制冷装置自动化思考题

制冷装置自动化思考题1.画出闭环控制回路方框图，并简要说明每个部件的作用。

答：闭环控制回路方框图如下：受控参数是工艺过程中的某个需要加以控制的工艺参数，发信器检测受控参数的变化并与给定值相比较，向控制器输入偏差信号。

控制器根据偏差信号，按照一定的控制规律运算，给出控制操作指令传递到执行器，执行器按控制器的指令完成调节动作。

受控过程受到调节作用而影响受控参数。

2.概括比例调节/积分调节及微分调节的作用。

答：比例调节器是一种按比例调节规律变化的调节器，即调节器的输出信号与它的输入信号成比例。

比例调节系统是不可能没有偏差的系统，调节过程最终存在静态偏差。

比例调节器的比例带δ越大，调节器放大倍数越小，灵敏度越低，调节过程越容易稳定，但比例带大，调节过程的静态偏差大；反之，比例带δ越小，调节器放大倍数越大，而灵敏度越高，调节过程的静态偏差越小，但调节过程往往容易不稳定。

积分调节器的调节规律是输出的变化速率与输入成正比，积分调节器可以消除静态偏差，但是易使调节过程出现过调现象，从而引起被调量振荡。

微分调节器的输出信号和输入信号变化速率成正比。

微分调节器根据偏差的变化速度进行调节，故它的动作快于比例调节器，且比积分调节器动作更快。

这种超前和加强的调节作用，使被调参数的动态偏差大为减小。

3.列举反应控制品质的指标，并根据飞升曲线列举描述受控对象响应的特性参数及其意义。

答：反应控制品质的指标：衰减比M M n '=，它是反映控制响应稳定性的指标，它等于过渡响应的衰减振荡曲线上，第一个第一个波峰与第二个波峰之比，用n 判断振荡是否衰减和衰减程度：n>1时，系统稳定；n=1等幅振荡；n<1增幅振荡；静态偏差C 过渡过程终了时，受控参数稳定在给定值附近，稳定值与给定值之差叫做静态偏差。

0=C 时，为无静差，0≠C 时为有静差，生产工艺要求静差限制在一个允许的范围内；超调量M 过渡过程中，受控参数相对于新稳态值的最大波动量；最大偏差A=M+C 它是受控参数相对于给定值的最大偏差。

若A 过大，且偏离时间过长，系统离开指定的工艺状态越远，调节品质越差；振荡周期p T 和振荡频率pT f 1=相邻两个波峰所经历的时间为振荡周期。

其倒数为振荡频率；调节过程时间s t 它指控制系统受到干扰作用后，从受控参数开始波动至达到新稳态值所经历的时间间隔。

s t 小，表示控制过程进行的快，系统能够较迅速地抵抗干扰恢复到稳态，即使干扰频繁，系统也能够适应，因而调节质量好。

4.画出制冷剂在毛细管内绝热膨胀过程的P-T-L 曲线，说明制冷剂的状态变化，并说明介绍影响毛细管流通能力的主要因素。

答：绝热膨胀过程的P-T-L 曲线如下（图中实线所示）：设毛细管入口处制冷剂为过冷液体态（1p ，1t ），则流态将出现纯液相流动和汽液两相流动两个阶段。

纯液体从入口截面A 进入毛细管，由于液态流动阻力较小，制冷剂压力呈较平缓的线性下降，当压力降到与1t 对应的饱和压力值（图中B 点），制冷剂状态逐渐由过冷液体变为饱和液体，这个阶段为纯液相流动。

此后的流动过程随着压力下降，液体中出现闪蒸气体，转变为汽液两相流动。

影响毛细管流通能力的主要因素：制冷剂进口状态（冷凝压力，过冷度），尺寸，通流截面。

5.画图说明内平衡式热力膨胀阀的工作原理。

答：感温包装在蒸发器出口处，感应蒸发器出口温度1t 。

温包内充注一定的感温介质，温包内的压力1p 随其感应的温度1t 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2p 和弹簧力3p ，这两个力力图使阀关闭。

