一種制冷系統(tǒng)節(jié)流閥控制方式的構想與探討

步剛 王學軍

摘 要：本文對制冷系統(tǒng)中節(jié)流閥的兩種控制方法—壓縮機吸氣過熱度控制和壓縮機排氣過熱度控制進行了詳細的對比和分析，提出了一種更精確、更有效的控制方法，它對提高整個制冷系統(tǒng)的COP、降低系統(tǒng)能耗有著重要意義。

關鍵詞：節(jié)流閥；吸氣過熱度；排氣過熱度；濕壓縮

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.23.018

制冷系統(tǒng)作為企業(yè)的能耗大戶，要節(jié)能就必須使系統(tǒng)盡可能在最佳工況下工作，必然要求對系統(tǒng)中各個部件進行優(yōu)化設計和控制。作為制冷循環(huán)的四大部件之一，節(jié)流裝置在系統(tǒng)中起著非常關鍵的作用，通過優(yōu)化對節(jié)流閥的控制以及與制冷系統(tǒng)的匹配是整個制冷系統(tǒng)降低能耗的重要一環(huán)。本文將對節(jié)流閥的控制方式做以探討。

1 節(jié)流閥的工作原理及控制方法

節(jié)流的工作原理是制冷工質流過閥門時流動截面突然收縮，流體流速加快，壓力下降，使常溫高壓的制冷劑飽和液體變成低溫低壓的制冷劑液體并產(chǎn)生少許閃發(fā)氣體，進而實現(xiàn)向外界吸熱的目的。為了實現(xiàn)節(jié)流降壓，就必須合理的控制節(jié)流閥的開度。節(jié)流閥的控制參數(shù)如制冷系統(tǒng)低壓側有蒸發(fā)壓力、蒸發(fā)溫度、吸氣壓力、吸氣溫度；高壓側有冷凝壓力、冷凝溫度、排氣壓力、排氣溫度。經(jīng)過理論分析和經(jīng)驗總結，傳統(tǒng)的一般采用通過壓縮機的吸氣過熱度對節(jié)流閥進行控制。但目前又有另外一種觀點，通過壓縮機的排氣過熱度對節(jié)流閥進行控制。

1.1 通過壓縮機吸氣過熱度控制

吸氣過熱度是指壓縮機的吸氣溫度與吸氣壓力所對應的飽和氣體溫度的差值，它是反映蒸發(fā)器換熱效率的指標之一，通過對所設定過熱度的控制可以得到所需要的制冷工況。它的工作過程是節(jié)流閥通過感溫包感受蒸發(fā)器出口處制冷劑過熱度的變化來控制閥的開度，調(diào)節(jié)進入蒸發(fā)器的制冷劑流量，使其流量與蒸發(fā)器的熱負荷相匹配。當蒸發(fā)器熱負荷增加時閥開度也增大，制冷劑流量隨之增加；反之，制冷劑流量減少。這是目前應用最普遍，技術比較成熟的傳統(tǒng)控制方法。

1.2 通過壓縮機排氣過熱度控制

排氣過熱度是指壓縮機的排氣溫度與排氣壓力所對應的飽和氣體溫度的差值。在滿足壓縮機不帶液和不失油的前提下，通過排氣過熱度的控制可以使機組始終適應外界環(huán)境和負荷使用的變化，保證機組的可靠性和性能最優(yōu)。目前這種控制方式還有很大的爭議，還處于探索討論階段。

2 兩種控制方式的綜合比較分析

制冷系統(tǒng)是一個完整的系統(tǒng)，機組運行時四大件要進行協(xié)調(diào)。其中蒸發(fā)器和冷凝器受外界環(huán)境影響，當外界環(huán)境條件發(fā)生變化時，會造成蒸發(fā)器和冷凝器之間產(chǎn)生影響，這種互相影響就是耦合因數(shù)，所以對節(jié)流閥控制應同時考慮蒸發(fā)器和冷凝器受影響的參數(shù)。相應的就不能單純根據(jù)壓縮機吸氣過熱度來控制；如果引入排氣過熱度來控制節(jié)流閥，可同時反映外界條件對蒸發(fā)器和冷凝器產(chǎn)生的影響。因此吸氣過熱度對節(jié)流閥進行控制有很多優(yōu)點，但也有缺點和不足。如果將兩種控制方法有機的結合起來，控制更精確，控制節(jié)流閥更有效。

