷單機雙級壓縮機、泵以及管路上的開關和閥門器件，驅動單元包括磁力接觸器、繼電器以及熱保護器。
一種螺杆式超低溫單機雙級機組系統的控制方法，其特徵在於，它基於上述結構的螺杆式超低溫單機雙級機組系統，該控制方法包括如下步驟：
(1)控制系統上電開機，檢測輸入單元、輸出單元和通訊單元是否正常；檢測一切正常，CPU處理中心調用子程序，將程序運行檢測；
採集單元工作，將採集到的溫度、壓力和流量信號經過輸入單元和通訊單元傳輸給CPU處理中心，CPU處理中心根據輸入信號數據判斷機組是否能正常開啟；若異常，則CPU處理中心發出報警信號，並在控制屏幕上顯示報警信息或故障信息；若所有數據正常，則控制程序處於待命狀態，等待啟動命令；
(2)啟動機組製冷時，CPU處理中心發出啟動製冷模式，由輸出單元將啟動信號輸出給驅動單元，驅動單元則根據信號啟動製冷系統的壓縮機、相應閥門、泵以及其它電動件；當驅動單元正常驅動時，則採集單元開始循環採集，將相應採集信息輸入到CPU處理中心；CPU處理中心根據輸入採集數據，判斷壓縮機是否啟動；採集單元循環採集，將採集數據輸入CPU處理中心，CPU處理中心根據輸入數據，對壓縮機進行加卸載輸出，由驅動單元執行；當溫度採集單元採集到冷水進出水溫過高時，CPU處理中心則壓縮機卸載運行，由驅動單元執行；
(3)當使用條件達到機組全載運行條件時，CPU處理中心發出壓縮機全載運行信號，驅動單元啟動製冷壓縮機全載運行；採集單元循環採集，將採集數據輸入CPU處理中心，CPU處理中心根據輸入數據，對壓縮機進行加載輸出，由驅動單元執行；
(4)當壓縮機油溫過高時，CPU處理中心啟動壓縮機回油系統中的閥門以及開關，由壓縮機回油系統中的油冷卻器對油液進行降溫；採集單元循環採集，將採集數據輸入CPU處理中心，CPU處理中心根據輸入數據進行判斷，當油溫達到合理區間時，則CPU發出壓縮機回油系統停止工作信號，由驅動單元執行；
(5)當中壓補氣時，CPU處理中心發出信號，驅動單元控制啟動中壓補氣系統中的閥門以及開關，同時採集單元開始循環採集，將相應採集信息輸入到CPU處理中心；當油壓達到合理區間時，則CPU發出中壓補氣系統停止工作信號，由驅動單元執行。
本發明的有益效果為：本發明克服了現有普通低溫冷水機組出水溫度不低，機組運行的效率不高以及節能效果不明顯和氨機安全性差的問題；相對於傳統機組，本發明從機組結構以及控制方法均進行了改進設計，使其能有效的提高機組在低溫出水的出水範圍，提高機組運行穩定性，滿足使用溫度，提高機組的效率，擴大機組的使用條件。提高機組的能效比，節約能耗，降低經濟成本。
附圖說明
圖1為本發明螺杆式超低溫單機雙級機組系統的結構原理圖。
圖2為本發明螺杆式超低溫單機雙級機組系統控制方法的流程圖。
圖3為本發明控制系統中驅動單元的實施結構圖。
在圖中，1、製冷單機雙級壓縮機 2、油分離器 3、第一換熱器 4、第一截止閥 5、經濟器 6、視液鏡 7、過濾器 8、第一電磁閥 9、第一膨脹閥 10、第二電磁閥 11、第二膨脹閥 12、第二換熱器 13、氣液分離器 14、壓力表 15、壓力開關 16、第二截止閥 17、第一油過濾器 18、第三電磁閥 19、油冷卻器 20、第二油過濾器 21、油流量開關 22、溫度傳感器 23、油視液鏡 24、第四膨脹閥 25、第五電磁閥 26、第四電磁閥 27、第三膨脹閥 28、壓力傳感器。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明的具體實施方式作進一步說明。
如圖1所示，本發明是這樣實現的，所述螺杆式超低溫單機雙級機組系統包括製冷系統和壓縮機回油系統，其結構特點是它還包括為製冷系統中的壓縮機補氣的中壓補氣系統，以及分別與製冷系統、壓縮機回油系統和中壓補氣系統相連的控制控制系統。