膜片上的力的平衡条件为321p p p +=，若忽略节流后至蒸发器出口这段流动过程的阻力损失，有)(002t p p = 于是有30011)()(p t p t p += 从图c 可以看到，只要开阀压力线1p 处于关阀压力线)(32p p +的下方，要使阀打开或者维持在某一开度下平衡，1t 就必须大于0t ，即蒸发器出口处必须有一定的过热度)(01t t t -=∆，才能使阀开启。

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 ∆减少时，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大体上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。

6.阐述内/外平衡式热力膨胀阀在结构和控制信号上的区别，并说明外平衡式热力膨胀阀选用的依据。

答：外平衡式热力膨胀阀在膜片下部分隔出了一个平衡压力腔，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即蒸发压力直接引入平衡压力腔中，作用于膜片下部。

选用的依据：若阻力降较小，对过热度的影响不大，采用内平衡式就可以满足要求。

通常将引起的附加过热度控制在1~2℃，若超过此控制值，必须采用外平衡式热力膨胀阀。

低温下微小的压力变化也会引起饱和温度的明显改变，所以低温装置中采用外平衡式热力膨胀阀。

蒸发器用分液器多路供液的场合，分液器上压降较大，也采用外平衡式热力膨胀阀。

7.画出并说明热力膨胀阀与蒸发器组合控制稳定性的MSS 曲线。

答：在负荷-过热度坐标平面上，最小稳定信号线是蒸发器与膨胀阀组合控制的稳定界限。

MSS 线将平面分为不稳定区和稳定区。

膨胀阀若控制在MSS 线的条件下回气，就既能保证不带液，又能充分利用蒸发器面积。

若膨胀阀控制的过热度MSS t >∆，则阀的动作稳定，回气不带液，但蒸发器的面积利用率下降；若MSS t <∆，则阀的动作失稳，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。