吸氣過熱度控制能夠直接反映蒸發(fā)器的制冷工況，這種方法簡單有效。但是最大缺陷只能根據(jù)蒸發(fā)器冷負荷的變化運行控制，對外界環(huán)境的變化反映不靈敏，對整個系統(tǒng)的控制不夠，所以它是一種不考慮耦合因素的簡單控制方法。

2.1 排氣過熱度控制優(yōu)點

（1）吸氣過熱度的帶寬小，如干式蒸發(fā)器中約10度，滿液式蒸發(fā)器中小于2度，經(jīng)過壓縮機的放大作用，排氣過熱度的帶寬大大增加，大大降低了溫度傳感器檢測精度的要求，減少調(diào)整量對閥門開度變化的影響，防止出現(xiàn)調(diào)節(jié)振蕩。（2）當吸氣管壓降比較大時，當風冷熱泵的除霜開始和結束時，會出現(xiàn)零或負的吸氣過熱度，可能會導致液壓縮失油。排氣過熱度可以完全避免這個問題。（3）由于吸氣過熱度只和蒸發(fā)器有關，以及溫度檢測的不及時性，極易出現(xiàn)節(jié)流閥的調(diào)節(jié)周期和壓縮機的加卸載周期的不同相或反相，常造成低壓報警、高排溫保護或低排溫保護。排氣過熱度控制反映了除節(jié)流閥外其余三大件的實際運行情況，可自然的實現(xiàn)和壓縮機加卸載方向的同步。（4）高排溫是壓縮機燒機的潛在隱患之一，低排溫保護是可能失油的預兆之一，對這兩點吸氣過熱度控制均無法控制。而排氣過熱度控制不但可以實現(xiàn)控制效率提高，而且對前述高排溫保護或低排溫保護進行趨勢預測，進而實施預防性控制。

2.2 排氣過熱度控制缺點

（1）排氣過熱度控制隨壓縮機的運行工況和室外環(huán)境溫度而變化，是個不確定值。需建立多參數(shù)目標優(yōu)選模型，控制實現(xiàn)難度相對較大。（2）潤滑油的泄漏，以及回油的情況都會對排氣過熱度有影響。（3）當在雙級或多級壓縮系統(tǒng)中，影響最終高壓壓縮機的排氣溫度的因素很多，通過排氣過熱度來控制節(jié)流閥使蒸發(fā)器穩(wěn)定在設定工況運行就難以實現(xiàn)。

3 一種新控制方式的構想

綜合以上分析，鑒于兩種方法各有優(yōu)勢，筆者認為可以將吸氣過熱度控制作為主控制，而將排氣過熱度控制作為輔助控制，將二者有機地聯(lián)合起來對節(jié)流閥進行控制。具體為：在實現(xiàn)吸氣過熱度控制目的的前提下（即合理的調(diào)節(jié)流量，保持蒸發(fā)器傳熱面積的充分利用，并防止吸氣帶液損壞壓縮機的事故發(fā)生），又充分的考慮了外界環(huán)境條件變化對冷凝溫度的影響，即反映在排氣溫度的變化，綜合考慮和控制影響系統(tǒng)的多個參數(shù)。初步構想是根據(jù)影響吸氣過熱度和排氣過熱度的多個參數(shù)進行檢測后，再根據(jù)模型計算出最優(yōu)的吸氣和排氣過熱度目標值，進而將二者擬合來控制節(jié)流閥，實現(xiàn)多參數(shù)輸入和單參數(shù)輸出控制。

4 結語

通過對節(jié)流閥兩種控制方式的對比分析，揭示了它們的優(yōu)點與不足。進而提出一種新的控制方式，期望這種控制方式能起到提高整個制冷系統(tǒng)COP， 降低系統(tǒng)能耗的作用，不過還需要進一步的理論分析和實驗驗證。

參考文獻：

[1]連之偉.熱質交換原理與設備[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001.

[2]康樂明，李力能，吳家正等.工程熱力學[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1999.

作者簡介：步剛（1985-），男，山東滕州人，碩士研究生，工程師，從事動力能源監(jiān)督管理工作。