電氣工程及其自動化畢業(yè)設(shè)計船舶冷藏集裝箱變頻節(jié)能技術(shù)研究與設(shè)計

1、<p><b>　　本科畢業(yè)設(shè)計</b></p><p>　　船舶冷藏集裝箱變頻節(jié)能技術(shù)研究與設(shè)計</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 電氣工程及其自動化 </p><p>　　學(xué)生姓名 學(xué)

2、號 </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　當(dāng)今世界，能源問題日益突出，已被列為世界五大問題之一，隨著世界

3、食品工業(yè)的發(fā)展和易腐貨物冷藏運輸量的日益擴大，船舶冷藏集裝箱得到日益廣泛的應(yīng)用。海運冷藏集裝箱流動性大，隨著外界氣溫、海水溫度、太陽輻射強度和運送貨物的變化，冷藏集裝箱制冷系統(tǒng)的顯熱和潛熱負(fù)荷隨之不斷變化。傳統(tǒng)的冷藏集裝箱制冷系統(tǒng)一般采用恒定轉(zhuǎn)速運行方式，在這種運行方式下，制冷系統(tǒng)長時間工作在最大負(fù)荷，而實際上制冷系統(tǒng)只是短時間工作在最大負(fù)荷，造成了能量浪費極大。因此，冷藏箱制冷裝置的節(jié)能也越來越引起廣泛的重視。</p>

4、<p>　　本論文的主要目的是通過分析船舶冷藏集裝箱的能量消耗、控制方式和分析制冷裝置變頻調(diào)速控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計和研究船舶冷藏集裝箱的制冷系統(tǒng)采用變頻控制技術(shù)以后的系統(tǒng)變頻特性。</p><p>　　當(dāng)冷藏集裝箱外界的負(fù)荷發(fā)生變化時，通過變頻控制技術(shù)改變集裝箱壓縮機的轉(zhuǎn)速，使得制冷量隨著負(fù)荷的變化而變化，達(dá)到制冷系統(tǒng)與負(fù)荷變化相匹配。與此同時，由于壓縮機的轉(zhuǎn)速下降，降低了其功率損耗，以達(dá)到節(jié)能的目的

5、。</p><p>　　本文除了對冷藏集裝箱制冷系統(tǒng)壓縮機變頻節(jié)能運行特性分析外，還分析了冷藏集裝箱制冷系統(tǒng)風(fēng)機變頻節(jié)能運行的基本特性。在較小的負(fù)荷時，壓縮機處于低速運轉(zhuǎn)，吸氣壓力上升，有利于降低能量消耗；制冷系統(tǒng)中還采用了電子膨脹閥進(jìn)行過熱度控制，被控對象有參數(shù)時變的特性。</p><p>　　本文分析了冷藏箱制冷系統(tǒng)各種節(jié)流元件的特點，指出了電子膨脹閥應(yīng)用的優(yōu)勢；同時還分析了電子膨脹閥

6、的啟動特性、流量特性以及系統(tǒng)在閥開度變化時的動態(tài)響應(yīng)特性。對于冷藏庫制冷系統(tǒng)停機期間如使高低壓側(cè)連通，則會產(chǎn)生所謂工質(zhì)遷移現(xiàn)象， 即冷凝器中的常溫高壓液體將逐漸流入蒸發(fā)器，使蒸發(fā)器的溫度壓力都升高。再次開機時，要重新建立壓差也需要消耗壓縮機額外一部分能量。反之，若在停機期間切斷高低壓側(cè)， 這雖然維持了蒸發(fā)器的低溫低壓，但再次啟動時，壓縮機屬于帶載啟動，電流沖擊大，也會增加能量的損失。但若是采用電子膨脹閥就會解決上述問題。具體做法是：停機

7、時令膨脹閥全關(guān)，防止冷凝器的高溫液體流入蒸發(fā)器，造成再次啟動時的能量損失。開機前，將膨脹閥全開，使系統(tǒng)高低壓側(cè)平衡，然后開機。這樣既實現(xiàn)了輕載啟動，又減少了停機中的熱損失。另外，采用電子膨脹閥可以縮短凍結(jié)時間，電子膨脹閥在凍結(jié)全過程中能做到負(fù)荷與冷量平衡，凍結(jié)效率可以得到提高，凍結(jié)時間比熱力膨脹閥也可縮短10%，同時也就減少了壓縮機的能耗。采用電子膨脹閥控制壓縮機排氣溫度可以防止因排氣溫度的升高對系統(tǒng)性能產(chǎn)生的不利影響， 同時又可省去專

8、設(shè)的安全保護(hù)器，節(jié)約成本，</p><p>　　關(guān)鍵詞：冷藏集裝箱；變頻；節(jié)能；電子膨脹閥</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Today's world, energy issues become increasingly prominent, has been listed as one of

9、the world's top five, as the world food industry and the amount of perishable goods expanding refrigerated transport, refrigerated container ships have become increasingly widely used Refrigerated shipping containers

10、 fluidity big, with the outside air temperature, water temperature, solar radiation intensity and changes in the delivery of goods, refrigerated containers refrigeration system sensible heat and lat</p><p>　

11、　The main purpose of this paper is to analyze the energy consumption of refrigerated container ship, control and analysis of refrigeration equipment frequency control technology based on the refrigerated container ship d

12、esign and research use of the refrigeration system after the system frequency control frequency characteristics.</p><p>　　When the external load of refrigerated containers changes, changes in the container t

13、hrough the inverter control the speed of the compressor, making the cooling capacity with the load change, cooling system and the load change to match. At the same time, decrease the speed of the compressor, reducing its

14、 power consumption to save energy.</p><p>　　This addition to the refrigerated container refrigeration system compressor performance analysis of energy conversion, it also analyzes the refrigerated container

15、refrigeration system fans to run the basic characteristics of frequency energy. In a smaller load, the compressor is low speed, suction pressure increases, help reduce energy consumption; refrigeration system also uses e

16、lectronic expansion valve superheat control, the plant has the characteristics of time-varying parameters.</p><p>　　This paper analyzes the freezer refrigeration system features a variety of spending compone

17、nts, points out the advantages of the application of electronic expansion valve; also analyzed the startup characteristics of electronic expansion valve, flow characteristics and system changes in the valve opening the d

18、ynamic response characteristics. Start again when the pressure also needs to re-establish an additional part of the energy consumption of the compressor. If the use of electronic expansion </p><p>　　Key word

19、s: Refrigerated containers; Frequency conversion; Energy saving; Electronic expansion valve</p><p>　　朗讀顯示對應(yīng)的拉丁字 </p><p><b>　　字典</b></p><p><b>　　朗讀</b>&l

20、t;/p><p>　　顯示對應(yīng)的拉丁字符的拼音</p><p><b>　　字典</b></p><p><b>　　朗讀</b></p><p>　　顯示對應(yīng)的拉丁字符的拼音</p><p><b>　　字典</b></p><p>

21、;<b>　　目錄</b></p><p><b>　　第1章 緒論1</b></p><p>　　第2章 船舶冷藏集裝箱節(jié)能研究概述3</p><p>　　2.1船舶冷藏集裝箱制冷節(jié)能的發(fā)展概況3</p><p>　　2.2船舶冷藏集裝箱制冷節(jié)能的意義3</p><p&

