Danfoss Flexline Application guide [zh]

丹佛斯Flexline™柔性平台

安全，高效，灵便

安全可靠，先进灵活及省时高效的Flexline™柔性平台包括三大家族产品组合：

应用手册

工业制冷系统

氨和二氧化碳应用

ICV Flexline™

—工业控制阀

所有产品均基于模块化设计。从设计到安装运行，从维修到设备保养都变得简单易行。为您带来综合成本的节约。

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工业制冷系统的自动化控制

前言 ......................................................................................................... 3

1. 概述 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2. 压缩机控制 ................................................................................................ 6

2.1 压缩机容量控制 ....................................................................................... 6

2.2 通过喷液控制排气温度 ............................................................................... 10

2.3 曲轴箱压力控制 ...................................................................................... 13

2.4 反向流控制 ........................................................................................... 14

2.5 小结 .................................................................................................. 15

3. 冷凝器控制 ............................................................................................... 16

3.1 风冷式冷凝器 ........................................................................................ 16

3.2 蒸发式冷凝器 ........................................................................................ 21

3.3 水冷式冷凝器 ........................................................................................ 24

3.4 小结 .................................................................................................. 26

4. 液位控制 ................................................................................................. 27

4.1 高压液位控制系统 (HP LLRS) ......................................................................... 27

4.2 低压液位控制系统 (LP LLRS) .......................................................................... 31

4.3 小结 .................................................................................................. 35

5. 蒸发器控制 ............................................................................................... 36

5.1 直接膨胀控制 ........................................................................................ 36

5.2 泵循环供液控制 ...................................................................................... 41

5.3 直接膨胀冷风机的热气除霜 .......................................................................... 44

5.4 泵循环冷风机的热气除霜 ............................................................................ 50

5.5 多温转换 ............................................................................................. 53

5.6 介质温度控制 ........................................................................................ 54

5.7 小结 .................................................................................................. 56

6. 润滑油系统 ............................................................................................... 57

6.1 油冷却 ............................................................................................... 57

6.2 油压差控制 ........................................................................................... 61

6.3 油回收系统 ........................................................................................... 64

6.4 小结 .................................................................................................. 66

7. 安全系统 ................................................................................................. 67

7.1 卸压装置 ............................................................................................. 67

7.2 压力和温度限制装置 ................................................................................. 71

7.3 液位装置 ............................................................................................. 72

7.4 小结 .................................................................................................. 73

8. 制冷剂泵控制 ............................................................................................ 74

8.1 通过压差控制实现泵保护 ............................................................................ 74

8.2 泵旁通流量控制 ...................................................................................... 76

8.3 泵压控制 ............................................................................................. 77

8.4 小结 .................................................................................................. 78

9. 其他 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

9.1 氟系统中的干燥过滤器 ............................................................................... 79

9.2 氨系统的除水 ......................................................................................... 81

9.3 排空系统..............................................................................................85

9.4 热回收系统 ........................................................................................... 87

应用手册

工业制冷系统的自动化控制

10. 在制冷系统中使用二氧化碳作为制冷剂.................................................................. 90

10.1 采用二氧化碳作为制冷剂............................................................................90

10.2 二氧化碳制冷剂在工业制冷中的应用 ................................................................91

10.3 设计压力 ............................................................................................ 93

10.4 安全 ................................................................................................. 95

10.5 效率 ................................................................................................. 96

10.6 二氧化碳系统中的冷冻油............................................................................96

10.7 二氧化碳、氨和R134a系统对元件要求的比较 ....................................................... 98

10.8 二氧化碳系统中的水................................................................................100

10.9 除水 ................................................................................................103

10.10 水是怎样进入二氧化碳系统的？ ..................................................................105

10.11 二氧化碳系统中需要考虑的其他问题..............................................................106

11. 工业制冷中的二氧化碳二次制冷系统 ...................................................................109

12. 二氧化碳制冷系统的控制方法 ..........................................................................118

13. 二氧化碳亚临界系统的设计.............................................................................119

13.1 液位的电子控制方案................................................................................119

13.2 泵循环冷风机的热气除霜...........................................................................120

14. 二氧化碳系统中的干燥过滤器 ..........................................................................122

15. 丹佛斯二氧化碳亚临界制冷元件 ........................................................................125

15.1 丹佛斯二氧化碳亚临界制冷元件(续) ................................................................126

16. 附录 ....................................................................................................133

16.1 典型制冷系统.......................................................................................133

16.2 调幅控制 ............................................................................................ 13

应用手册

工业制冷系统的自动化控制

前言

丹佛斯应用手册可用作工业制冷从业人员的参考资料。

本手册的目的是回答与工业制冷系统控制有关的各种问题：为什么说某种控制方法是制冷系统所必需的？为什么必须按照此种方式设计？可以使用哪些类型的元件？如何为不同的制冷系统选择相应的控制方法？在回答这些问题的同时，本手册介绍了不同控制方法(包括丹佛斯工业制冷产品)的原理，并提供了相应的控制范例。

同时还提供了各个元件的主要技术数据。最后，本手册还对每种控制方法不同的解决方案进行了比较，以便让读者了解如何进行选择解决方案。

在本手册中，我们建议将导阀控制的伺服主阀ICS作为压力和温度调节阀来使用。

对于设备的最终设计，很有必要使用其他工具，例如制造商的产品目录和计算软件(例如丹佛斯工业制冷产品目录和Coolselector2软件)。

Coolselector2软件用于丹佛斯工业制冷阀件的计算与选择。 Coolselector2软件随设备免费附送，请联系当地的丹佛斯销售公司。

如果您对本应用手册描述的控制方法、应用和控制有任何问题，欢迎与丹佛斯公司联系。

应用手册

工业制冷系统的自动化控制

概述

泵循环制冷系统

压缩机

油分离器

冷凝器

油冷却器

贮液器

膨胀阀

低压循环桶

制冷剂泵

蒸发器

高压气体制冷剂高压液体制冷剂气液混合制冷剂

压缩机控制

①

原因

– 首先：控制吸气压力；

– 其次：可靠的压缩机运转(启动/停止，等)。

实现方式

– 通过将热气从高压端旁通到低压端，或通过对

压缩机ON/OFF进行分级控制，或通过控制压缩机的转速等方式，将压缩机的容量控制到与制冷负载相一致；

– 在排气管上安装止回阀，以防止制冷剂倒流回压

缩机；

– 将压缩机吸气口和排气口的压力和温度保持在工作

范围之内。

低压气体制冷剂低压液体制冷剂油

润滑油控制

②

原因

– 保持最佳的润滑油温度和压力，以保证压缩机的可

靠运转。

实现方式

– 压力：保持和控制压缩机内的压差，以保证润滑油

循环，保持曲轴箱的压力(仅限于活塞式压缩机)；

– 温度：旁通进入油冷却器的部分润滑油；控制进入

油冷却器的冷却空气或冷却水的流量；

– 油位：控制氨系统和低温氟系统中的润滑油回油。

应用手册

工业制冷系统的自动化控制

概述(续)

