本發(fā)明涉及制冷控制技術(shù)，尤其涉及一種螺桿式超低溫單機雙級機組系統(tǒng)以及控制方法。

背景技術(shù)：

隨著我國工業(yè)水平和生活水平不斷提高，在工業(yè)生產(chǎn)和食品加工制造中，對于低溫冷凍產(chǎn)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(wěn)定，制取低溫水的溫度范圍小，制冷能力也比較差，很難達到使用效果，而氨機制冷，則存在重大安全隱患，對工作環(huán)境和工作人員要求都比較高，而且維護保養(yǎng)也比較高。

因此，如何提高制冷機組工作的安全性可靠性，并進一步降低其出水溫度，提高其工作效率仍是本領(lǐng)技術(shù)人員不斷創(chuàng)新嘗試解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種螺桿式超低溫單機雙級機組系統(tǒng)以及控制方法，它具有安全可靠、控制方便和節(jié)能高效的特點。

本發(fā)明是這樣來實現(xiàn)的，一種螺桿式超低溫單機雙級機組系統(tǒng)，它包括制冷系統(tǒng)和壓縮機回油系統(tǒng)，其特征在于，它還包括為制冷系統(tǒng)中的壓縮機補氣的中壓補氣系統(tǒng)，以及分別與制冷系統(tǒng)、壓縮機回油系統(tǒng)和中壓補氣系統(tǒng)相連的控制控制系統(tǒng)。

所述制冷系統(tǒng)包括制冷單機雙級壓縮機以及沿著制冷單機雙級壓縮機制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(jīng)濟器、第二換熱器和氣液分離器；所述經(jīng)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并聯(lián)。

所述壓縮機回油系統(tǒng)包括沿油分離器出油口至制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；所述第一油冷卻器并聯(lián)第三電磁閥；第二油過濾器與制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(guān)、溫度傳感器和油視液鏡。

所述中壓補氣系統(tǒng)包括沿制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(jīng)濟器的制冷劑入口連通，且第四電磁閥和經(jīng)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(jīng)濟器的制冷劑入口通過管路連通；所述制冷單機雙級壓縮機中壓補氣進口還與經(jīng)濟器的回氣口連通。

所述制冷單機雙級壓縮機的制冷劑出口和入口之間通過管路連通，該管路上設(shè)有壓力開關(guān)和壓力表。

優(yōu)選的是：所述第一換熱器上設(shè)有壓力傳感器，所述第二換熱器上設(shè)有溫度傳感器。

優(yōu)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(shè)有溫度傳感器。

所述控制系統(tǒng)包括CPU處理中心、采集單元、輸入單元、通訊單元、驅(qū)動單元、輸出單元、低壓電源；所述采集單元通過通訊單元與CPU處理中心數(shù)據(jù)鏈接，該采集單元包括溫度傳感器、壓力傳感器、流量采集模塊以及模擬量采集模塊；所述驅(qū)動單元連接在CPU處理中心和電動件之間，其中，電動件包括制冷單機雙級壓縮機、泵以及管路上的開關(guān)和閥門器件，驅(qū)動單元包括磁力接觸器、繼電器以及熱保護器。

一種螺桿式超低溫單機雙級機組系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，它基于上述結(jié)構(gòu)的螺桿式超低溫單機雙級機組系統(tǒng)，該控制方法包括如下步驟：

(1)控制系統(tǒng)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(diào)用子程序，將程序運行檢測；

采集單元工作，將采集到的溫度、壓力和流量信號經(jīng)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(jù)輸入信號數(shù)據(jù)判斷機組是否能正常開啟；若異常，則CPU處理中心發(fā)出報警信號，并在控制屏幕上顯示報警信息或故障信息；若所有數(shù)據(jù)正常，則控制程序處于待命狀態(tài)，等待啟動命令；

(2)啟動機組制冷時，CPU處理中心發(fā)出啟動制冷模式，由輸出單元將啟動信號輸出給驅(qū)動單元，驅(qū)動單元則根據(jù)信號啟動制冷系統(tǒng)的壓縮機、相應(yīng)閥門、泵以及其它電動件；當(dāng)驅(qū)動單元正常驅(qū)動時，則采集單元開始循環(huán)采集，將相應(yīng)采集信息輸入到CPU處理中心；CPU處理中心根據(jù)輸入采集數(shù)據(jù)，判斷壓縮機是否啟動；采集單元循環(huán)采集，將采集數(shù)據(jù)輸入CPU處理中心，CPU處理中心根據(jù)輸入數(shù)據(jù)，對壓縮機進行加卸載輸出，由驅(qū)動單元執(zhí)行；當(dāng)溫度采集單元采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(qū)動單元執(zhí)行；