22、gt;　　2.2.1船舶冷藏集裝箱運輸?shù)陌l(fā)展3</p><p>　　2.2.2集裝箱制冷節(jié)能的意義4</p><p>　　2.3船舶冷藏集裝箱變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)的可行性4</p><p>　　第3章 船舶冷藏集裝箱制冷系統(tǒng)6</p><p>　　3.1船舶冷藏集裝箱機械式制冷裝置6</p><p>　　3.2船

23、舶冷藏集裝箱能量調(diào)節(jié)控制方式分析8</p><p>　　3.2.1 冷藏、冷凍方式下的能量和溫度調(diào)節(jié)分析8</p><p>　　3.2.2 制冷機組風(fēng)機能量調(diào)節(jié)方式分析8</p><p>　　3.3 冷藏集裝箱的變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)分析與設(shè)計9</p><p>　　3.3.1 變頻調(diào)速技術(shù)原理9</p><p>

24、　　3.3.2 變頻器的基本組成部分10</p><p>　　3.3.3 冷藏集裝箱制冷系統(tǒng)變頻器的調(diào)速控制的設(shè)計10</p><p>　　第4章 冷藏集裝箱制冷系統(tǒng)壓縮機及風(fēng)機變頻節(jié)能特性12</p><p>　　4.1 壓縮機變頻節(jié)能運行特性分析12</p><p>　　4.2 冷藏集裝箱風(fēng)機變頻節(jié)能運行與調(diào)速分析15</

25、p><p>　　4.3 蒸發(fā)器變流量特性17</p><p>　　第5章 冷藏集裝箱電子膨脹閥的應(yīng)用及特性18</p><p>　　5.1 電子膨脹閥概述18</p><p>　　5.2 電子膨脹閥的啟動特性19</p><p>　　5.3 電子膨脹閥的流量特性19</p><p>　　5

26、.4 電子膨脹閥開度變化時的系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)20</p><p><b>　　小結(jié)21</b></p><p>　　致謝錯誤!未定義書簽。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)22</b></p><p><b>　　第1章 緒論</b></p><p&

27、gt;　　我國是易腐食品的消費大國和生產(chǎn)大國，平均食物年產(chǎn)值約為3000億美元，超過20%的食物由于沒有很好地冷藏，在運輸過程中浪費掉了。僅水果、蔬菜等農(nóng)產(chǎn)品在采摘、運輸、儲存等物流環(huán)節(jié)上損失率就達(dá)25%至30%，每年有總值約92.5億美元的農(nóng)產(chǎn)品在運輸過程中損失掉。在近幾年，我國食物的年產(chǎn)值又增加10%，在這其中有一部分又銷往國外，使得我國的水果、蔬菜及鮮活貨運輸量的迅猛增長。鐵路、公路和船舶冷藏運輸越來越多的使用各類冷藏集裝箱。&l

28、t;/p><p>　　從2000年以來冷藏集裝箱運輸以強勁的態(tài)勢不斷增長。100多年來，北美和歐洲一直是全球保險產(chǎn)品規(guī)模最大的市場，而盛產(chǎn)新鮮水果、蔬菜、魚肉和乳制品的南美洲、南非和澳大利亞等南半球國家和地區(qū)成為北美和歐洲保鮮產(chǎn)品消費市場的主要供應(yīng)基地，由冷藏船、冷藏車和冷藏庫等經(jīng)營業(yè)者組成的冷藏供應(yīng)鏈隊伍在相繼壯大。德魯里航運咨詢中心預(yù)計，到2012年全球冷藏食品和其它產(chǎn)品總共有6500萬噸需要冷鏈服務(wù)支持，其中大

29、約有2200萬噸需要冷藏船、3600萬噸需要冷藏集裝箱從產(chǎn)地運往世界各地市場。全球冷藏品貨運總量中的絕大部分是由遠(yuǎn)洋運輸承運完成的，而且集裝箱船舶冷藏品運力和運量均呈現(xiàn)持續(xù)擴大的趨勢。以冷藏集裝箱運輸為主體的全球冷鏈服務(wù)需求在可以預(yù)見的將來是供不應(yīng)求的。</p><p>　　冷藏集裝箱運輸是一種可實現(xiàn)“門到門”的現(xiàn)代化運輸方式，現(xiàn)以成為全球各個國家之間進(jìn)行貿(mào)易的重要手段。因此，研究冷藏集裝箱運行特性，提高制冷裝置

30、的制冷效率和經(jīng)濟性成為了人們研究的課題。</p><p>　　海運冷藏集裝箱流動性大，隨著外界氣溫、海水溫度、太陽輻射強度和運送貨物的變化，冷藏集裝箱制冷系統(tǒng)的顯熱和潛熱負(fù)荷隨之不斷變化。傳統(tǒng)的冷藏集裝箱制冷系統(tǒng)一般采用恒定轉(zhuǎn)速運行方式，在這種運行方式下，制冷系統(tǒng)長時間工作在最大負(fù)荷，而實際上制冷系統(tǒng)只是短時間工作在最大負(fù)荷，造成了能量浪費極大。</p><p>　　20世紀(jì)80年代，由于

31、電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了變頻調(diào)速技術(shù)，它的出現(xiàn)逐步取代了其他交流電機調(diào)速方法，乃至直流電機調(diào)速，而成為電氣傳動的中樞，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。</p><p>　　在船舶冷藏集裝箱的制冷系統(tǒng)中采用制冷壓縮機和風(fēng)機的變頻調(diào)速技術(shù)，隨時改變其輸入的功率。改變壓縮機的轉(zhuǎn)速，在一定范圍內(nèi)連續(xù)的進(jìn)行能量調(diào)節(jié)，是制冷劑的質(zhì)量流量發(fā)生變化，從而改變機組的制冷量，使其與負(fù)荷達(dá)到最佳匹配，實現(xiàn)制冷系統(tǒng)的節(jié)

32、能。變頻技術(shù)的應(yīng)用一方面可以實現(xiàn)壓縮機和風(fēng)機的節(jié)能，減少制冷裝置頻繁開啟—停機對電網(wǎng)的沖擊和電力浪費，延長了制冷裝置的使用壽命；另一方面，對風(fēng)機的變頻調(diào)速，減少了貨物的干縮，保證了貨物運輸?shù)馁|(zhì)量。</p><p>　　我國約有19500TEU冷藏集裝箱，如果都采用壓縮機和冷風(fēng)機變頻調(diào)速技術(shù)，節(jié)能效率將大大提高，社會經(jīng)濟效益也十分顯著。目前變頻調(diào)速技術(shù)在船舶冷藏集裝箱的制冷機組上的應(yīng)用還沒普及，而采用了變頻節(jié)能技術(shù)

33、可以有效的避免制冷裝置由于頻繁的啟動-停機所造成的能量損耗。其次，變頻制冷運轉(zhuǎn)在低負(fù)荷的時候能節(jié)能，在這種情況下能大幅度地提高能源效率的特性，由于變頻制冷處于低負(fù)荷運行狀態(tài)與壓縮機容量相比，熱交換器的容量比率大大提高，從而大大降低了壓縮機的功率損耗。在冷藏集裝箱上使用變頻節(jié)能技術(shù)能提高COP值，在一般情況下人們都是根據(jù)冷藏集裝箱的最大負(fù)荷情況來選配機組的，滿負(fù)荷狀態(tài)的工作時間一般為10%~20%，機組制冷量的過剩位制冷劑蒸發(fā)不夠充分，不

