一種活塞壓縮機中間噴射準兩級壓縮製冷系統的製作方法
2023-04-29 18:46:31
本實用新型屬於製冷與低溫技術領域，涉及一種準兩級壓縮製冷系統，特別是一種活塞壓縮機中間噴射準兩級壓縮製冷系統。
背景技術：
製冷設備如冷水機、真空冷凍乾燥機、冰箱、冷櫃、空調和低溫恆溫槽等領域在當代社會中的作用越來越重要，廣泛應用於各個場合，其核心結構製冷系統包括製冷劑和四大機件，即壓縮機、冷凝器、膨脹閥和蒸發器。近年來，隨著製冷行業的不斷發展，壓縮機技術也不斷提升，活塞式壓縮機小於16HP區間的產品被工作範圍逐漸擴充的渦旋壓縮機擠壓；低溫應用中，大於40HP區間的產品被小型螺杆式壓縮機擠壓。雖然高、低溫市場被其它機型佔領，但16HP-40HP範圍內的活塞式壓縮機仍有較高的性價比，活塞式壓縮機在技術上已經很成熟,生產使用上積累了豐富的經驗,活塞式壓縮機迄今還是應用最廣泛的一種機型，雖然它的市場份額已被其他形式的壓縮機佔去一部分，但是在中小型製冷範圍內,活塞式壓縮機還會繼續擴展其佔有的市場，成為制冷機中應用最廣、生產批量最大的一種機型。現有技術中，為提高製冷系統的壓縮比，多數製冷設備採用兩級壓縮製冷系統，效能相對較好，但是系統複雜，維修麻煩，造價較高。相比兩級壓縮製冷系統來說，準兩級壓縮循環具有以下優點：系統大大簡化，其中各種壓縮機補氣的準二級壓縮循環適應了工作環境的變化，使壓縮機在偏離設計工況時的效率下降、供熱(製冷)量不足的狀況得到明顯改善；只需對原有機組進行簡單改造，改造後性能穩定，易於實現系統的製冷量與製冷係數得到提高；準兩級壓縮循環系統的採用擴大了壓縮機的使用範圍，改善壓縮機在低溫工況和高溫工況下的性能；同時只用一臺壓縮機，機構簡單，維修方便，具有很高的經濟性,能夠作為一種技術上可行、實現較容易的技術方案應該更好地推廣應用。在現有技術中，申請號為201010104818.X的專利公開了一種噴射器節流補氣系統以及熱泵或製冷系統補氣方法，本方法採用準兩級壓縮補氣系統，通過補氣系統來提高壓縮效率，但是該實用新型仍然採用高壓壓縮機和低壓壓縮機的雙壓縮機結構，主體結構複雜，系統造價高，同時補氣系統不易控制，性能較差。因此，涉及製備一種活塞壓縮機中間噴射準兩級壓縮製冷系統，該製冷系統只採用一臺壓縮機，主體結構簡單，壓縮效率高，製冷效果好。
技術實現要素：
本實用新型的目的在於克服現有技術存在的缺點，尋求設計一種活塞壓縮機中間噴射準兩級壓縮製冷系統，在單級壓縮製冷循環的基礎上進行改造，採用中間噴射的方法，降低壓縮機排氣溫度，提高壓縮比，大大提高系統的能效比，達到了準兩級製冷壓縮循環的效果，同時系統安全性好，不易出現事故，克服了多級壓縮多級冷卻系統的缺陷，同時能耗也相應的降低。
為了實現上述目的，本實用新型涉及的活塞壓縮機中間噴射準兩級壓縮製冷系統的主體結構包括：活塞式壓縮機、冷凝器、膨脹節流裝置、蒸發器、脈衝變頻電磁閥、毛細管、噴嘴、曲軸、曲軸位置傳感器和PLC控制器；所述活塞式壓縮機主體結構包括進氣閥門、排氣閥門、活塞、進氣室、排氣室和壓縮氣缸；活塞式壓縮機排氣室端與冷凝器進口端連接，冷凝器為風冷式冷凝器，冷凝器出口端第一支路連接有膨脹節流裝置，膨脹節流裝置出口端與蒸發器進口端連接，蒸發器出口端與活塞式壓縮機的進氣室相連接，進氣室右側置有排氣室，進氣室和排氣室下端置有壓縮氣缸，進氣室與壓縮氣缸之間置有進氣閥門，排氣室與壓縮氣缸之間置有排氣閥門；冷凝器出口端第二支路連