冷凝器控制

③

原因

– 将冷凝压力保持在高于最小接受值以上，以保证有

足够的液体流过膨胀装置；

– 保证系统中制冷剂的合理分配。

实现方式

– 开/关操作或控制冷凝器风扇的速度，控制冷却水

的流量，控制冷凝器中的制冷剂量。

液位控制

④

原因

– 根据实际需求，提供适量的从高压端流向低压端的

液体制冷剂；

– 确保膨胀装置安全可靠的运行。

实现方式

– 根据液位范围，控制膨胀装置的开启度。

蒸发系统控制

⑥

原因

– 首先：保持介质温度恒定；

– 其次：优化蒸发器的运行；

– 对于直接膨胀系统：保证没有液体制冷剂进入压缩

机的吸气管。

实现方式

– 根据需要调节流入蒸发器的制冷剂的流量；

– 蒸发器除霜。

安全系统

⑦

原因

– 避免容器内产生过高的压力；

– 保护压缩机，防止其因液击、过载、润滑油不足以

及高温等原因而损坏；

– 防止泵因气蚀现象而损坏。

制冷剂泵控制

⑤

原因

– 通过将流经泵的液体流量保持在允许的操作范围

内，使泵无故障运行；

– 使系统中泵的压差保持恒定。

实现方式

– 设计一个旁通循环，这样泵的流量就可以保持在最

小允许流量之上；

– 如果无法达到足够的压差，则将泵关闭；

– 安装一个压力调节阀。

实现方式

– 在容器上和其他必要的位置上安装安全阀；

– 如果压缩机和泵的入口/出口的压力或压差超出允

许的范围，则将其关闭；

– 当低压循环桶或贮液器中的液位超过了允许的液

位，则将系统或系统的一部分关闭。

应用手册

工业制冷系统的自动化控制

压缩机控制

2.1

压缩机容量控制

压缩机是制冷系统的“心脏”。它有两个基本功能：

1. 保持蒸发器中的压力，这样液体制冷剂就可以在要求的温度下蒸发。

2. 压缩制冷剂，使得制冷剂可以在正常温度下冷凝。

因此压缩机控制的基本功能就是，根据制冷系统的实际需要调整压缩机的容量，从而使得系统能够保持要求的蒸发温度。

选择制冷系统的压缩机时，一般要求其能够满足最大可能的热负荷。但是，正常操作中的热负荷往往低于设计热负荷。也就是说，通常需要控制压缩机的容量，以便与实际的热负荷相匹配。可以通过以下几种常用方式来对其进行控制：

1. 分级控制

此种控制方式的做法：卸载多缸压缩机中的气缸，打开或关闭螺杆压缩机的吸气口，启动或停止多压缩机系统中的部分压缩机。该系统不但简单易用，而且在部分负载过程中效率降低的幅度也微乎其微。此种控制方式尤其适用于装有若干多缸往复式压缩机的系统。

2. 滑阀控制

控制螺杆压缩机容量最常用的装置是滑阀。油驱动滑阀的运动能够使部分吸入气体不被压缩。滑阀能够使流量持续平稳地从100% 调节至 10%，但在部分负载情况下，效率也会下降。

如果压缩机容量大于需求量，则蒸发压力和温度将低于要求的值，反之亦然。

此外，不允许压缩机在其规定的温度和压力范围之外运行。

3. 变速控制变速调节。此解决方案效率高，适用于各种类型的压缩机。可以使用双速电机或变频器来改变压缩机的转速。双速电机可以通过高热负荷时高速运转( 如冷却阶段)、低热负荷时低速运转(如储存阶段)的方式调节压缩机的容量。变频器能够连续地改变旋转速度，以满足实际需要。变频器应遵循最大和最小限速、温度和压力控制、压缩机电动机保护，以及电流和扭矩限制。使用变频器，启动电流较低。

4. 热气旁通该解决方案适用于固定容量的压缩机，更多情况下用于商业制冷。为了控制制冷量，排气管的部分热气会被旁通到低压回路中。这样可以通过两种方式降低制冷量：减少液体制冷剂的供应量，以及将部分热量释放到低压回路。

应用手册

应用范例 2.1.1：压缩机容量的分级控制

工业制冷系统的自动化控制

高压气体制冷剂低压气体制冷剂润滑油

① 分级控制器 ② 压力变送器

来自低压循环桶/ 蒸发器

对压缩机容量的分级控制可以通过使用分级控制器 EKC 331①来实现。EKC 331是一个四级的控制器，最多有四个中继输出。它能够根据压力变送器AKS 33② 或AKS 32R测量的吸气压力信号来对活塞式压缩机电机的加载或卸载进行控制。EKC 331以中性区域控制为基础，它可以控制一个最多带有四个大小相同的压缩机系统。

前往冷凝器

油分离器

活塞式压缩机

如果在阴影区(称为“++zone”和“--zone”)以外进行控制，那么压缩机容量的变化速度就会比在阴影区发生的速度略快一些。

更多详细信息，请参考丹佛斯EKC 331(T)手册。

技术数据

EKC 331T可以接收PT 1000温度传感器发出的信号，这对二次系统而言可能是必需的。

中性区域控制中性区域应以参考值为依据进行设置，在中性区域范围内不会发生加载/卸载。如果超出中性区域以外(阴影区“+zone”和“-zone”)，当测量压力偏离中性区域设定值时，就会发生加载/卸载。