本發明在具體實施時，其各個關鍵的組成部件是通過如下結構方式實現的，所述製冷系統包括製冷單機雙級壓縮機1以及沿著製冷單機雙級壓縮機1製冷劑出口至入口的管路依次串連的油分離器2、第一換熱器3、第一截止閥4、經濟器5、第二換熱器12和氣液分離器13；所述經濟器5與第二換熱器12連通的管路上還依次串連有視液鏡6、過濾器7、第一電磁閥8和第一膨脹閥9，所述第一膨脹閥9又與串連的第二電磁閥10和第二膨脹閥11並聯；該製冷系統是從製冷單機雙級壓縮機1的出口至入口的製冷循環系統，製冷液依次經過油分離器2、第一換熱器3、第一截止閥4、經濟器5、第二換熱器12和氣液分離器13返回製冷單機雙級壓縮機1的入口，製冷系統的製冷液流量以及監視通過視液鏡6、過濾器7、第一電磁閥8、第一膨脹閥9、第二電磁閥10和第二膨脹閥11控制，在實施時，製冷系統中的壓縮機、油分離器2中的泵以及截止閥、電磁閥、膨脹閥均與控制系統控制連接。
所述壓縮機回油系統包括沿油分離器2出油口至製冷單機雙級壓縮機1進油口的管路依次串連在第二截止閥16、第一油過濾器17、油冷卻器19和第二油過濾器20；所述第一油冷卻器19並聯第三電磁閥18；第二油過濾器20與製冷單機雙級壓縮機1進油口之間的管路上還依次串連有油流量開關21、溫度傳感器22和油視液鏡23；該壓縮機回油系統主要用於壓縮機油液的冷卻，避免油液過高影響工作的可靠性；油分離器2的高溫油液依次通過第二截止閥16、第一油過濾器17、油冷卻器19和第二油過濾器20返回製冷單機雙級壓縮機1，油液的流量控制與監視通過油流量開關21、溫度傳感器22和油視液鏡23實現，在實施時，壓縮機回油系統中的截止閥、電磁閥和油流量開關21均與控制系統控制連接。
所述中壓補氣系統包括沿製冷單機雙級壓縮機1中壓補氣進口至第一截止閥4出口的管路依次串連的第三膨脹閥27和第四電磁閥26，第四電磁閥26還與經濟器5的製冷劑入口連通，且第四電磁閥26和經濟器5連通的管路上還依次串連有第五電磁閥25和第四膨脹閥24；所述第五電磁閥25的出口以及第四電磁閥26的進口還與第一截止閥4出口以及經濟器5的製冷劑入口通過管路連通；所述製冷單機雙級壓縮機1中壓補氣進口還與經濟器5的回氣口連通。該中壓補氣系統能夠及時為壓縮機低壓工作中的油液補氣增壓，提高製冷系統工作的效率和穩定可靠性，當製冷單機雙級壓縮機1的油壓較低時，部分油氣不再經過第二換熱器12，而是直接通過第一截止閥4出口以及經濟器5返回壓縮機，通過第四膨脹閥24、第五電磁閥25、第四電磁閥26和第三膨脹閥27控制流量，使得製冷單機雙級壓縮機1工作在合適的油壓狀態下，能夠顯著提高系統工作的效率和安全性；在實施時，中壓補氣系統中的電磁閥和膨脹閥均與控制系統控制連接。
為了能夠實時監控系統管路油液工作狀況，本發明還設置了各種壓力以及溫度監測模塊，所述製冷單機雙級壓縮機1的製冷劑出口和入口之間通過管路連通，該管路上設有壓力開關15和壓力表14；第一換熱器3上設有壓力傳感器28，所述第二換熱器12上設有溫度傳感器22；所述油冷卻器19與第一換熱器3通過換熱管路連通，且該換熱管路上還設有溫度傳感器22；這樣能夠通過壓力表14監測製冷單機雙級壓縮機1製冷劑出口和入口之間的壓力差，並通過壓力開關15實時調節，而溫度傳感器22則能夠實時監測換熱器工作的狀況。
為了更好地實現自動化控制，本發明還對控制系統進行了設計，它包括CPU處理中心、採集單元、輸入單元、通訊單元、驅動單元、輸出單元、低壓電源；所述輸入單元是將採集單元採集相應的信息輸入到CPU處理中心單元的模塊；CPU處理中心是對輸入信號進行診斷，然後發出指令，驅動單元受CPU處理中心控制，輸出單元用於發出控制信號；低壓電源向智能控制器的低壓原件供電的，它包括整流電路和穩壓電路；所述採集單元通過通訊單元與CPU處理中心數據連結，該採集單元包括溫度傳感器22、壓力傳感器28、流量採集模塊以及模擬量採集模塊，它用於外部信息的採集，用以判斷機組是否可以開啟以及開啟的模式；所述驅動單元連接在CPU處理中心和電動件之間，其中，電動件包括製冷單機雙級壓縮機1、泵以及管路上的開關和閥門器件，驅動單元包括磁力接觸器、繼電器以及熱保護器，如圖3所示。該控制系統能夠實現製冷系統、壓縮機回油系統和中壓補氣系統的集成化和智能化控制，使得各個系統協調配合，不僅節能高效，也更加自動化、智能化。
本發明基於上述螺杆式超低溫單機雙級機組系統，還記載了一種智能高效的控制方法，該控制方法包括如下步驟，如圖2所示：
