螺杆制冷压缩机能量调节机构工作原理及自动化改造

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《螺杆制冷压缩机能量调节机构的工作原理及自动化改造》[图]

提要：压缩机的能量调节分别通过手动四通阀和三位四通电磁阀来控制，但也暴露出一些不足，如压缩机在运行中出现输气量不稳定的问题（即滑阀位置不稳定）。为此需要操作人员经常去调节。随着机电一体化技术的发展，和对国外先进冰机使用体会的加深，对该螺杆制冷压缩机的能量调节机构进行了自动化改造。利用PLC对螺杆制冷压缩机进行自动化改造，不但避免了干扰引起的系统波动；同时，也使压缩机可以随用户对制冷量的需求变化而自动调节能量滑阀。
陈 刚 沈乃璋 摘要 介绍了螺杆制冷压缩机能量调节机构的工作原理，对在用压缩机上存在的能量滑阀位置不稳定的问题进行了分析，找出原因。针对问题提出利用R刃进行自动化改造的思路，并付之实施。
衢化氟化学有限公司购进的螺杆制冷冰机，其螺杆压缩机的能量调节分别通过手动四通阀和三位四通电磁阀来控制。几年来在运行过程中，由于维护保养较好，冰机基本满足了生产的需要。但也暴露出一些不足，如压缩机在运行中出现输气量不稳定的问题（即滑阀位置不稳定）。为此需要操作人员经常去调节。随着机电一体化技术的发展，和对国外先进冰机使用体会的加深，对该螺杆制冷压缩机的能量调节机构进行了自动化改造。
一、能量调节系统简介
螺杆制冷压缩机为容积式压缩机，采用滑阀调节能量，即在两个转子高压侧，装有一个能够相对于螺杆轴向移动的滑阀，通过改变螺杆的有效轴向工作长度，使能量在100%和10%之间连续无级调节。
图1为滑阀的移动与能量调节的原理图。


图1a示出全负荷时滑阀的位置，吸入的气体经转子压缩后，从排气口全部排出，其能量为100%；图1c示出部分负荷时滑阀的位置，吸入的气体部分未被压缩，从旁通口返回到压缩机的吸入端。图1b的实线和虚线分别对应上述两种工况。



公司目前在用的有两种能量调节系统，即手动四通阀能量调节系统（图2）和三位四通电磁阀能量调节系统（图3）。这两种调节系统，都是由操作人员根据生产实际需要，手动操作四通阀或开关三位四通电磁阀，通过调节活塞的移动来实现螺杆压缩机能量滑阀的“加载、减载、停止”三种状态，以达到控制吸入压力的目的。图示为滑阀正在“加载”。
二、存在问题及原因分析
在冰机使用过程中，滑阀位置不稳定的现象较为普遍。特别是螺杆制冷压缩机经检修后，运行了一段时间，这种现象尤为突出。当滑阀停留在一个非全负荷的位置时，

就会缓慢向加载方向移动，对螺杆压缩机不断进行加载，直至全负荷，使压缩机输气量增大，导致受控的“吸气压力”这一指标产生漂移。这时需操作人员经常加以调节，以防吸入压力严重偏离指标。由于这种调节都是滞后的，就不可避免地影响了生产的稳定。
通过分析和解体检查，找到了导致这一现象的主要原因。采自中国资产管理网。螺杆制冷压缩机在运行时，有一个朝滑阀加载方向的排气压力作用在滑阀上，促使其进行加载运动，而驱动滑阀的液压活塞与液压缸之间总存在泄漏（O形密封圈不可能起到完全密封的作用），所以就导致了滑阀朝加载方向移动。而且0形密封圈的泄漏量越大，滑阀位置不稳定的现象就越严重。
以往，处理办法是在一个运行周期之后，更换0形密封圈。这对滑阀位置不稳定的现象在短时间内会有所改善，但无法根本解决问题。
三、改造措施


从控制理论的角度来看，现有的能量调节机构是一个开环系统（如图4），系统中无反馈回路。即操作人员根据指令来调节滑阀位置，使螺杆制冷压缩机实现所需的吸入压力。这其中由于干扰的存在，会使吸入压力偏离原控制值。



经分析研究决定在该系统增加反馈回路，如图5所示，根据生产需要，给出一个吸入压力设定值，三位四通电磁阀上电工作，液压油进入液压缸，滑阀移动至所需的位置，使吸入压力实际值达到设定要求。如干扰导致吸入压力偏离设定值，则反馈值与设定值比较之后的结果会进一步控制滑阀位置，来提高系统的稳定性。
2002年10月利用冰机停车检修时间，实施了改造。由一只压力传感器、一台可编程控制器（PLC）及附件构成一闭环控制系统，使用梯形图编制控制程序。利用原有的三位四通电磁阀作为执行机构，去控制能量滑阀的移动。改造后的闭环控制回路由PLC来进行管理，该PLC还可根据需要同时管理其它一些被控对象，其控制原理如图6所示。


系统通过调试、使用，效果良好，达到了预期目的。为了确保冰机运行的稳定与可靠，应注意以下几点：
1．系统采用压力传感器的测量值作为反馈量，为了防止其零点漂移（即压力传感器无输入时，每隔一段时间进行测量，其输出偏离零值的变化相对于满量程输出的百分比）所导致的误动作，需要定期对压力传感器进行验零。
2．为避免电干扰，电控柜与PLC控制箱的互连线应采用屏蔽电缆。
3．为避免控制电压不稳定所带来的问题，要注意PLC电源模板的可靠性。
利用PLC对螺杆制冷压缩机进行自动化改造，不但避免了干扰引起的系统波动

；同时，也使压缩机可以随用户对制冷量的需求变化而自动调节能量滑阀。既减少了操作人员的工作量，又保证了生产稳定，同时，还延长了螺杆制冷压缩机的检修周期。
参考文献
1 钟约先、林亨．机械系统计算机控制．清华大学出版社，2001年
2 吴宝志．螺杆式制冷压缩机．机械工业出版社，1995年
3 王馨、陈康宁．机械工程控制基础．西安交通大学出版社，1992年