压力变送器 - AKS 33 压力变送器 - AKS 32R 制冷剂所有制冷剂，包括氨所有制冷剂，包括氨操作范围 [bar] 最大工作压力 PB [bar] 55，根据产品系列而定 60，根据产品系列而定操作温度范围 [℃] 补偿温度范围 [℃] 低压：–30 至 +40 / 高压：0 至 +80 额定输出信号 4 至 20 mA 10 至 90% 的电源电压

制冷剂所有制冷剂，包括氨所有制冷剂，包括氨操作范围 [bar] 0 至 60，根据产品系列而定 –1 至 39，根据产品系列而定最大工作压力 PB [bar] 100，根据产品系列而定 60，根据产品系列而定操作温度范围 [℃] 补偿温度范围 [℃] 低压：–30 至 +40 / 高压： 0 至 +80 低压：–30 至 +40 / 高压：0 至 +80 额定输出信号 4 至 20 mA 1 至 5V 或 0 至 10V

1 至 34

40 至 85

压力变送器 - AKS 3000 压力变送器 - AKS 32

40 至 80

1 至 34

40 至 85

应用手册

应用范例 2.1.2：通过热气旁通控制压缩机容量

高压气体制冷剂高压液体制冷剂低压气体制冷剂低压液体制冷剂润滑油

工业制冷系统的自动化控制

CVC

ICS

SVA

前往冷凝器

油分离器

FIA

① 截止阀 ② 能量调节阀 ③ 截止阀

技术数据

蒸发器

热气旁通可以用来控制有固定容量压缩机的制冷能力。装有CVC导阀的导阀控制伺服阀ICS①可以根据吸气管上的压力控制热气旁通量。CVC是一个背压

开ICS并增加热气旁通量。通过这种方式，压缩机前端的吸气压力可以保持恒定，因此制冷能力能够满足实际的负载要求。

控制的导阀，当吸气压力低于设定值时，它可以打

导阀控制的伺服阀 - ICS 材料阀体：低温钢制冷剂所有常用的制冷剂，包括氨和二氧化碳介质温度范围 [℃] 最大工作压力 [bar] 52 DN [mm] 20 至 150

制冷剂所有常用的制冷剂介质温度范围 [℃] 最大工作压力 [bar] 高压端：28

压力范围 [bar]

Kv 值 [m3/h] 0.2

制冷剂介质温度范围 [℃] 最大工作压力 [bar]

压力范围 [bar]

Kv 值 [m3/h]

60 至 +120

导阀 - CVC(LP)

50 至 120

低压端：17

0.45 至 7

导阀 - CVC (XP)

所有常用的制冷剂

–50 至 120

高压端： 52

低压端： 28

4 至 28

0.2

贮液器

应用手册

应用范例 2.1.3：压缩机变频容量控制

工业制冷系统的自动化控制

Danfoss

Tapp_0139

05-2011

 AKD 102

 AK-CC

高压气体制冷剂低压气体制冷剂

① 变频器 ② 控制器 ③ 压力变送器

来自低压循环桶/ 蒸发器

 AKS

PLC/OEM

控制器

 AKS

SVA

FIA

 AKD 102

FIA

 AKD 102

SVA

前往油分离器

SVA

前往油分离器

技术数据

 AKS

来自低压循环桶/ 蒸发器

变频器控制具有以下优点：

■

节能

■

更好地控制效果和稳定性

■

噪音更低

■

使用寿命较长

■

安装简单

■

易于对系统进行控制

变频器 AKD 102 变频器 VLT FC 102 / FC 302 额定功率 [kW] 1.1 至 45 1.1 至 250 最高至1200 电压 [V] 200 至 240 380 至 480 200 至 690

FIA

SVA

前往油分离器

应用手册

Danfos Ta 09-200

工业制冷系统的自动化控制

2.2

通过喷液控制排气温度

应用范例 2.2.1：通过喷液膨胀阀喷射制冷剂液体

高压气体制冷剂高压液体制冷剂低压气体制冷剂低压液体制冷剂润滑油

① 截止阀 ② 电磁阀 ③ 喷液膨胀阀 ④ 截止阀 ⑤ 温度控制器

压缩机制造商通常建议将排气温度控制在某个值以下防止温度过高，延长使用寿命，并防止高温时出现油分解现象。

从制冷剂的压焓图可以看到在下列情况下，排气温度可能会很高：

■

压缩机运转时，压差很高。

■

压缩机吸入了具有较高过热度的制冷剂气体。

■

压缩机运转时，通过热气旁通进行容量控制。

来自低压循环桶/ 蒸发器

SVA

FIA

来自油冷却器

pp_0018_41

可通过以下方法降低排气温度：

一种方法：在往复式压缩机中安装水冷装置。

另一种方法：喷射制冷剂液体，从冷凝器或贮液器的出口向吸气管、中间冷却器或螺杆压缩机侧孔喷射液体制冷剂。

压缩机

前往油分离器

来自贮液器

技术数据

当排气温度升高并超出温度控制器RT 107⑤的设定值时，RT 107将接通电磁阀EVRA②，后者会将液体喷射到螺杆压缩机的侧孔。

温度控制器 - RT 制冷剂氨和氟利昂制冷剂外壳 IP66/54 感温包温度范围 [℃] 65 至 300 环境温度 [℃] 调节范围 [℃] 温度差 Δt [℃] 1.0 至 25.0

制冷剂氨及氟利昂制冷剂调节范围 [℃] 感温包最高温度150

最大工作压力 [bar] 20 额定容量* [kW] 3.3 至 274

* 工况：Te = +5℃, Δp = 8 bar, ΔT

50 至 70

60 至 150

喷液膨胀阀 - TEAT

比例带：20

= 4℃

sub

喷液膨胀阀TEAT③能够根据排气温度控制喷射的液体流量，从而防止了排气温度继续升高。

应用手册

应用范例 2.2.2：使用电动阀喷射制冷剂液体

高压气体制冷剂高压液体制冷剂低压气体制冷剂低压液体制冷剂润滑油

① 截止阀 ② 电磁阀 ③ 电动阀 ④ 截止阀 ⑤ 控制器 ⑥ 温度传感器

工业制冷系统的自动化控制

来自低压循环桶/ 蒸发器

SVA

FIA

来自油冷却器

压缩机

前往油分离器

来自贮液器

技术数据

液体喷射的电子方案可以通过电动阀ICM③ 来实现。AKS 21 PT 1000温度传感器⑥会测量排气温度并

ICAD电动阀驱动器调整ICM电动阀的开度，以限制和保持要求的排气温度。

将信号传送给温度控制器EKC 361⑤。EKC 361控制

电动阀 - ICM(用于膨胀) 材料阀体：低温钢制冷剂所有常用的制冷剂，包括氨和二氧化碳介质温度范围 [℃] 最大工作压力 [bar] 52 DN [mm] 20 至 80 额定容量* [kW] 72 至 22700