接脈衝變頻電磁閥入口端，脈衝變頻電磁閥出口端與毛細管進口端連接，毛細管長度為3-5cm，毛細管出口端通過噴嘴與壓縮氣缸連接，噴嘴位於壓縮氣缸側面外壁中間處，噴嘴通過攻絲的方式與壓縮氣缸連接，噴嘴為喇叭狀開口，噴嘴與壓縮氣缸連通的噴射通道直徑為3-5mm；壓縮氣缸下端置有活塞，活塞下端與曲軸固定連接，用以帶動活塞運動，曲軸上置有曲軸位置傳感器，曲軸位置傳感器採用線光電編碼器，曲軸旋轉一周該傳感器可輸出720個脈衝信號，即0.5°為一個脈衝信號，脈衝信號用以作為噴射定時和噴射持續時間的度量；PLC控制器分別與脈衝變頻電磁閥和曲軸位置傳感器電連接，PLC控制器通過接收曲軸位置傳感器傳來的位置信號，控制脈衝變頻電磁閥的開啟時間，脈衝變頻電磁閥收到PLC控制器的信號後在0.5ms內做出響應，控制製冷劑噴射量，噴射量佔整個製冷系統循環製冷劑的5％-10％。
所述曲軸位置傳感器採用市售的720線的光電編碼器，能夠高精度測量被測物的轉角或直接位移量，720線光電編碼器包括光柵盤和光電檢測裝置；光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔，由於光柵盤與電動機同軸，電動機旋轉時，光柵盤與電動機同速旋轉，經發光二極體等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出脈衝信號，通過計算每秒光電編碼器輸出脈衝的個數就能反映當前電動機的轉速。曲軸旋轉一周該傳感器可輸出720個脈衝信號，即0.5°為一個脈衝信號，該信號作為噴射定時和噴射持續時間的度量。
本實用新型在使用時，從壓縮機中流出的高溫高壓的製冷劑蒸氣經過冷凝器之後，變成飽和製冷劑液體，這時製冷劑液體分成兩路，其中第一支路製冷劑流經膨脹節流裝置後節流，變成低溫低壓製冷劑液體，進入蒸發器，製冷劑在低壓下蒸發氣化，之後進入壓縮機中形成單級蒸氣壓縮製冷循環；第二支路製冷劑液體流經脈衝變頻電磁閥，PLC控制器接收曲軸位置傳感器傳輸的開啟信號，脈衝變頻電磁閥打開，冷凝器出口的5％-10％高壓製冷劑進入管道中，經毛細管節流降壓後，通過噴嘴噴射到壓縮機氣缸中；當活塞壓縮到噴嘴處時，PLC控制器接收傳感器傳輸的關閉信號，脈衝變頻電磁閥關閉，冷凝器出口的高壓製冷劑不再進入噴射管道，完成噴射循環過程；第一支路與第二支路輸送的製冷劑在壓縮氣缸中混合，由活塞式壓縮機進行二次壓縮，實現了準兩級壓縮製冷系統的過程。
本實用新型與現有技術相比對單級壓縮製冷系統進行簡單改造，改造後性能穩定，大大提高了系統的性能係數，達到了準兩級壓縮系統的製冷效果；採用活塞式壓縮機，擴大了活塞式壓縮機的使用範圍，改善壓縮機在低溫工況和高溫工況下的性能；該系統中曲軸傳感器精度高，脈衝變頻電磁閥調節靈敏、響應時間短，PLC控制器能夠精確控制噴射時間及噴射量，同時在中間壓力處進行噴射，氣缸中製冷劑混合後達到合適的壓力，在壓縮機中進行二次壓縮，實現了準兩級壓縮製冷系統的過程，而該系統只用了一臺往復活塞式壓縮機，系統結構簡單，維修方便，性能係數高，具有很好的經濟性及實用性，便於系統的推廣應用；其主體結構簡單，安裝使用方便，安全性好，具有良好的市場應用前景，應用環境友好。
附圖說明
圖1為本實用新型涉及的活塞壓縮機中間噴射準兩級壓縮製冷系統的結構原理示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖並通過實施例對本實用新型作進一步詳細說明。