(3)當(dāng)使用條件達到機組全載運行條件時，CPU處理中心發(fā)出壓縮機全載運行信號，驅(qū)動單元啟動制冷壓縮機全載運行；采集單元循環(huán)采集，將采集數(shù)據(jù)輸入CPU處理中心，CPU處理中心根據(jù)輸入數(shù)據(jù)，對壓縮機進行加載輸出，由驅(qū)動單元執(zhí)行；

(4)當(dāng)壓縮機油溫過高時，CPU處理中心啟動壓縮機回油系統(tǒng)中的閥門以及開關(guān)，由壓縮機回油系統(tǒng)中的油冷卻器對油液進行降溫；采集單元循環(huán)采集，將采集數(shù)據(jù)輸入CPU處理中心，CPU處理中心根據(jù)輸入數(shù)據(jù)進行判斷，當(dāng)油溫達到合理區(qū)間時，則CPU發(fā)出壓縮機回油系統(tǒng)停止工作信號，由驅(qū)動單元執(zhí)行；

(5)當(dāng)中壓補氣時，CPU處理中心發(fā)出信號，驅(qū)動單元控制啟動中壓補氣系統(tǒng)中的閥門以及開關(guān)，同時采集單元開始循環(huán)采集，將相應(yīng)采集信息輸入到CPU處理中心；當(dāng)油壓達到合理區(qū)間時，則CPU發(fā)出中壓補氣系統(tǒng)停止工作信號，由驅(qū)動單元執(zhí)行。

本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明克服了現(xiàn)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(jié)能效果不明顯和氨機安全性差的問題；相對于傳統(tǒng)機組，本發(fā)明從機組結(jié)構(gòu)以及控制方法均進行了改進設(shè)計，使其能有效的提高機組在低溫出水的出水范圍，提高機組運行穩(wěn)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(jié)約能耗，降低經(jīng)濟成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明螺桿式超低溫單機雙級機組系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理圖。

圖2為本發(fā)明螺桿式超低溫單機雙級機組系統(tǒng)控制方法的流程圖。

圖3為本發(fā)明控制系統(tǒng)中驅(qū)動單元的實施結(jié)構(gòu)圖。

在圖中，1、制冷單機雙級壓縮機 2、油分離器 3、第一換熱器 4、第一截止閥 5、經(jīng)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(guān) 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(guān) 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(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步說明。

如圖1所示，本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，所述螺桿式超低溫單機雙級機組系統(tǒng)包括制冷系統(tǒng)和壓縮機回油系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)特點是它還包括為制冷系統(tǒng)中的壓縮機補氣的中壓補氣系統(tǒng)，以及分別與制冷系統(tǒng)、壓縮機回油系統(tǒng)和中壓補氣系統(tǒng)相連的控制控制系統(tǒng)。

本發(fā)明在具體實施時，其各個關(guān)鍵的組成部件是通過如下結(jié)構(gòu)方式實現(xiàn)的，所述制冷系統(tǒng)包括制冷單機雙級壓縮機1以及沿著制冷單機雙級壓縮機1制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(jīng)濟器5、第二換熱器12和氣液分離器13；所述經(jīng)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并聯(lián)；該制冷系統(tǒng)是從制冷單機雙級壓縮機1的出口至入口的制冷循環(huán)系統(tǒng)，制冷液依次經(jīng)過油分離器2、第一換熱器3、第一截止閥4、經(jīng)濟器5、第二換熱器12和氣液分離器13返回制冷單機雙級壓縮機1的入口，制冷系統(tǒng)的制冷液流量以及監(jiān)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，制冷系統(tǒng)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(tǒng)控制連接。