* 工况：Te = -10℃, Δp = 8.0 bar, ΔT

介质温度范围 [℃] –30 至 50(环境温度) 控制输入信号 0/4 - 10mA，或 0/2 - 10 最大速度下的开/关时间 3 至 45 秒(取决于阀门尺寸)

60 至 120

= 4K

sub

驱动器 - ICAD

应用手册

工业制冷系统的自动化控制

应用范例 2.2.3：通过ICF组合阀喷射液体的紧凑解决方案

高压气体制冷剂高压液体制冷剂低压气体制冷剂低压液体制冷剂润滑油

① 组合阀包括以下模块：

截止阀模块过滤器模块电磁阀模块电磁阀手动开启模块电动阀模块截止阀模块

② 控制器 ③ 温度传感器

技术数据

来自低压循环桶/ 蒸发器

来自油冷却器

对于制冷剂液体喷射控制，丹佛斯可以提供非常紧凑的模块化ICF组合阀①。最多可以将六个不同的模

ICF 组合阀材料阀体：低温钢制冷剂所有常用的制冷剂，包括氨和二氧化碳介质温度范围 [℃] 最大工作压力 [bar] 52

DN [mm] 20 至 40

60 至 120

块组装到同一个阀体上。此解决方案的工作方式与范例 2.2.2 相同，非常紧凑且易于安装。

压缩机

前往油分离器

来自贮液器

应用手册

工业制冷系统的自动化控制

2.3

曲轴箱压力控制

应用范例 2.3.1：使用 ICS 和 CVC 控制曲轴箱压力

高压气体制冷剂低压气体制冷剂润滑油

① 曲轴箱压力调节阀 ② 截止阀

在启动过程中或除霜后，必须控制吸气压力，否则吸气压力会升得很高，压缩机电机也会过载运转。

如果过载，压缩机的电机可能会损坏。

有两种方法可以解决这个问题：

1. 在部分负荷情况下启动压缩机。可以使用容量控制方法在部分负载的情况下启动压缩机，例如，卸载

来自蒸发器

多活塞往复式压缩机的部分活塞，或旁通装有滑阀的螺杆压缩机的部分吸入气体等等。

2. 控制往复式压缩机的曲轴箱压力。通过在吸气管上安装背压控制的调节阀(该阀门在吸气管中的压力降到设定值以下时才会开启)，可以使吸气压力保持在某一个水平之下。

压缩机

前往冷凝器

油分离器

技术数据

为了在启动、除霜后或者吸气压力可能过高的其他情况下控制曲轴箱压力，可以在吸气管上安装带有背压控制导阀CVC的导阀控制的伺服主阀ICS①。仅

才会被打开。通过这种方式，吸气管中的高压气体会被逐步释放到曲轴箱中，从而保证了压缩机的容量能够得到控制。

当下游的吸气压力降低到导阀CVC的设定值时，ICS

导阀控制伺服主阀 - ICS 材料阀体：低温钢制冷剂所有常用的制冷剂，包括氨和二氧化碳介质温度范围 [℃] 最大工作压力 [bar] 52 DN [mm] 20 至 150 制冷量* [kW] 11 至 2440

* 工况：T

= –10℃, Tl = 30℃, Δp = 0.2 bar, ΔT

制冷剂所有常用的制冷剂介质温度范围 [℃] 最大工作压力 [bar] 高压端：28

压力范围 [bar] –0.45 至 7

Kv 值 [m3/h] 0.2

制冷剂所有常用的制冷剂介质温度范围 [℃] 最大工作压力 [bar] 高压端：52

压力范围 [bar] 4 至 28

Kv 值 [m3/h] 0.2

60 至 +120

导阀 - CVC(LP)

50 至 120

低压端：17

导阀 - CVC(XP)

50 至 120

低压端：28

= 8K

sub

应用手册

工业制冷系统的自动化控制

2.4

反向流控制

应用范例 2.4.1：反向流控制

高压气体制冷剂低压气体制冷剂润滑油

① 截止止回阀

任何情况下都应避免制冷剂在冷凝器中冷凝并倒流回油分离器和压缩机。对于活塞式压缩机，反向流会导致发生液击。对于螺杆压缩机，反向流会导致压缩机反向旋转并会损坏压缩机齿轮。因此，应当避免制冷

来自蒸发器

剂反向流入油分离器，进而流入处于静止状态的压缩机。为了避免出现反向流，需要在油分离器的出口位置安装止回阀。

压缩机

前往冷凝器

油分离器

技术数据

截止止回阀SCA①既可以在系统运转时用作止回阀，也可以用作截止阀，用于关闭排气管。这种组合式的截止/止回阀解决方案不仅易于安装，而且与常规的

2. 考虑常规以及部分负载两种情况。正常情况下的速度应当接近建议值，同时部分负载情况下的速度应当高于建议的最低值。

截止阀加止回阀相比，其流阻较低。

关于如何选择阀门的详细信息，请参考产品目录。

选择截止止回阀时，重要的是注意以下几点：

1. 根据容量而非管道尺寸大小选择阀门。

截止止回阀 - SCA

材料阀体：低温钢，可用于低温操作

制冷剂所有常用的不易燃制冷剂，包括氨介质温度范围 [℃] 开启压差 [bar] 0.04(提供强度为0.3 bar 的弹簧作为备件) 最大工作压力 [bar] 40 DN [mm] 15 至 125