34、符合規(guī)定的出口過熱度。這時，熱力膨脹閥關(guān)小，制冷劑流動阻力大，流量下降，機組制冷量下降，知道與負(fù)荷達(dá)到平衡。蒸發(fā)溫度下降，壓縮功率增加，制冷劑的流動損耗變大，而采用變頻節(jié)能技術(shù)則能減少損耗。</p><p>　　第2章 船舶冷藏集裝箱節(jié)能研究概述</p><p>　　20世紀(jì)70年代以來，隨著世界食品工業(yè)的發(fā)展和易腐貨物冷藏運輸量的日益擴大，船舶冷藏集裝箱得到日益廣泛的應(yīng)用，冷藏集裝箱制冷

35、裝置的總能耗也不斷增加。因此，冷藏集裝箱的制冷節(jié)能技術(shù)越來越受到廣泛的重視，各國專家對于如何減少制冷裝置能耗及提高制冷效率作了很多的研究。</p><p>　　2.1船舶冷藏集裝箱制冷節(jié)能的發(fā)展概況</p><p>　　自制冷機組開始采用原始的自動控制裝置至上世紀(jì)60年代后期，以簡單的制冷裝置（電磁閥、繼電器、熱力膨脹閥等）為主導(dǎo)，隨著控制方式的改進(jìn)，制冷自控元件進(jìn)一步開始采用標(biāo)準(zhǔn)電信號傳

36、遞發(fā)展。1980年美國PENN、ALCO、HOKE公司研制出了電子膨脹閥。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流調(diào)速系統(tǒng)中的變頻調(diào)速技術(shù)也得到了發(fā)展。80年代初，大賣的DANFOSS公司推出了VLT型變頻調(diào)節(jié)器，廣泛的應(yīng)用于制冷系統(tǒng)中的冷風(fēng)機驅(qū)動和制冷壓縮機中。</p><p>　　60年代后期，制冷系統(tǒng)控制方式以最簡單的雙位調(diào)節(jié)與直接作用或比例調(diào)節(jié)為主要特征。到了70年代，制冷裝置的自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)開始引入了控制精度較高的比

37、例積分調(diào)節(jié)系統(tǒng)（簡稱PI控制）。80年代初，由于比例積分調(diào)節(jié)系統(tǒng)、串級調(diào)節(jié)、補償調(diào)節(jié)等自動控制在制冷裝置中的應(yīng)用，使制冷自動化得到了發(fā)展。隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、控制技術(shù)和計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，使冷藏集裝箱制冷系統(tǒng)中的能量損耗不斷下降，控制精度也不斷。</p><p>　　在世界第二次石油危機之后，全球各個國家都在研究制冷裝置的最節(jié)能控制方式，開始了制冷系統(tǒng)動態(tài)特性的研究，從原來的只對制冷設(shè)備元件的節(jié)能到對

38、制冷裝置各個元件的參數(shù)與尺寸的最佳匹配來進(jìn)行節(jié)能。</p><p>　　2.2船舶冷藏集裝箱制冷節(jié)能的意義</p><p>　　2.2.1船舶冷藏集裝箱運輸?shù)陌l(fā)展</p><p>　　20世紀(jì)60年代后期國際集裝箱化運輸迅速崛起，徹底改變了海上運輸?shù)母窬帧?0年代采用了全金屬的隔熱集裝箱與冷藏集裝箱來運輸。80年代把原來傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的全鋼冷藏集裝箱改成了新型的全鋁冷藏集

39、裝箱，受到了廣泛的應(yīng)用。在20世紀(jì)90年代，冷藏集裝箱多式聯(lián)運的興起和新技術(shù)的不斷發(fā)展，進(jìn)一步促進(jìn)了冷藏集裝箱運輸?shù)陌l(fā)展和廣泛應(yīng)用。由于世界各國進(jìn)出口的易腐商品迅速增加，海運冷藏集裝箱也發(fā)展迅速。由于集裝化運輸?shù)姆奖?、快捷等?yōu)勢，使得集裝箱運輸發(fā)展日新月異。</p><p>　　到2000年為止，世界上擁有1430萬TEU的集裝箱，其中包括遠(yuǎn)洋船舶運輸箱1360萬TEU，沿?；騼?nèi)陸地區(qū)箱量為68萬TEU。在過去1

40、0年中，全球集裝箱每年以近11%的平均速度增長。隨著全球海上運輸用冷藏集裝箱的數(shù)量迅速增加，其生產(chǎn)制造和控制新技術(shù)也不斷運用于集裝箱上。在集裝箱外殼材料上采用鋁合金外殼而不是以前的不銹鋼外殼，在整個泡沫絕緣材料隔熱層采用硬質(zhì)聚氨醋泡沫塑料，這樣在降低箱體重量的同時還能保持足夠的強度。隨著控制技術(shù)的發(fā)展，使得冷藏集裝箱調(diào)控更先進(jìn)、更完善、更可靠，能夠控制箱內(nèi)溫度在0.1℃內(nèi)。另外在冷藏集裝箱的控制、故障檢測和記錄上也應(yīng)用了計算機技術(shù)，并且

41、氣調(diào)冷藏集裝箱也得到了很大的發(fā)展，通過氣調(diào)可以控制箱內(nèi)二氧化碳和氧氣等的含量來達(dá)到果蔬等冷藏貨的最佳運輸環(huán)境。</p><p>　　2.2.2集裝箱制冷節(jié)能的意義</p><p>　　制冷行業(yè)是能源消耗很大的行業(yè)，據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，我國的制冷空調(diào)設(shè)備的年耗電量約占全國年耗電量的5%~6%,夏季占季節(jié)發(fā)電量的18%~20%，部分經(jīng)濟發(fā)達(dá)地區(qū)甚至更多。由此可見，制冷行業(yè)的節(jié)能對于解決能源問題有著

42、重要作用。隨著世界各國易腐食品的生產(chǎn)、流通和消費的不斷增長，給低溫貯藏食品和全球運輸帶來了市場商機和發(fā)展前景，被譽為“海上活動冷庫”的船舶冷藏集裝箱是首選的運輸工具。而遠(yuǎn)洋冷藏船和全冷藏集裝箱船能耗是很巨大的，所以研究冷藏集裝箱制冷裝置的節(jié)能技術(shù)是必須的。</p><p>　　海運冷藏集裝箱流動性大，隨著外界的氣溫、海水溫度、太陽輻射強度和運送貨物的變化，冷藏集裝箱制冷系統(tǒng)的顯熱和潛熱負(fù)荷隨之不斷變化。傳統(tǒng)的冷藏

43、集裝箱制冷系統(tǒng)一般采用恒定轉(zhuǎn)速運行方式，在這種運行方式下，制冷系統(tǒng)長時間工作在最大負(fù)荷，而實際上制冷系統(tǒng)只是短時間工作在最大負(fù)荷，造成了能量浪費極大。特別是亞歐、亞美航線上船舶冷藏集裝箱制冷系統(tǒng)長時間處在40%~90%的負(fù)荷下運轉(zhuǎn)，能耗十分巨大。</p><p>　　目前全球有上百萬的冷藏集裝箱在運營，船舶冷藏集裝箱從北半球橫跨赤道運輸?shù)侥习肭?，由于外界溫度變化，冷藏集裝箱的熱負(fù)荷也會隨之變化，此時要維持冷藏、保