實施例1：
本實施例涉及的活塞壓縮機中間噴射準兩級壓縮製冷系統的主體結構包括：活塞式壓縮機1、冷凝器2、膨脹節流裝置3、蒸發器4、脈衝變頻電磁閥5、毛細管6、噴嘴7、曲軸8、曲軸位置傳感器9和PLC控制器10；所述活塞式壓縮機1主體結構包括進氣閥門11、排氣閥門12、活塞13、進氣室14、排氣室15和壓縮氣缸16；活塞式壓縮機1排氣室15端與冷凝器2進口端連接，冷凝器2為風冷式冷凝器，冷凝器2出口端第一支路連接有膨脹節流裝置3，膨脹節流裝置3出口端與蒸發器4進口端連接，蒸發器4出口端與活塞式壓縮機1的進氣室14相連接，進氣室14右側置有排氣室15，進氣室14和排氣室15下端置有壓縮氣缸16，進氣室14與壓縮氣缸16之間置有進氣閥門11，排氣室15與壓縮氣缸16之間置有排氣閥門12；冷凝器2出口端第二支路連接脈衝變頻電磁閥5入口端，脈衝變頻電磁閥5出口端與毛細管6進口端連接，毛細管6長度為3-5cm，毛細管出口端通過噴嘴7與壓縮氣缸16連接，噴嘴7位於壓縮氣缸16側面外壁中間處，噴嘴7通過攻絲的方式與壓縮氣缸16連接，噴嘴7為喇叭狀開口，噴嘴7與壓縮氣缸16連通的噴射通道直徑為3-5mm；壓縮氣缸16下端置有活塞13，活塞13下端與曲軸8固定連接，用以帶動活塞13運動，曲軸8上置有曲軸位置傳感器9，曲軸位置傳感器9採用720線光電編碼器，曲軸旋轉一周該傳感器可輸出720個脈衝信號，即0.5°為一個脈衝信號，脈衝信號用以作為噴射定時和噴射持續時間的度量；PLC控制器10分別與脈衝變頻電磁閥5和曲軸位置傳感器9電連接，PLC控制器10通過接收曲軸位置傳感器9傳來的位置信號，控制脈衝變頻電磁閥5的開啟時間，脈衝變頻電磁閥5收到PLC控制器10的信號後在0.5ms內做出響應，控制製冷劑噴射量，噴射量佔整個製冷系統循環製冷劑的5％-10％。
所述曲軸位置傳感器採用市售的720線的光電編碼器，能夠高精度測量被測物的轉角或直接位移量，720線光電編碼器包括光柵盤和光電檢測裝置；光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個長方形孔，由於光柵盤與電動機同軸，電動機旋轉時，光柵盤與電動機同速旋轉，經發光二極體等電子元件組成的檢測裝置檢測輸出脈衝信號，通過計算每秒光電編碼器輸出脈衝的個數就能反映當前電動機的轉速。曲軸旋轉一周該傳感器可輸出720個脈衝信號，即0.5°為一個脈衝信號，該信號作為噴射定時和噴射持續時間的度量。
實施例2：
本實施例在使用時，從壓縮機1中流出的高溫高壓的製冷劑蒸氣經過冷凝器2之後，變成飽和製冷劑液體，這時製冷劑液體分成兩路，其中第一支路製冷劑流經膨脹節流裝置3後節流，變成低溫低壓製冷劑液體，進入蒸發器4，製冷劑在低壓下蒸發氣化，之後進入壓縮機1中形成單級蒸氣壓縮製冷循環；第二支路製冷劑液體流經脈衝變頻電磁閥5，PLC控制器10接收曲軸位置傳感器9傳輸的開啟信號，脈衝變頻電磁閥5打開，冷凝器2出口的5％-10％高壓製冷劑進入管道中，經毛細管6節流降壓後，通過噴嘴7噴射到壓縮機氣缸16中；當活塞13壓縮到噴嘴7處時，PLC控制器10接收傳感器傳輸的關閉信號，脈衝變頻電磁閥5關閉，冷凝器2出口的高壓製冷劑不再進入噴射管道，完成噴射循環過程；第一支路與第二支路輸送的製冷劑在壓縮氣缸16中混合，由活塞式壓縮機1進行二次壓縮，實現了準兩級壓縮製冷系統的過程。