阀杆：抛光不锈钢

60 至 150

应用手册

2.5

小结

工业制冷系统的自动化控制

解决方案应用优点缺点

压缩机容量控制

使用 EKC 331 和 AKS 32/33 对压缩机容量进行分级控制

适用于多缸压缩机、装有多个吸气口的螺杆压缩机以及装有多个并行运行的压缩机的系统。

操作简单；部分负载和满负荷时的效率几乎相同。

控制不连续，尤其是当只有几个步骤时；吸气压力会出现波动。

通过使用 ICS 和 CVC 的热气旁通控制压缩机容量

压缩机变速容量控制适用于所有能够在减速情况

通过喷液控制排气温度

使用 TEAT、EVRA( T) 和 RT 进行液体喷射控制的机械解决方案

使用 EKC 361 和 ICM 进行喷液控制的电子解决方案

使用 EKC 361 和 ICF组合阀进行喷液控制的电子解决方案

曲轴箱压力控制

使用 ICS 和 CVC 控制曲轴箱压力

适用于具有固定容量的压缩机。

下运转的压缩机。

适用于排气温度可能升得过高的系统。

适用于往复式压缩机，一般用于中小型系统。

能够根据实际的热负载有效而持续地控制流量；热气有利于润滑油从蒸发器中返回。

启动电流低；节能；噪音较低；使用寿命较长；安装简单。

简单有效。喷射液体制冷剂可能会对压

灵活，紧凑；可以远程监控和控制。

简单可靠；在启动过程中或热气除霜后，能够有效保护往复式压缩机。

部分负载情况下，效率低；耗费能源。

压缩机必须适合于减速运转。

缩机有害。效率不及中间冷却器。

不适用于易燃制冷剂；喷射液体制冷剂可能会对压缩机有害；效率不及中间冷却器。

使吸气管上出现一定的压降。

使用 ICS 和 CVP 控制曲轴箱压力

反向流控制

使用 SCA 进行反向流控制适用于所有制冷设备。操作简单；

易于安装；低流阻。

使排气管上出现一定的压降。

应用手册

工业制冷系统的自动化控制

冷凝器控制

3.1

风冷式冷凝器

当周围空气温度或负载条件有较大变化时，需要控制冷凝压力，以防其降得过低。冷凝压力过低会造成膨胀装置内的压差不足，蒸发器不能得到足够的制冷剂。这就意味着冷凝器容量控制主要用在温带气候地区，而较少用于亚热带和热带地区。

控制的基本理念：当环境温度较低时控制冷凝器容量，这样冷凝压力就会保持在最低允许值之上。

风冷式冷凝器由翅片管组成。冷凝器可以是水平型、垂直型或V型。空气在轴流或离心风机的作用下从冷凝器的底部穿过换热器从顶部流出。

3.1.1 风冷式冷凝器的分级控制第一种方式是使用一定数量的压力控制器(可采用丹佛斯产品RT-5)它们将根据设定的不同接通和切断压力进行调整。

第二种控制风扇的方法是使用一个中性区域压力控制器(例如丹佛斯产品RT-L)。它与分级控制器一同使用，后者安装有与风扇数量相对应的接触器。

3.1.2 风冷式冷凝器的风扇速度控制当环境原因要求降低噪音级别时，主要使用此种冷凝器风扇控制方法。

冷凝容量的控制，可以通过调节冷凝器中循环空气或是水的流量，或通过调节有效换热面积的办法来实现。

可以为不同类型的冷凝器设计不同的解决方案：

3.1 风冷式冷凝器

3.2 蒸发式冷凝器

3.3 水冷式冷凝器

风冷式冷凝器用于空气湿度相对较高的工业制冷系统。可以通过以下方式实现对风冷式冷凝器冷凝压力的控制：

但是这个系统反应过快，因此需要使用时钟来控制风扇的接通与切断。

第三种方法是使用丹佛斯产品EKC-331分级控制器进行控制。

对于这种控制方式，可以使用丹佛斯变频器AKD。

3.1.3 风冷式冷凝器的压力范围控制若要对风冷式冷凝器的压力范围或容量进行控制，则需要安装贮液器。该贮液器的容积必须足够大，以满足冷凝器中制冷剂量的变化要求。

可以通过以下两种方式实现对这种冷凝器压力范围的控制：

1. 主阀ICS或PM与恒压导阀CVP(高压)组合在一起，安装在冷凝器入口端的热气管道上；ICS主阀与压差导阀CVPP(高压)组合在一起，安装在热气管道与贮液器之间的管道上。在冷凝器与贮液器之间的管道上安装止回阀NR VA以防止液体从贮液器流动到冷凝器。

2. 主阀ICS与恒压导阀CVP(高压)组合在一起，安装在冷凝器与贮液器之间的管道上。ICS与压差导阀 CVPP(高压)组合在一起，安装在热气管道与贮液器之间的管道上。这种方法主要用在商业制冷中。

应用手册

应用范例 3.1.1：使用分级控制器 EKC 331 对风扇进行分级控制

工业制冷系统的自动化控制

来自排气管

冷凝器

高压气体制冷剂高压液体制冷剂

① 分级控制器 ② 压力变送器 ③ 截止阀 ④ 截止阀 ⑤ 截止阀

技术数据

贮液器

前往膨胀装置

EKC 331①是一个四级控制器，最多有四个中继输出。它能根据压力变送器AKS 33②或AKS 32R测量的冷凝压力信号控制风扇的开关。EKC 331①可以基

在某些设备上使用EKC 331T，输入信号可以来自 PT 1000温度传感器，例如AKS 21。温度传感器通常

安装在冷凝器的出口位置。于“中性区域控制”控制冷凝容量，这样冷凝压力就可以保持在所需的最小压力之上。

注意！EKC 331T + PT 1000温度传感器解决方案的精确

性要低于EKC 331 +压力变送器解决方案。原因是制冷有关中性区域控制的详细信息，请参考2.1节。

安装有SVA⑤的旁通管是一个调压管，有助于平衡贮

系统中液体过冷度或不凝性气体的存在，导致冷凝器

出口温度不能完全反映实际的冷凝压力。如果过冷度

不足，那么当风扇启动时可能会出现闪发气体。液器的压力与冷凝器的入口压力，这样冷凝器中的液体制冷剂就可以被排放到贮液器中。

压力变送器 - AKS 33 压力变送器 - AKS 32R 制冷剂所有制冷剂，包括氨所有制冷剂，包括氨操作范围 [bar] 最大工作压力 [bar] 55，根据产品系列而定 60，根据产品系列而定操作温度范围 [℃] 补偿温度范围 [℃] 低压：–30 至 +40 / 高压：0 至 +80 额定输出信号 4 至 20 mA 10 至 90% 的电源电压