44、溫貨物在各自最佳溫度狀態(tài)下，以便保持易腐貨物的質(zhì)量，并且實現(xiàn)制冷節(jié)能。這對于集裝箱制冷機組意義非凡。</p><p>　　2.3船舶冷藏集裝箱變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)的可行性</p><p>　　船舶冷藏集裝箱現(xiàn)已成為國際貿(mào)易中的一種重要運輸方式，是運輸易腐貨物的海上活動冷庫，隨著國際冷藏集裝箱運輸業(yè)的發(fā)展，研究冷藏集裝箱運行特性、提高制冷裝置的效率和經(jīng)濟效益成為了世界廣泛重視的課題。西歐、北美和

45、日本等發(fā)達(dá)國家的冷藏鏈建設(shè)已接近100%。船舶冷藏集裝箱以自帶制冷機組的內(nèi)藏式機械制冷箱為主，這種制冷箱需要大量電能。因此研究節(jié)能技術(shù)已刻不容緩。</p><p>　　傳統(tǒng)的船舶冷藏集裝箱制冷系統(tǒng)壓縮機一般都是采用恒定的轉(zhuǎn)速運行，制冷壓縮機和風(fēng)機的設(shè)計和選型都是以其制冷量是否能夠滿足最大負(fù)荷為基礎(chǔ)的，但是事實上制冷系統(tǒng)只是在較短的時間工作在最大負(fù)荷下，其他時間都是處于40%~90%的額定負(fù)荷下工作的。海運冷藏集裝

46、箱流動性大，隨著外界的氣溫、海水溫度、太陽輻射強度和運送貨物的變化，使得冷藏集裝箱制冷系統(tǒng)熱負(fù)荷不斷變化。傳統(tǒng)的冷藏集裝箱一般只有有ON-OFF控制，壓縮機和冷凝風(fēng)機達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定的溫度后就會停止工作，這樣的控制方式能量的利用率很低。此時，冷藏集裝箱的制冷系統(tǒng)要警醒能量調(diào)節(jié)，才能使冷藏集裝箱制冷系統(tǒng)在相應(yīng)的負(fù)荷下達(dá)到制冷量與負(fù)荷的匹配?，F(xiàn)行能量調(diào)節(jié)方式中變頻調(diào)節(jié)是已被證明能量損耗最小的調(diào)節(jié)方式，得到了廣泛應(yīng)用。船舶冷藏集裝箱變頻調(diào)速節(jié)能的

47、主要途徑有兩個方面：（1）采用低能耗機組對壓縮機和風(fēng)機進(jìn)行變頻控制與優(yōu)化設(shè)計，以此來提高冷藏集裝箱制冷裝置的性能；（2）改善冷藏集裝箱的自動控制。在變頻調(diào)速的時候，我們結(jié)合電子膨脹閥良好的過熱度調(diào)節(jié)和蒸發(fā)器過熱度調(diào)節(jié)規(guī)律的動態(tài)特性，保證了冷藏集裝箱制冷系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，保持制冷裝置的最佳控制，使節(jié)能效果日趨顯著。</p><p>　　因此，我們采取了熱力膨脹閥的改進(jìn)或使用電子膨脹閥與變頻器相結(jié)合的方法來提高溫度控制

48、的精度，實現(xiàn)了船舶冷藏集裝箱制冷壓縮機、冷凝風(fēng)機、蒸發(fā)器風(fēng)機的變頻運行的可行性和變頻特性，最終達(dá)到了降低運輸成本、提高制冷效果和節(jié)約能源的目的。</p><p>　　第3章 船舶冷藏集裝箱制冷系統(tǒng)</p><p>　　3.1船舶冷藏集裝箱機械式制冷裝置</p><p>　　目前冷藏集裝箱大部分采用了的是機械式冷藏集裝箱，制冷機組內(nèi)置于隔熱箱內(nèi)，使隔熱箱符合標(biāo)準(zhǔn)要求，

49、有利于裝卸冷藏集裝箱。冷藏集裝箱的制冷系統(tǒng)需要電源驅(qū)動，于是有的冷藏集裝箱自帶了一個柴油發(fā)電機組，這個發(fā)電機組和制冷機組一起內(nèi)置于冷藏集裝箱中，這種冷藏集裝箱的制造成本較高，而且由于發(fā)電機組和制冷機組都內(nèi)置于箱中，使得內(nèi)部容積減少，裝貨有限，因此應(yīng)用較少。還有一種比較合理解決電源問題的方式是采用一種外掛式柴油發(fā)電機組，這樣既方便拆卸，又不會減少箱內(nèi)容積，因此應(yīng)用較多。冷藏集裝箱制冷機組的結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。</p><

50、;p>　　圖3.1 冷藏制冷機組</p><p>　　1、1#蒸發(fā)器風(fēng)機出入口蓋板 2、加熱器、膨脹閥進(jìn)出口蓋板 </p><p>　　3、裝卸鏟槽 4、電控箱 5、壓縮機 6、標(biāo)牌 7、冷凝風(fēng)扇 8、資</p><p>　　料收集通訊接口（IC） 9、TIR蓋板鉛封 10、高位新鮮空氣通風(fēng)口</p><p>　　11、2#蒸發(fā)

51、器風(fēng)機出入口蓋板</p><p>　　冷藏集裝箱的制冷系統(tǒng)有兩種：一種是帶有儲液器的制冷系統(tǒng)，一種是帶有水冷冷凝器的制冷系統(tǒng)，分別如圖3.2、圖3.3所示。</p><p>　　圖3.2 儲液器制冷系統(tǒng)原理圖</p><p>　　圖3.3 水冷冷凝器式制冷系統(tǒng)</p><p>　　1、吸氣調(diào)節(jié)閥 2、吸氣壓力傳感器 3、排氣壓力傳感器 4、高

52、壓保護(hù)開關(guān) 5、</p><p>　　排氣工作閥 6、排氣壓力調(diào)節(jié)閥 7、風(fēng)冷式冷凝器 8、蒸發(fā)器 9、膨脹閥 10、</p><p>　　外部平衡管 11、膨脹閥感溫包 12、冷熱交換器 13、安全閥 14、冷媒鏡 15、</p><p>　　冷凝壓力傳感器 16、冷媒濕度指示儀 17、儲液器 18、液體管線工作閥 19、干</p><p>

53、;　　燥過濾器 20、冷卻膨脹閥 21、吸氣調(diào)節(jié)電磁閥 22、安全閥 23、水冷冷凝器</p><p>　　冷卻系統(tǒng)的全過程是:由吸氣調(diào)節(jié)電磁閥和吸氣調(diào)節(jié)閥把蒸發(fā)器內(nèi)制冷劑氣體吸入后經(jīng)過壓縮機壓縮變成高溫高壓氣體,然后經(jīng)過高壓氣體壓力限制器(當(dāng)壓力大于5kg/cm2時開啟)進(jìn)入冷凝器,通過冷卻后變成常溫高壓液體流入儲液器,經(jīng)過干燥過濾后,其中的一部分液體經(jīng)過膨脹閥節(jié)流轉(zhuǎn)而進(jìn)入壓縮機吸氣端并對壓縮機冷卻;通過過熱交