8.阐述热力式液位调节阀的工作原理，说明其适用的蒸发器的型式。

答：热力式液位调节阀的主体部分与热力膨胀阀一样，不同处在于它的感温包内装有电加热器。

装置工作时电加热器处于通电状态，对温包施加过热负荷。

温包安放在要控制的液位处。

当液面低于控制值时，因加热作用，温包温度比容器内的饱和液体温度高，使阀打开。

当液位上升浸没温包时，由于温包中的热量得以通过制冷剂液体散失，包内压力降低，使阀节流或完全关闭。

适用的蒸发器的型式：满液式蒸发器，中间冷却器，气液分离器。

9.比较吸气压力调节和蒸发压力调节在安装位置/控制信号等异同点，并说明组合式蒸发压力调节阀中导阀与主阀的作用。

答：安装位置：对蒸发压力调节阀而言，在安装位置上，阀安装在蒸发器的出口处。

其控制信号为系统中的蒸发压力p，即阀前制冷剂压力。

而吸气压力调节阀则安装在吸气管上，它受阀后压力，即p控制。

它们都是比例型调节器。

s导阀起接受和引导信号，控制主阀动作的作用，是控制阀；主阀则是放大执行机构，是调节阀。

在蒸发压力调节阀中，导阀将蒸发压力引入主阀，控制主阀产生相应动作。

10.画图说明从制冷剂侧与空气侧调节风冷式冷凝器冷凝压力的方法。

答：从空气侧调节方法：冷凝器风扇电机变转速；冷凝器进风口或出风口上安装阻风阀；冷凝器配备多台风扇的场合，还可以改变风扇运行台数。

从制冷剂侧调节方法：通过使冷凝器内部制冷剂部分积液，占据一部分有效传热面积，降低排热能力，以维持冷凝压力在较高水准。

11.列举并说明蒸发式冷凝器调节冷凝压力的方法。

答：12.阐述压缩机能量调节的目的，列举并简要说明每种方法的调节原理。

答：压缩机能量调节是指改变压缩机的产冷能力，使之与装置负荷变化相适应的一类调节。

单有供液量调节，压缩机容量固定时，吸气压力随流量的变化而改变。

负荷过低时，吸气压力过低，不仅运行经济性差，甚至导致频繁停车，使装置发生故障。

因此，负荷变化大的装置有必要从压缩机产冷能力入手加以调节，使既降低制冷量，又保证吸气压力在正常范围内。

调节方法：（1）吸气节流：在压缩机吸气管上安装蒸发压力调节阀，使来自蒸发器的气体节流后进入压缩机。

负荷越低，节流作用越强，增大吸气比体积，减小压缩机能力，从而维持蒸发压力一定。

循环原理如下图所示：（2）压缩机启/停控制：用低压控制器或者库房温控器直接控制压缩机启/停，在小型机组中广泛采用。

适用于负荷变化不太剧烈的装置，需要仔细注意装置负荷与压缩机容量的正确匹配。

（3）有级能量调节-----压缩机气缸卸载及运行台数控制a 用压力控制器进行的能量调节：在大型工业制冷装置中，按照组成机群的压缩机台数和每台压缩机的容量，将能量划分成若干个等级。

第一能级（最低能级）为基本能级，受库房温度控制启动/停。

以后各能级所对应的压缩机的启/停分别用吸气压力（或者蒸发温度）控制。

将s p （或0t ）分成若干个设定值与各能级一一对应。

按照运行中吸气压力（或者蒸发温度）的变化，自动地启/停压缩机，使机群的能量自动增/减到指定的能级上。

b 油压比例调节器所进行的压缩机气缸卸载能量调节：卸载机械能够将气缸的吸气阀顶开，使机器运行过程中卸载缸不起压缩作用，是一种较经济的调节方法。

c 用程序控制器进行的压缩机能量调节：用有专用的程序能量调节控制器，在由具有气缸卸载机构的多台压缩机所组成的压缩机群中，将压缩机运行台数和气缸卸载结合起来，使整个装置可以划分成更多能级，这样，能量调节追随负荷变化的契合性更好，以达到接近连续调节的效果。

（4）热气旁通能量调节：在负荷下降使吸气压力降低时，将压缩机排出的高压热气旁通一部分到低压侧，用于补偿因负荷下降而减少的蒸发器回气量，保持压缩机连续运行所必须的最低吸气压力。

它能使压缩机的能力与蒸发器的实际负荷相适应，在蒸发器负荷下降时，来自高压侧的热气为其提供一个虚负荷。

（5）压缩机变转速能量调节：最适宜的方法是采用变频调速，用变频器改变压缩机电机电源的频率。

（6）附加余隙容积。

13.阐述热气旁通能量调节的原理，画图比较几种热气旁通能的常用布置形式。

答：热气旁通能量调节：在负荷下降使吸气压力降低时，将压缩机排出的高压热气旁通一部分到低压侧，用于补偿因负荷下降而减少的蒸发器回气量，保持压缩机连续运行所必须的最低吸气压力。

它能使压缩机的能力与蒸发器的实际负荷相适应，在蒸发器负荷下降时，来自高压侧的热气为其提供一个虚负荷。

14.说明压缩机高低压保护、排气温度保护、油温保护的目的。

答：制冷系统工作时，压缩机吸气压力过低，或者排气压力过高都会危及系统安全运行。

制冷系统高压侧压力过高，超过机器设备的承压能力时，将造成人、机事故。

而吸气压力过低时，系统运行经济性变差，系统循环的压比增大，排气温度上升，效率下降，压缩机工作条件恶化；蒸发温度过低还会不必要地使被冷却对象的温度过分降低，反而造成冷加工品质下降，甚至不能接受。

低压侧负压严重时，加剧空气、水分向系统的渗人。

水分会造成膨胀阀冰堵；空气又使排气温度和排气压力提高，压缩机工作异常。

为此，必须设高、低压保护，以防止压缩机排气压力过高或吸气压力过低。