1 至 34

40 至 85

1 至 34

压力变送器 - AKS 3000 压力变送器 - AKS 32 制冷剂所有制冷剂，包括氨所有制冷剂，包括氨操作范围 [bar] 最大工作压力 [bar] 100，根据产品系列而定 60，根据产品系列而定操作温度范围 [℃] –40 至 80 –40 至 85 补偿温度范围 [℃] 低压：–30 至 +40 / 高压：0 至 +80 低压：–30 至 +40 / 高压：0 至 +80 额定输出信号 4 至 20 mA 1 至 5V 或 0 至 10V

0 至 60，根据产品系列而定 –1 至 39，根据产品系列而定

应用手册

应用范例 3.1.2：风冷式冷凝器的风扇速度控制

工业制冷系统的自动化控制

来自排气管

冷凝器

高压气体制冷剂高压液体制冷剂

① 变频器 ② 压力变送器

技术数据

贮液器

变频器控制具有以下优点：

■

节能

■

改善控制效果

■

更低噪音

■

使用寿命较长

■

安装简单

■

易于对系统进行完全控制

变频器 AKD 102 变频器 VLT FC 102 / FC 302 额定功率 [kW] 1.1 至 45 1.1 至 250 最大至1200 电压 [V] 200 至 240 380 至 480 200 至 690

前往膨胀装置

应用手册

09-2007

应用范例 3.1.3：风冷式冷凝器的压力范围控制

工业制冷系统的自动化控制

CVP

SCA

高压气体制冷剂低压液体制冷剂

① 压力调节阀 ② 截止阀 ③ 止回阀 ④ 截止阀 ⑤ 截止阀 ⑥ 压差调节阀 ⑦ 截止阀

ICS

吸气管

压缩机

SVA

LLG

Danfoss Tapp_0148_02

该调控解决方案能够在环境温度较低时，将贮液器中的压力保持在足够高的水平。

当排气压力达到导阀CVP的设定压力值时，ICS导阀控制的伺服主阀①将打开；当压力降到导阀CVP的设定压力值以下时，ICS导阀操控式伺服阀将关闭。

装有CVPP差压导阀的ICS主阀保持贮液器中有足够

SVA

冷凝器

SVA

CVPP

ICS

SVA

前往油冷却器

SFA

贮液器

SNV

SFA

DSV

前往膨胀装置

SNV

的压力。该压差调节阀也可以用溢流阀(OFV)代替。

NR VA止回阀所在的管路确保冷凝器中较高压力的

制冷剂液体流入贮液器并防止倒流。这就需要设置一个足够大的贮液器接收制冷剂液体。当冷凝器在压缩机关闭期间温度更低时，NR VA止回阀还可以防止液体从贮液器倒流入冷凝器。

NRVA

技术数据

导阀控制的伺服主阀 - ICS 材料阀体：低温钢制冷剂所有常用的制冷剂，包括氨和二氧化碳介质温度范围 [℃] 最大工作压力 [bar] 52 DN [mm] 20 至 150

额定制冷量* [kW]

* 工况：氨, T

制冷剂所有常用的不易燃制冷剂，包括氨介质温度范围 [℃] 最大工作压力 [bar] CVPP(低压)：17

调节范围 [bar] CVPP(低压)：0 至 7

Kv 值 m3/h 0.4

=30℃, P

liq

60 至 120

排气管路上：20 至 3950

液体管路上：179 至 37000

=12bar, ΔP=0.2bar, T

disch.

压差导阀 - CVPP

50 至 120

CVPP(高压)：最大至 40

CVPP(高压)：0 至 22

=80℃, Te=-10℃

disch.

应用手册

工业制冷系统的自动化控制

技术数据(续)