54、換器和膨脹閥那部分液體則進(jìn)入蒸發(fā)器蒸發(fā),由液體變成氣體,完成一個周期。</p><p>　　3.2船舶冷藏集裝箱能量調(diào)節(jié)控制方式分析</p><p>　　3.2.1 冷藏、冷凍方式下的能量和溫度調(diào)節(jié)分析</p><p>　　冷藏集裝箱的熱負(fù)荷在隨著船舶的不斷變化也在不停的變化，不同的貨物本身的設(shè)定的溫度也不相同，因此冷藏集裝箱的制冷系統(tǒng)要能夠很據(jù)不同的要求進(jìn)行能量的

55、調(diào)節(jié)，才能是冷藏集裝箱的制冷量和熱負(fù)荷相匹配。一般情況下，船舶冷港集裝箱的工作環(huán)境的溫度在-30℃ ~+50℃之間，集裝箱箱內(nèi)的溫度則在-30℃~+25℃之間，所以分為了冷藏和冷凍兩種方式。</p><p>　　在冷藏工作狀態(tài)下，以供氣溫度為控制溫度進(jìn)行正常的供氣溫度持續(xù)控制。此時，集裝箱運轉(zhuǎn)有5個狀態(tài)：⑴全制冷運轉(zhuǎn)；⑵使用高溫氣體控制隨動調(diào)節(jié)閥的容量控制；⑶容量控制結(jié)合低熱運轉(zhuǎn)；⑷低熱運轉(zhuǎn)；⑸高熱運轉(zhuǎn)。其主要的

56、工作流程為：在冷藏運轉(zhuǎn)時，控制系統(tǒng)處于全制冷或者低熱檔上，當(dāng)供氣溫度高于設(shè)定溫度時制冷裝置將進(jìn)行全制冷運轉(zhuǎn)；而當(dāng)供氣溫度達(dá)到設(shè)定溫度時，控制系統(tǒng)則轉(zhuǎn)換到容量控制檔運轉(zhuǎn)。當(dāng)制冷系統(tǒng)從低熱擋運轉(zhuǎn)時，如果供氣溫度低于設(shè)定溫度2℃，那么這個就是低熱擋運轉(zhuǎn)時的下限溫度制冷機組將轉(zhuǎn)換到高熱檔運轉(zhuǎn)，相反的，如果供氣溫度高于設(shè)定溫度1.5℃時，那么這個溫度就是低熱運轉(zhuǎn)檔得上限溫度，制冷機組會轉(zhuǎn)換到容量控制加低熱檔運轉(zhuǎn)。</p><p

57、>　　在這轉(zhuǎn)換過程中，主要是依靠電子膨脹閥的控制條件和蒸發(fā)器出口過熱度來控制的。當(dāng)電子膨脹閥的控制條件持續(xù)保持在一定值達(dá)10分鐘時，容量控制運轉(zhuǎn)將轉(zhuǎn)換到容量控制加低熱運轉(zhuǎn)檔；而當(dāng)電子膨脹閥的控制條件在10分鐘以下時，容量控制加地?zé)徇\轉(zhuǎn)檔則會轉(zhuǎn)換到容量控制檔運轉(zhuǎn)。于是，根據(jù)隨動調(diào)節(jié)閥的開度、設(shè)定過熱度和溫度的偏差使運轉(zhuǎn)檔變化的條件如下：</p><p>　?、?容量控制加低熱→容量控制的必要條件</p&

58、gt;<p>　?、?設(shè)定過熱度小于系統(tǒng)設(shè)定值（隨動調(diào)節(jié)閥開度大于系統(tǒng)設(shè)定值）和溫度偏差大于設(shè)定值且保持10分鐘；</p><p>　　② 溫度偏差大于系統(tǒng)設(shè)定值且保持20分鐘。</p><p>　　⑵ 容量控制→容量控制加低熱運轉(zhuǎn)檔的條件</p><p>　　① 設(shè)定過熱度大于系統(tǒng)設(shè)定值（隨動調(diào)節(jié)閥的開度大于系統(tǒng)設(shè)定值）和溫度偏差小于設(shè)定值且保持10

59、分鐘；</p><p>　?、?溫度偏差小于系統(tǒng)設(shè)定值且保持20分鐘。</p><p>　　當(dāng)溫度偏差小于系統(tǒng)設(shè)定值和隨動調(diào)節(jié)閥的開度小于系統(tǒng)設(shè)定值時，制冷系統(tǒng)將從容量控制加低熱檔轉(zhuǎn)換到低熱檔運轉(zhuǎn)。</p><p>　　在冷凍工作狀態(tài)下，以供氣溫度和回氣溫度兩者中較高溫度問控制溫度進(jìn)行正常的供氣/回氣溫度ON/OFF控制，這樣可以用來控制冷藏集裝箱內(nèi)部溫度維持在設(shè)定

60、的溫度。冷藏集裝箱冷凍工況運轉(zhuǎn)分為3個檔：⑴全制冷；⑵低循環(huán)，風(fēng)扇工作；⑶低熱運轉(zhuǎn)。當(dāng)供氣溫度和回氣溫度中較高的那個溫度低于設(shè)定的溫度是，系統(tǒng)初始檔在低循環(huán)，風(fēng)扇工作檔運轉(zhuǎn)，當(dāng)偏離設(shè)定的溫度超出各自運轉(zhuǎn)檔的范圍時，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到下個檔運轉(zhuǎn)。</p><p>　　3.2.2 制冷機組風(fēng)機能量調(diào)節(jié)方式分析</p><p>　　在蒸發(fā)器風(fēng)機的能量調(diào)節(jié)控制中，除去除霜工況外，其他的都將始終運轉(zhuǎn)。在制冷

61、工況時，風(fēng)機延時20秒啟動，而在制熱工況下則沒有延時。目前使用的冷藏集裝箱的蒸發(fā)器風(fēng)機為了能達(dá)到最佳的控制溫度和節(jié)能，通常我們都采用變極調(diào)速。蒸發(fā)器風(fēng)機的變極調(diào)速是通過改變驅(qū)動電機的極對數(shù)，2/4個極對數(shù)的變換來達(dá)到蒸發(fā)器風(fēng)機轉(zhuǎn)速在高速和低速下的調(diào)節(jié)。但是這種方式明顯不能適應(yīng)冷藏集裝箱變負(fù)荷下的風(fēng)量要求。在冷凝器風(fēng)機的能量調(diào)節(jié)控制中，在制冷運轉(zhuǎn)檔運轉(zhuǎn)時一般始終運轉(zhuǎn)，而且是恒速運轉(zhuǎn)。</p><p>　　傳統(tǒng)的壓縮

62、機能量調(diào)節(jié)一般都采用了ON/OFF控制，當(dāng)溫度達(dá)到控制溫度范圍內(nèi)，壓縮機停止運轉(zhuǎn)，以此來進(jìn)行壓縮機間歇運行的能量調(diào)節(jié)。但是這種方式存在能量浪費，不能滿足海上冷藏貨運的多變負(fù)荷要求。</p><p>　　而在冷藏集裝箱上采用變頻技術(shù)節(jié)能有許多的優(yōu)勢：⑴減少對電網(wǎng)電壓的沖擊；⑵可以實現(xiàn)快速制冷、制熱；⑶高精度的溫度控制；⑷可以實現(xiàn)制冷裝置的節(jié)能；⑸變頻制熱運行時可以改善制冷、制熱系統(tǒng)的低溫特性。因此我們在船舶冷藏集裝