所述壓縮機回油系統(tǒng)包括沿油分離器2出油口至制冷單機雙級壓縮機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并聯(lián)第三電磁閥18；第二油過濾器20與制冷單機雙級壓縮機1進油口之間的管路上還依次串連有油流量開關(guān)21、溫度傳感器22和油視液鏡23；該壓縮機回油系統(tǒng)主要用于壓縮機油液的冷卻，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返回制冷單機雙級壓縮機1，油液的流量控制與監(jiān)視通過油流量開關(guān)21、溫度傳感器22和油視液鏡23實現(xiàn)，在實施時，壓縮機回油系統(tǒng)中的截止閥、電磁閥和油流量開關(guān)21均與控制系統(tǒng)控制連接。

所述中壓補氣系統(tǒng)包括沿制冷單機雙級壓縮機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(jīng)濟器5的制冷劑入口連通，且第四電磁閥26和經(jīng)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(jīng)濟器5的制冷劑入口通過管路連通；所述制冷單機雙級壓縮機1中壓補氣進口還與經(jīng)濟器5的回氣口連通。該中壓補氣系統(tǒng)能夠及時為壓縮機低壓工作中的油液補氣增壓，提高制冷系統(tǒng)工作的效率和穩(wěn)定可靠性，當(dāng)制冷單機雙級壓縮機1的油壓較低時，部分油氣不再經(jīng)過第二換熱器12，而是直接通過第一截止閥4出口以及經(jīng)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，使得制冷單機雙級壓縮機1工作在合適的油壓狀態(tài)下，能夠顯著提高系統(tǒng)工作的效率和安全性；在實施時，中壓補氣系統(tǒng)中的電磁閥和膨脹閥均與控制系統(tǒng)控制連接。

為了能夠?qū)崟r監(jiān)控系統(tǒng)管路油液工作狀況，本發(fā)明還設(shè)置了各種壓力以及溫度監(jiān)測模塊，所述制冷單機雙級壓縮機1的制冷劑出口和入口之間通過管路連通，該管路上設(shè)有壓力開關(guān)15和壓力表14；第一換熱器3上設(shè)有壓力傳感器28，所述第二換熱器12上設(shè)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(shè)有溫度傳感器22；這樣能夠通過壓力表14監(jiān)測制冷單機雙級壓縮機1制冷劑出口和入口之間的壓力差，并通過壓力開關(guān)15實時調(diào)節(jié)，而溫度傳感器22則能夠?qū)崟r監(jiān)測換熱器工作的狀況。

為了更好地實現(xiàn)自動化控制，本發(fā)明還對控制系統(tǒng)進行了設(shè)計，它包括CPU處理中心、采集單元、輸入單元、通訊單元、驅(qū)動單元、輸出單元、低壓電源；所述輸入單元是將采集單元采集相應(yīng)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，然后發(fā)出指令，驅(qū)動單元受CPU處理中心控制，輸出單元用于發(fā)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(wěn)壓電路；所述采集單元通過通訊單元與CPU處理中心數(shù)據(jù)鏈接，該采集單元包括溫度傳感器22、壓力傳感器28、流量采集模塊以及模擬量采集模塊，它用于外部信息的采集，用以判斷機組是否可以開啟以及開啟的模式；所述驅(qū)動單元連接在CPU處理中心和電動件之間，其中，電動件包括制冷單機雙級壓縮機1、泵以及管路上的開關(guān)和閥門器件，驅(qū)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(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)制冷系統(tǒng)、壓縮機回油系統(tǒng)和中壓補氣系統(tǒng)的集成化和智能化控制，使得各個系統(tǒng)協(xié)調(diào)配合，不僅節(jié)能高效，也更加自動化、智能化。

本發(fā)明基于上述螺桿式超低溫單機雙級機組系統(tǒng)，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(tǒng)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(diào)用子程序，將程序運行檢測；

采集單元工作，將采集到的溫度、壓力和流量信號經(jīng)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(jù)輸入信號數(shù)據(jù)判斷機組是否能正常開啟；若異常，則CPU處理中心發(fā)出報警信號，并在控制屏幕上顯示報警信息或故障信息；若所有數(shù)據(jù)正常，則控制程序處于待命狀態(tài)，等待啟動命令；