恒压导阀 - CVP 制冷剂所有常用的制冷剂，包括氨和二氧化碳介质温度范围 [℃] 最大工作压力 [bar] CVP(LP)：17

压力范围 [bar] CVP(LP)：–0.66 至 7

Kv 值 [m3/h] CVP(LP)：0.4

材料阀体：钢制冷剂所有常用的制冷剂，包括氨介质温度范围 [℃] 最大工作压力 [bar] 40

DN [mm] 20/25 开启压差范围 [bar] 2 至 8

50 至 120

CVP(HP)：最大至40

CVP(XP)：52

CVP(HP)：–0.66 至 28

CVP(XP)：25 至 52

CVP(HP)：0.4

CVP(XP)：0.2

溢流阀 - OFV

50 至 150

应用手册

工业制冷系统的自动化控制

3.2

蒸发式冷凝器

蒸发式冷凝器以水和空气作为冷却介质，通过喷头把水顺着气流相反的方向喷洒水滴。由于利用水分的蒸发作用吸热，因此大大提高了冷凝器的冷凝换热能力。

现在的蒸发式冷凝器通常被装入一个钢制或塑料的外壳内，冷凝器底部或上部装有轴流风扇或离心式风扇。

蒸发冷凝器中与湿气流的热交换表面是由钢管组成的。在进入冷却水喷淋区域之前的干燥空气中，通常可以安装由钢制翅片管组成的预冷器。该预冷器用于降低

3.2.1 蒸发式冷凝器的控制可以通过下列不同的方法来实现对蒸发式冷凝器的冷凝压力或冷凝器容量的控制：

1. 通过RT或KP压力控制器对风扇和水泵进行控制(早期即如此)。

2. 通过RT-L中性区域压力控制对风扇和水泵进行控制。

3. 采用分级控制器控制双速风扇和水泵。

4. 采用变频器控制风扇和水泵转速。

5. 可以采用Saginomiya(日本鹭宫)的流量开关监控

系统中的水循环是否正常工作。

进入湿空气换热区域的制冷剂热气温度。使用这种方式，可大大减少换热器主管表面上钙质水垢的形成。

与常规的水冷式冷凝器相比，此种类型的冷凝器可大大减少耗水量。蒸发式冷凝器的容量可以通过双速风扇或风扇的变速控制器进行控制，当环境温度很低时可以关闭水循环泵。

蒸发式冷凝器通常在相对湿度较高的地区使用。在很冷的环境中(环境温度<0℃)，必须排出蒸发式冷凝器中的水进行除霜防护。

应用手册

应用范例 3.2.1：使用压力控制器 RT 对蒸发式冷凝器进行分级控制

高压气体制冷剂高压液体制冷剂水

① 压力控制器 ② 压力控制器 ③ 截止阀 ④ 截止阀 ⑤ 截止阀

工业制冷系统的自动化控制

水泵

吸气管

冷凝器

压缩机

贮液器

前往膨胀装置

前往油冷却器

技术数据

该解决方案能够在环境温度较低的情况下将冷凝压力以及贮液器中的压力保持在足够高的水平。

当冷凝器的入口压力降到压力控制器 RT 5A ② 的设定值之下时，控制器将关闭电扇，进而降低冷凝能力。

高压压力控制 - RT 5A 制冷剂氨和氟利昂制冷剂外壳 IP66/54 环境温度 [℃] 调节范围 [bar] RT 5A：4 至 17 最大工作压力 [bar] 22 最大测试压力 [bar] 25

50 至 70

在环境温度极低的情况下，当关闭了所有的风扇并且冷凝压力降到 RT 5A ① 的设定值以下时，RT 5A ① 将会关闭水泵。

当泵关闭时，冷凝器和水管都必须排空，以防止结垢和结冰。

应用手册

应用范例 3.2.2：使用分级控制器 EKC 331 对蒸发式冷凝器进行分级控制

高压气体制冷剂高压液体制冷剂水

① 分级控制器 ② 压力变送器 ③ 截止阀 ④ 截止阀 ⑤ 截止阀

工业制冷系统的自动化控制

水泵

吸气管

冷凝器

压缩机

贮液器

前往膨胀装置

前往油冷却器

技术数据

此解决方案的工作方式与范例3.2.1相同，但该方案是通过分级控制器EKC 331①进行操作的。有关 EKC 331的更多信息，请参考第7页。

通过利用EKC 331分级控制器和AKS压力变送器，可实

如果在阴影区(称为“++zone”和“--zone”)以外进行控制，那么风机转速的变化速度就会比在阴影区发生的速度略快一些。

更多详细信息，请参考丹佛斯EKC 331(T)手册。现蒸发式冷凝器容量调节解决方案。水泵的顺序控制必须选为最后一步。顺序控制意味着步骤将始终按照同样的顺序接通和切断。

EKC 331T可以接收PT 1000温度传感器发出的信号，这对二次系统而言可能是必需的。

中性区域控制中性区域应以参考值为依据进行设置，在中性区域范围内不会发生加载/卸载。如果超出中性区域以外( 阴影区“+zone”和“-zone”)，当测量压力偏离中性区域设定值时，就会发生加载/卸载。

制冷剂所有制冷剂，包括氨所有制冷剂，包括氨操作范围 [bar] 0 至 60 ，根据产品系列而定 –1 至 39 ，根据产品系列而定最大工作压力 PB [bar] 100，根据产品系列而定 60，根据产品系列而定操作温度范围 [℃] –40 至 80 –40 至 85 补偿温度范围 [℃] 低压：–30 至 +40 / 高压：0 至 +80 低压：–30 至 +40 / 高压：0 至 +80 额定输出信号 4 至 20 mA 1 至 5V 或0 至 10V

1 至 34

40 至 85

压力变送器 - AKS 3000 压力变送器 - AKS 32

1 至 34

应用手册

工业制冷系统的自动化控制

3.3

水冷式冷凝器

应用范例 3.3.1：使用水阀控制水冷式冷凝器的水流量

高压气体制冷剂高压液体制冷剂水

① 截止阀 ② 截止阀 ③ 水阀

水冷式冷凝器过去往往采用壳管式换热器，但是现在通常是新式设计的板式换热器。

水冷式冷凝器不太常用，因为这种类型的冷凝器耗水量大，而很多地方一般都由于缺水和/或水价较高的原因而无法使用大量的水。

吸气管

压缩机

现在，水冷式冷凝器常见于冷水机组中，冷却水被冷却塔冷却，并被循环使用。它还可用作热回收冷凝器，用来提供热水。

可以采用通过压力控制的水阀，或电子控制器控制的电动水阀根据冷凝压力控制冷却水的流量进而控制冷凝压力。

冷却水流出

冷凝器

前往膨胀装置

冷却水流入

技术数据

此解决方案能够使冷凝压力保持恒定水平。制冷剂冷凝压力被通过毛细管引导到水阀WVS③ ，并相应地调整WVS③的开启。水阀WVS是一个比例调节阀。

水阀 - WVS

材料阀体：铸铁

制冷剂氨、CFC、HCFC、HFC 介质淡水、中性盐水介质温度范围 [℃] 可调节关闭压力 [bar] 2.2 至 19 制冷剂侧的最大工作压力 [bar] 26.4 液体侧的最大工作压力 [bar] 10 DN [mm] 32 至 100

波纹管：铝及防腐钢

25 至 90

应用手册

工业制冷系统的自动化控制

应用范例 3.3.2：使用电动阀控制水冷式冷凝器的水流量

高压气体制冷剂高压液体制冷剂水

① 压力变送器 ② 控制器 ③ 电动阀 ④ 截止阀 ⑤ 截止阀

技术数据

吸气管

压缩机

Danfoss Tapp_0036_41 09-2007

控制器②接收来自压力变送器AKS 33①测量的冷凝压力信号，之后向电动阀VM 2③的驱动器AMV 20发送相应的调制信号。通过这种方式，就可以调整冷却水的流量，并使冷凝压力保持恒定。

电动阀 - VM 2 材料阀体：红铜介质循环水/乙二醇水的比例可高达 30% 介质温度范围 [℃] 2 至 150 最大工作压力 [bar] 25 DN [mm] 15 至 50