63、箱的制冷系統(tǒng)中使用了變頻調(diào)速技術(shù)，對系統(tǒng)的壓縮機、風(fēng)機和電動機進(jìn)行了變頻驅(qū)動，有效的減少了能耗，降低了運營成本，同時還提高了冷藏箱內(nèi)溫度、濕度的控制精度。</p><p>　　3.3 冷藏集裝箱的變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)分析與設(shè)計</p><p>　　3.3.1 變頻調(diào)速技術(shù)原理</p><p>　　在電機原理中，異步電動機的旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速為：</p><

64、;p><b>　　（3-1）</b></p><p>　　式中：ns——旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)速（r/min）；</p><p>　　f1——電子頻率（Hz）；</p><p><b>　　p——磁極對數(shù)。</b></p><p>　　而異步電動機的轉(zhuǎn)速為：</p><p><

65、;b>　?。?-2）</b></p><p>　　式中：s——異步電動機的轉(zhuǎn)差率，。轉(zhuǎn)差率是異步電動機的一個基本參數(shù)，異步電動機在電動運行下，n<ns,0<s<1，空載（無轉(zhuǎn)矩）轉(zhuǎn)差率在0.5%以下，滿載（產(chǎn)生額定轉(zhuǎn)矩）轉(zhuǎn)差率在5%以下。改變異步電動機的電子頻率f1、磁極對數(shù)p和轉(zhuǎn)差率s中的任意一個，都可以改變電動機轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)調(diào)速的目的。</p><p&

66、gt;　　異步電動機的主磁通是定子和轉(zhuǎn)子合成磁動勢產(chǎn)生的，根據(jù)電機原理，三相異步電動機定子每相電動勢的有效值為：</p><p><b>　　（3-3）</b></p><p>　　式中：E1——定子每相電動勢的有效值（V）；</p><p>　　f 1——定子頻率（Hz）；</p><p>　　N1——定子繞組有效的匝

67、數(shù)；</p><p>　　Фm——每級磁通量（Wb）。</p><p>　　由上式可知，Фm的值是由f 1和 E1一起決定的，對 E1和 f 1適當(dāng)設(shè)定，就可以使每級磁通量Фm保持額定值。</p><p>　　3.3.2 變頻器的基本組成部分</p><p>　　一般變頻器分為交流—直流—交流和交流—交流兩種。它是由主回路（包括整流器、中間直

68、流環(huán)節(jié)、逆變器）、控制回路組成，如圖3.4所示。</p><p>　　圖3.4 變頻器的基本組成</p><p>　　圖中的整流器是電網(wǎng)側(cè)的變流器，用來把交流整流成直流；逆變器是負(fù)載側(cè)的變流器，通過改變?nèi)鄻蚴侥孀冸娐分械闹鏖_關(guān)的通斷來得到想要的交流電；中間直流環(huán)節(jié)是用來換中異步電動機側(cè)的無功能量；控制電路通常由運算電路、檢測電路、控制信號的輸入、輸出和驅(qū)動電路等構(gòu)成，主要控制逆變器開關(guān)和

69、整流器電壓來完成各種保護(hù)功能。</p><p>　　3.3.3 冷藏集裝箱制冷系統(tǒng)變頻器的調(diào)速控制的設(shè)計</p><p>　　由前面分析可知，要使Фm保持額定值，就要對 E1和 f 1適當(dāng)?shù)目刂啤Ｔ诨l以下的恒磁通變頻調(diào)速時，在E1和 f 1的值較高時，定子的漏阻抗壓降相對比較小，可以忽略，因此我們近似認(rèn)為定子電壓U= E1；在頻率較低時，E1和U都變小，此時電子的漏阻抗壓降不能忽略，此時

70、適當(dāng)?shù)翁岣遀可以補償電子電阻壓降的影響，保持主磁通基本不變。</p><p>　　冷藏集裝箱制冷系統(tǒng)的變頻器調(diào)速節(jié)能控制實質(zhì)上就是通過變頻器控制壓縮機、風(fēng)機的三相交流電動機的驅(qū)動，使得壓縮機、風(fēng)機的轉(zhuǎn)速保持在最佳的工作狀態(tài)，適應(yīng)冷藏集裝箱變負(fù)荷的特性，同時還能達(dá)到能量的最低損耗。</p><p>　　船舶冷藏集裝箱制冷系統(tǒng)變頻節(jié)能控制的方式有三種：1、VVVF控制，屬于開環(huán)控制，搞改變頻率

71、的設(shè)定值來進(jìn)行改變轉(zhuǎn)速的，精度較差。2、在VVVF控制基礎(chǔ)上添加一個速度傳感器來檢測異步電動機的轉(zhuǎn)速，求出轉(zhuǎn)差角頻率，然后把角頻率與速度的設(shè)定值想等價作為逆變器的頻率設(shè)定值，這種方式就比原來的有了較高精度的轉(zhuǎn)差頻率控制。3、采用矢量控制，利用坐標(biāo)變換的手段，把異步電動機的定子電流分解成磁場分量電流和轉(zhuǎn)矩分量電流，然后分別控制這兩個分量，就可以是制冷系統(tǒng)從零轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，調(diào)速范圍寬，同時還可以精確控制轉(zhuǎn)矩，加快系統(tǒng)響應(yīng)和速度特性。本論文設(shè)

72、計的變頻節(jié)能的理論框圖如圖所示。</p><p>　　圖3.5 設(shè)計的變頻調(diào)速節(jié)能框圖</p><p>　　變頻調(diào)速在低頻時節(jié)能效果比較明顯，偏低值越大，節(jié)能效果越好；相反的，在高頻的時候效果就不明顯了，于是，我們在風(fēng)機類負(fù)載是，在高風(fēng)量區(qū)直接把工頻電源驅(qū)動恒定轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，當(dāng)實際風(fēng)量低于設(shè)定風(fēng)量就可以用變頻來控制了。在脫離工頻電源的電動機完全停止運轉(zhuǎn)前，仍回有一定的參與電壓，并且有瞬時轉(zhuǎn)速。

73、所以不能直接切換到變頻器拖動，而是附加一套裝置來通過電動機殘留電壓來檢測旋轉(zhuǎn)頻率并且把檢測出來的頻率作為輸出頻率來驅(qū)動電動機，這樣就可以使輸出頻率與電壓和電動機的對應(yīng)量相符合，實現(xiàn)平滑無沖擊的切換。</p><p>　　在變頻調(diào)速從低速到高速時達(dá)到最佳的能源利用率，我們在工頻切換的時候要采用非同步切換和同步切換。非同步切換是直接將電動機從變頻器系統(tǒng)中切離，把電動機直接串入啟動電抗器的工頻電源，在切換的時候電動機會