(1)控制系統上電開機，檢測輸入單元、輸出單元和通訊單元是否正常；檢測一切正常，CPU處理中心調用子程序，將程序運行檢測；
採集單元工作，將採集到的溫度、壓力和流量信號經過輸入單元和通訊單元傳輸給CPU處理中心，CPU處理中心根據輸入信號數據判斷機組是否能正常開啟；若異常，則CPU處理中心發出報警信號，並在控制屏幕上顯示報警信息或故障信息；若所有數據正常，則控制程序處於待命狀態，等待啟動命令；
(2)啟動機組製冷時，CPU處理中心發出啟動製冷模式，由輸出單元將啟動信號輸出給驅動單元，驅動單元則根據信號啟動製冷系統的壓縮機、相應閥門、泵以及其它電動件；當驅動單元正常驅動時，則採集單元開始循環採集，將相應採集信息輸入到CPU處理中心；CPU處理中心根據輸入採集數據，判斷壓縮機是否啟動；採集單元循環採集，將採集數據輸入CPU處理中心，CPU處理中心根據輸入數據，對壓縮機進行加卸載輸出，由驅動單元執行；當溫度採集單元採集到冷水進出水溫過高時，CPU處理中心則壓縮機卸載運行，由驅動單元執行；
(3)當使用條件達到機組全載運行條件時，CPU處理中心發出壓縮機全載運行信號，驅動單元啟動製冷壓縮機全載運行；採集單元循環採集，將採集數據輸入CPU處理中心，CPU處理中心根據輸入數據，對壓縮機進行加載輸出，由驅動單元執行；
(4)當壓縮機油溫過高時，CPU處理中心啟動壓縮機回油系統中的閥門以及開關，由壓縮機回油系統中的油冷卻器對油液進行降溫；採集單元循環採集，將採集數據輸入CPU處理中心，CPU處理中心根據輸入數據進行判斷，當油溫達到合理區間時，則CPU發出壓縮機回油系統停止工作信號，由驅動單元執行；
(5)當中壓補氣時，CPU處理中心發出信號，驅動單元控制啟動中壓補氣系統中的閥門以及開關，同時採集單元開始循環採集，將相應採集信息輸入到CPU處理中心；當油壓達到合理區間時，則CPU發出中壓補氣系統停止工作信號，由驅動單元執行；
在上述步驟中，對於上述CPU處理中心通過驅動單元控制壓縮機工作的過程與原理，對於本領域技術人員來說，結合附圖1完全可以實施整個過程，下面詳細闡述步驟(4)中油溫過高以及步驟(5)中中壓補氣的控制過程，當中壓補氣時，採集單元將油壓信號傳遞給CPU處理中心，CPU處理中心根據該信號作出判斷，並通過驅動單元控制開啟第四電磁閥26、第三膨脹閥27以及第五電磁閥25和第四膨脹閥24，此時油液通過第一截止閥4、第四電磁閥26和第三膨脹閥27亦或通過第一截止閥4、經濟器5、第四膨脹閥24、五電磁閥25、第四電磁閥26和第三膨脹閥27返回壓縮機，通過控制閥門的開合控制流量，控制油氣返回的量，從而快速調節油液工作壓力，達到最佳安全的工作狀態。當油溫過高時，採集單元將油溫過高信號傳遞給CPU處理中心，CPU處理中心根據該信號作出判斷，並通過驅動單元控制開啟第二截止閥16、第一油過濾器17、油冷卻器19和第二油過濾器20，油液經過油分離器2後被油冷卻器19冷凝後返回到製冷單機雙級壓縮機1中，從而降低了製冷單機雙級壓縮機1工作的油液溫度，同時驅動單元可通過第三電磁閥18、油流量開關21以及第二截止閥16控制油液流量和路徑，從而快速調節油溫區間，使其符合製冷單機雙級壓縮機1工作的最佳工作溫度。
本發明很好地了普通低溫機組出水溫度過高的問題，相對於普通機組只能做到-35℃的低溫出水，本發明機組實際使用時最低可以做到-60℃出水，同時機組能溫度運行，能效比高，又克服了氨機製冷的不安全因素；既能滿足工業用低溫及超低溫冷水機組的冷凍功能，又能民用的低溫速凍需求，機組運行平穩，能效比高，節能環保，完全智能化控制，可實現無人看守，自動運行，自動故障報警等集成化控制。
相對於傳統機組，本發明採用單機雙級壓縮技術，壓縮效率高，冷水機組在製冷時的能效比普通機組高30％以上；機組採用採用系統優化集成控制，能更好的發揮出機組的性能，提高機組的運行效率；機組採用智能化控制，控制穩定性高，自動化程度高，可實現無人值守，有效降低使用人工成本；系統帶有經濟節能器運行，可以有效節約運行成本，經濟效益明顯；採用智能化控制，控制效率高，節約人工成本；智能化控制，能自動選擇運行模式，保證機組始終在節能的模式下運行；控制可靠，運行穩定。