控制器

冷却水流入

冷凝器

前往膨胀装置

冷却水流出

在此解决方案中，可以在控制器中配置PI或PID控制方式。

VM 2和VFG 2是电动阀，可用于区域供热，也可以用于控制制冷设备中的水流量。

应用手册

工业制冷系统的自动化控制

3.4

小结

解决方案应用优点缺点

风冷式冷凝器控制

使用分级控制器EKC 331对风扇进行分级控制

风冷式冷凝器的风扇速度控制

蒸发式冷凝器控制

使用压力控制器 RT 对蒸发式冷凝器进行分级控制

来自排气管

冷凝器

贮液器

冷凝器

主要用于热带气候地区的工业制冷行业，在气候较冷的地区则很少使用。

贮液器

适合于所有能够在减速情况下运转的冷凝器。

用于制冷量要求很大的工业制冷系统中。

分级或通过风扇变速控制风量；节能；无须用水。

启动电流低；节能噪音较低；使用寿命较长；安装简单。

与水冷式冷凝器相比，大大减少了用水量，而且比较容易进行容量控制；节能。

不适于环境温度很低的场合；使用风扇分级控制所产生的噪音较大。

不适于环境温度很低的场合。

不适合在相对湿度较高的国家或地区使用；在低温气候下，必须采取特殊的预防措施，以确保水泵在关闭时将水管中的水排出。

使用分级控制器 EKC 331 分级控制蒸发式冷凝器

水冷式冷凝器控制

使用水阀进行液体流量控制

使用电动阀控制液体流量

来自排气管

压缩机

贮液器

用于制冷量要求很大的工业制冷系统中。

水泵

冷凝器

贮液器

冷却水

冷水机组、热回收冷凝器。很容易进行容量控制。水资源匮乏时不适合使用。

流入

冷凝器

冷却水流出

冷凝器

冷却水流出

冷水机组、热回收冷凝器。易于对冷凝器和热回收进行

冷却水流入

与水冷式冷凝器相比，大大降低了用水量，而且比较容易进行容量控制；可以实现远程控制；节能。

容量控制；可以实现远程控制。

不适合在相对湿度较高的国家或地区使用；在低温气候下，必须采取特殊的预防措施，以确保水泵在关闭时将水管中的水排出。

此种类型的设备价格要远高于常规设置；水资源匮乏时不适合使用。

应用手册

工业制冷系统的自动化控制

液位控制

4.1 高压液位控制系统(HP LLRS)

液位控制在工业制冷系统的设计中是一个很重要的因素。它能控制供液，从而使液位保持恒定。

设计液位控制系统时，可能会用到两个主要不同的系统，即：

■

高压液位控制系统(HP LLRS)

■

低压液位控制系统(LP LLRS)

高压液位控制系统的典型特征：

1. 重点在系统冷凝侧的液位

2. 合适的制冷剂充注量至关重要

3. 贮液器较小，甚至不使用贮液器

4. 主要用于冷水机组以及其他制冷剂充注量较小的系

统(例如，小型冷冻设备)

设计高压液位控制系统(HP LLRS)时，应考虑以下几点：

一旦冷凝器中的制冷剂凝结为液体，这些制冷剂液体就被输送到蒸发器(低压侧)中。

液体离开冷凝器后，过冷度很小或几乎没有。当液体流向低压一端时，这是需要考虑的重要一点。如果管道或元件中出现压力损失，那么就有可能会出现闪发气体，并会导致制冷量降低。

必须准确计算制冷剂的充注量，以确保系统中有足够量的制冷剂。如果充注过量，那么蒸发器或低压循环桶中的制冷剂将溢出并导致液体进入压缩机(液击)的

低压液位控制系统的典型特征：

1. 重点在系统蒸发侧的液位

2. 贮液器通常较大

3. 制冷剂充注量(足够)大

4. 主要应用于分散系统

可以通过机械或电子控制的手段来实现这两种系统。

风险就会增大；如果系统的充注量不足，那么就无法为蒸发器提供足够的制冷剂。在设计低压容器(低压循环桶/壳管蒸发器)的尺寸时必须十分小心，既要满足所有情况下的制冷剂充注量要求，同时又避免出现液击现象。

由于上述原因，高压液位控制系统(HP LLRS)尤其适合于制冷剂充注量需求较少的系统，例如冷水机组或小型冷冻设备。冷水机组通常不需要贮液器，即使是安装导阀并为油冷却器提供制冷剂时需要使用贮液器，小型贮液器已经可以满足需求。

应用手册

工业制冷系统的自动化控制

应用范例 4.1.1：高压液位控制的机械解决方案

高压气体制冷剂高压液体制冷剂低压液体制冷剂

① 截止阀 ② 过滤器 ③ 液位控制的伺服主阀 ④ 截止阀 ⑤ 浮球阀 ⑥ 截止阀 ⑦ 截止阀

技术数据

来自冷凝器

来自排气管

贮液器

前往油冷却器

在大型的高压液位控制系统(HP LLRS)系统上，SV 1⑤ 或SV 3浮球阀用作主阀PMFH③的导阀。如上所示，当贮液器的液位高于设定液位时，浮球阀SV 1⑤会向主阀PMFH发送信号并将其打开。

PMFH 80 - 1 至 500 材料低温球墨铸铁制冷剂氨、HFC、HCFC 及 CFC 介质温度范围 [℃] 最大工作压力 [bar] 28 最大测试压力 [bar] 42 额定容量* [kW] 139 至 13900

* 工况：氨, +5/32℃, Tl = 28℃

60 至 120

前往低压循环桶

贮液器此时的功能是为SV 1浮球阀的动作提供更加稳定的信号。

浮球阀 - SV 1 及 SV 3 材料阀体：钢

制冷剂氨、HFC、HCFC 及 CFC 介质温度范围 [℃] P 波段 [mm] 35 最大工作压力 [bar] 28 最大测试压力 [bar]

Kv 值 [m3/h] SV 1：0.06

额定容量* [kW] SV 1：25

* 工况：氨, +5/32℃, Tl = 28℃

顶盖：低温铸铁

浮球：不锈钢

50 至 65

SV 3：0.14

SV 3：64

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Danfoss Flexline Application guide [zh]

Specifications and Main Features

Frequently Asked Questions

User Manual