74、進(jìn)入停車狀態(tài)對制冷系統(tǒng)穩(wěn)定運行不利。因此，一般在冷藏集裝箱中采用同步切換，即在切換的時候把電動機加速，使得逆變器的輸出電壓的相位與工頻電源相位同步，然后把電動機瞬間切離變頻器，再瞬間接入工頻電源，達(dá)到平滑無沖擊切換。</p><p>　　第4章 冷藏集裝箱制冷系統(tǒng)壓縮機及風(fēng)機變頻節(jié)能特性</p><p>　　目前，國內(nèi)外冷藏集裝箱所采用的制冷系統(tǒng)中的壓縮機主要由Carrier公司、Mits

75、ubishi公司和thermocking公司所提供的。在整個制冷系統(tǒng)中，我們不難發(fā)現(xiàn)壓縮機在制冷裝置之中是能耗最大的，變頻調(diào)速控制也是首先對制冷壓縮機進(jìn)行變頻控制的。因此，本章節(jié)對冷藏集裝箱壓縮機的變頻特性進(jìn)行了分析。</p><p>　　4.1 壓縮機變頻節(jié)能運行特性分析</p><p>　　制冷壓縮機采用變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行能量調(diào)節(jié)，使得制冷壓縮機的制冷量和冷藏集裝箱制冷系統(tǒng)負(fù)荷相匹配，并

76、且使制冷機組在負(fù)荷條件不斷變化中具有較高的能效比。以下我們以渦旋式變頻制冷壓縮機為例。渦旋式變頻制冷壓縮機是交流異步變額式電動機驅(qū)動曲軸旋轉(zhuǎn)，利用電源頻率的改變使異步電動機的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，以此來連續(xù)調(diào)節(jié)制冷系統(tǒng)使其達(dá)到制冷能力的目的。一般情況下，變頻調(diào)速頻率變化在30—120Hz之間，轉(zhuǎn)速變化在1600——6200r/min之間。壓縮機的驅(qū)動裝置是異步電動機，在前面章節(jié)我們得到了異步電動機的旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速和異步電動機的轉(zhuǎn)速，由此可見，只

77、要能改變異步電動機的輸入頻率就能實現(xiàn)無級調(diào)速，改變壓縮機的排氣量，調(diào)節(jié)制冷劑的循環(huán)量，最終實現(xiàn)可變?nèi)萘恐评溲h(huán)。</p><p>　　由于制冷壓縮機有特定的負(fù)載特性，并不是只要改變了電動機的輸入頻率就可以讓壓縮機正常運行。在一般情況下，制冷壓縮機的負(fù)載為恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，此時我們大多采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）來進(jìn)行變頻控制。其工作原理圖如下</p><p>　　圖4.1 制冷壓縮機變頻控制原理圖

78、</p><p>　　壓縮機的功耗可以表示為</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　（4-2）</b></p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　式中 K效——單位制冷量的有效功耗；<

79、/p><p>　　C ——壓縮機的結(jié)構(gòu)參數(shù)；</p><p>　　Q ——制冷裝置的制冷量；</p><p>　　qv —— 單位容積的制冷量；</p><p><b>　　λ——輸氣系數(shù)；</b></p><p><b>　　N——轉(zhuǎn)速；</b></p>

80、<p>　　H1-4——各狀態(tài)點的焓值；</p><p>　　ηm——機械效率；</p><p><b>　　η1——絕熱效率。</b></p><p>　　由此我們得到壓縮機的功耗Q與單位制冷量的有效功耗K效成正比。Q即。</p><p>　　而壓縮機的電機輸入功率為：</p><p&g

81、t;<b>　?。?-4）</b></p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　由上述公式可見，壓縮機得理想功率和成正比，其中Ma為質(zhì)量流量，ps為吸氣密度。</p><p>　　壓縮機的實際排氣量為：</p><p><b>　　（4-6）</b>&l

82、t;/p><p>　　由上述公式得出，在外界熱負(fù)荷變化時，降低制冷壓縮接的轉(zhuǎn)速可以減少對壓縮機單位時間內(nèi)的制冷劑氣體的排量，從而改變制冷系統(tǒng)的制冷量，使其與熱負(fù)荷相匹配。同時壓縮機的實際輸入功率也會降低，達(dá)到降低功率損耗、節(jié)約能量的效果。</p><p>　　壓縮機隨著轉(zhuǎn)速的下降，摩擦力所作的功隨之下降，而絕熱效率卻是隨著轉(zhuǎn)速的下降而升高，此時蒸發(fā)器和冷凝器容積不變，在相同條件下，冷凝器溫度下

83、降而蒸發(fā)溫度上升，使變小。因此，當(dāng)外界負(fù)荷變小時，壓縮機轉(zhuǎn)速下降，使單位制冷量的有效功耗大大降低，即壓縮機功耗減小。</p><p>　　壓縮機的制冷劑流量隨著轉(zhuǎn)速的升高而上升，在特定負(fù)荷下，壓縮機采用變頻調(diào)速技術(shù)使制冷機組的轉(zhuǎn)速隨著負(fù)荷的下降而降低，可以減小單位制冷量得有效功耗和制冷裝置的制冷量，達(dá)到節(jié)能效果。壓縮機制冷劑流量與轉(zhuǎn)速的關(guān)系如圖所示。</p><p>　　圖4.2 制冷劑流

84、量與轉(zhuǎn)速的關(guān)系</p><p>　　由前述公式推導(dǎo)得出壓縮機的功耗與軸功率成線性關(guān)系，軸功率隨著轉(zhuǎn)速的升高而增大，如圖所示。</p><p>　　圖4.3 壓縮機軸功率與轉(zhuǎn)速的線性關(guān)系</p><p>　　圖4.4 制冷量比、功耗比、與轉(zhuǎn)速比的關(guān)系</p><p>　　如圖4.4所示，這是對壓縮機測試得出的制冷量比、功耗比與轉(zhuǎn)速比的關(guān)系，從圖

85、中可以看出轉(zhuǎn)速比在40%~80%之間的時候功耗比比制冷量比要低，即在40%~80%的轉(zhuǎn)速比下，制冷系統(tǒng)的能效高，同時也證明了變頻調(diào)速有良好的節(jié)能效果。</p><p>　　總之，在外界不斷變化的負(fù)荷下，通過變頻調(diào)速節(jié)能技術(shù)改變壓縮機的轉(zhuǎn)速，使制冷劑流量隨著負(fù)荷的不斷改變而改變，從而達(dá)到制冷系統(tǒng)與負(fù)荷變化相匹配。在壓縮機轉(zhuǎn)速下降的同時使得壓縮機的能量損耗也隨著減少，達(dá)到了較好的節(jié)能效果。</p>&l

86、t;p>　　4.2 冷藏集裝箱風(fēng)機變頻節(jié)能運行與調(diào)速分析</p><p>　　在整個制冷系統(tǒng)循環(huán)中，除了壓縮機能耗較大以外，其中的冷凝器和蒸發(fā)器的能耗也很大，占總能耗的40%左右。為了減少制冷系統(tǒng)的損耗，可以通過減少管道內(nèi)外的傳熱溫差來降低損耗。但是這樣增加了換熱器的換熱面積，導(dǎo)致生產(chǎn)成本和集裝箱總重量的增加。因此我們只能采取對蒸發(fā)器和冷凝器風(fēng)機進(jìn)行一定的調(diào)整，使換熱器能夠與負(fù)荷的改變相匹配。</p&