(2)啟動機組制冷時，CPU處理中心發(fā)出啟動制冷模式，由輸出單元將啟動信號輸出給驅(qū)動單元，驅(qū)動單元則根據(jù)信號啟動制冷系統(tǒng)的壓縮機、相應(yīng)閥門、泵以及其它電動件；當(dāng)驅(qū)動單元正常驅(qū)動時，則采集單元開始循環(huán)采集，將相應(yīng)采集信息輸入到CPU處理中心；CPU處理中心根據(jù)輸入采集數(shù)據(jù)，判斷壓縮機是否啟動；采集單元循環(huán)采集，將采集數(shù)據(jù)輸入CPU處理中心，CPU處理中心根據(jù)輸入數(shù)據(jù)，對壓縮機進行加卸載輸出，由驅(qū)動單元執(zhí)行；當(dāng)溫度采集單元采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(qū)動單元執(zhí)行；

(3)當(dāng)使用條件達到機組全載運行條件時，CPU處理中心發(fā)出壓縮機全載運行信號，驅(qū)動單元啟動制冷壓縮機全載運行；采集單元循環(huán)采集，將采集數(shù)據(jù)輸入CPU處理中心，CPU處理中心根據(jù)輸入數(shù)據(jù)，對壓縮機進行加載輸出，由驅(qū)動單元執(zhí)行；

(4)當(dāng)壓縮機油溫過高時，CPU處理中心啟動壓縮機回油系統(tǒng)中的閥門以及開關(guān)，由壓縮機回油系統(tǒng)中的油冷卻器對油液進行降溫；采集單元循環(huán)采集，將采集數(shù)據(jù)輸入CPU處理中心，CPU處理中心根據(jù)輸入數(shù)據(jù)進行判斷，當(dāng)油溫達到合理區(qū)間時，則CPU發(fā)出壓縮機回油系統(tǒng)停止工作信號，由驅(qū)動單元執(zhí)行；

(5)當(dāng)中壓補氣時，CPU處理中心發(fā)出信號，驅(qū)動單元控制啟動中壓補氣系統(tǒng)中的閥門以及開關(guān)，同時采集單元開始循環(huán)采集，將相應(yīng)采集信息輸入到CPU處理中心；當(dāng)油壓達到合理區(qū)間時，則CPU發(fā)出中壓補氣系統(tǒng)停止工作信號，由驅(qū)動單元執(zhí)行；

在上述步驟中，對于上述CPU處理中心通過驅(qū)動單元控制壓縮機工作的過程與原理，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，結(jié)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(dāng)中壓補氣時，采集單元將油壓信號傳遞給CPU處理中心，CPU處理中心根據(jù)該信號作出判斷，并通過驅(qū)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(jīng)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(diào)節(jié)油液工作壓力，達到最佳安全的工作狀態(tài)。當(dāng)油溫過高時，采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(jù)該信號作出判斷，并通過驅(qū)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(jīng)過油分離器2后被油冷卻器19冷凝后返回到制冷單機雙級壓縮機1中，從而降低了制冷單機雙級壓縮機1工作的油液溫度，同時驅(qū)動單元可通過第三電磁閥18、油流量開關(guān)21以及第二截止閥16控制油液流量和路徑，從而快速調(diào)節(jié)油溫區(qū)間，使其符合制冷單機雙級壓縮機1工作的最佳工作溫度。

本發(fā)明很好地了普通低溫機組出水溫度過高的問題，相對于普通機組只能做到-35℃的低溫出水，本發(fā)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，又克服了氨機制冷的不安全因素；既能滿足工業(yè)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(wěn)，能效比高，節(jié)能環(huán)保，完全智能化控制，可實現(xiàn)無人看守，自動運行，自動故障報警等集成化控制。

相對于傳統(tǒng)機組，本發(fā)明采用單機雙級壓縮技術(shù)，壓縮效率高，冷水機組在制冷時的能效比普通機組高30％以上；機組采用采用系統(tǒng)優(yōu)化集成控制，能更好的發(fā)揮出機組的性能，提高機組的運行效率；機組采用智能化控制，控制穩(wěn)定性高，自動化程度高，可實現(xiàn)無人值守，有效降低使用人工成本；系統(tǒng)帶有經(jīng)濟節(jié)能器運行，可以有效節(jié)約運行成本，經(jīng)濟效益明顯；采用智能化控制，控制效率高，節(jié)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(jié)能的模式下運行；控制可靠，運行穩(wěn)定。