87、gt;<p>　　在前述章節(jié)中，我們知道對于冷藏制冷系統(tǒng)來說，蒸發(fā)器風(fēng)機除了除霜工況以外它始終在不停的運轉(zhuǎn)，所以目前很多都是采用變極調(diào)速，讓蒸發(fā)器風(fēng)機轉(zhuǎn)速有高速低速之分；而冷凝器風(fēng)機的能量調(diào)節(jié)控制中，制冷系統(tǒng)都是以恒定的轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，。因此這種變極調(diào)速方式不符合冷藏集裝箱變負(fù)荷的風(fēng)量調(diào)節(jié)要求。</p><p>　　目前應(yīng)用于冷藏集裝箱制冷系統(tǒng)的風(fēng)機為軸流式，軸流式風(fēng)機單位時間內(nèi)的空氣排量大，風(fēng)壓小，有利

88、于換熱器的熱量交換。蒸發(fā)器側(cè)風(fēng)機為雙速電動機驅(qū)動，冷凝器為恒定轉(zhuǎn)速電動機驅(qū)動，同時還采用風(fēng)閥、聯(lián)軸器、變頻器和導(dǎo)流葉片四種方式之一來調(diào)節(jié)控制空氣流量的大小。經(jīng)過比較，在相同條件下變頻器調(diào)節(jié)控制的節(jié)能效果最理想。</p><p>　　制冷機組風(fēng)機的的特性是隨著吸氣密度ρ和轉(zhuǎn)速n的改變而變化的，</p><p><b>　?。?-7）</b></p><

89、;p><b>　　（4-8）</b></p><p><b>　?。?-9）</b></p><p>　　式中：——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的風(fēng)機排量；——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的全壓；——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的轉(zhuǎn)速；——校準(zhǔn)狀態(tài)下的軸功率；——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度。</p><p>　　V——變速后的風(fēng)機排量；P——變速后的全壓；n——變速后的轉(zhuǎn)速；W——

90、變速后的軸功率；ρ——變速后的密度。</p><p>　　根據(jù)上述公式，由于制冷機組風(fēng)機輸送的是空氣，其密度變化可以忽略，因此得到以下不同工作點的公式：</p><p>　　； ； （4-10）</p><p>　　以上三個公式要求風(fēng)機工作在相似點，如果變速前后風(fēng)機的工作效率相同，具有相似關(guān)系，那么風(fēng)機的工作點在相似工況的曲線上。再由風(fēng)

91、機定理，當(dāng)風(fēng)機工作在相似工況點上時，由（4-10）可知，風(fēng)機處理的風(fēng)量與轉(zhuǎn)速成正比，全壓與轉(zhuǎn)速的平方成正比，軸功率與轉(zhuǎn)速的三次方成正比。于是，當(dāng)風(fēng)機處理的風(fēng)量降低時，風(fēng)機的軸功率近似的成立方下降。當(dāng)風(fēng)機變速運行時，轉(zhuǎn)速從n1下降到n2，風(fēng)機處理的風(fēng)量則是從V2下降到V1，風(fēng)機的軸功率從W1減少為W2，1、2兩點是在同一管道上的，而2、3兩點是相似工況點曲線上的不同兩點，這兩點滿足式（4-10），具體見圖4.5。</p>&

92、lt;p>　　圖 4.5 風(fēng)機變速運行特性</p><p>　　因此，采用了變頻調(diào)速控制的風(fēng)機風(fēng)量使能量損耗成近似三次方降低了，達(dá)到了節(jié)能的目的。蒸發(fā)器風(fēng)機在進(jìn)行變頻調(diào)速的同時會對壓縮機功耗有一定影響，相反的，當(dāng)壓縮機轉(zhuǎn)速升高時，對蒸發(fā)器內(nèi)部的熱交換也有一定的影響?？偟膩碚f，在壓縮機變頻調(diào)節(jié)的時候，制冷系統(tǒng)熱負(fù)荷減小，制冷劑流量減少，此時為了減少能耗，應(yīng)適當(dāng)減低蒸發(fā)器風(fēng)機的轉(zhuǎn)速；當(dāng)熱負(fù)荷增加時，壓縮機轉(zhuǎn)速增

93、加，制冷流量也增加，此時應(yīng)增減風(fēng)機轉(zhuǎn)速。這樣才能使風(fēng)機本身能耗降低，達(dá)到節(jié)能目的。</p><p>　　4.3 蒸發(fā)器變流量特性</p><p>　　在變頻制冷系統(tǒng)中，壓縮機初始時是采用壓縮機高速運轉(zhuǎn)，以快速到達(dá)預(yù)設(shè)的溫度，當(dāng)集裝箱內(nèi)的溫度接近預(yù)設(shè)溫度時，壓縮機切換到低速運行，使集裝箱內(nèi)溫度維持在穩(wěn)定溫度。當(dāng)集裝箱內(nèi)的熱負(fù)荷發(fā)生改變的時候，制冷系統(tǒng)用過變頻器進(jìn)行能量調(diào)節(jié)，達(dá)到制冷系統(tǒng)總的制

94、冷量與箱內(nèi)熱負(fù)荷相適應(yīng)。在此基礎(chǔ)上通過電子膨脹閥控制蒸發(fā)器出口過熱度，以此保證了蒸發(fā)器的面積在不同運行狀態(tài)下能得到充分使用。</p><p>　　通過變頻控制以后，壓縮機的變速運行結(jié)合電子膨脹閥的調(diào)節(jié)改變了制冷系統(tǒng)中的制冷流量并且使它與熱負(fù)荷相匹配，最終達(dá)到系統(tǒng)的優(yōu)化運行。在變流量穩(wěn)態(tài)特性研究中，假設(shè)過冷度和冷凝度不變，我們可以看出在負(fù)荷小的時候，壓縮機處于低速運行，吸氣壓力升高，這樣可以降低能耗。在變流量的動態(tài)

95、研究中，不同制冷流量下，在過熱度對于蒸發(fā)器入口制冷劑流量的階躍響應(yīng)下，響應(yīng)增益和時間參數(shù)隨制冷流量和壓縮機的轉(zhuǎn)速的增大而減小，因此變頻系統(tǒng)中采用電子膨脹閥進(jìn)行過熱度控制。</p><p>　　第5章 冷藏集裝箱電子膨脹閥的應(yīng)用及特性</p><p>　　在前述章節(jié)中，船舶冷藏集裝箱制冷系統(tǒng)采用了變頻調(diào)速技術(shù)后，壓縮機制冷流量在很大范圍內(nèi)不斷變化，這種情況就要求系統(tǒng)中要有很強調(diào)節(jié)能力的膨脹閥

96、。而普通的的熱力膨脹閥所能調(diào)節(jié)的范圍很有限，調(diào)節(jié)反應(yīng)也很慢，因此我們不予采用。而電子膨脹閥對制冷劑制冷流量的調(diào)節(jié)范圍大，不僅對制冷系統(tǒng)的偏差信號能產(chǎn)生反應(yīng)，同時還對制冷系統(tǒng)偏差的變化率信號也產(chǎn)生反應(yīng)，使供液量能夠適應(yīng)制冷流量的變化和變化率。電子膨脹閥還具有反應(yīng)迅速、控制集中等優(yōu)點，這些優(yōu)點對于整個制冷系統(tǒng)應(yīng)用變頻技術(shù)以后的控制是不可或缺的。</p><p>　　5.1 電子膨脹閥概述</p><

97、;p>　　電子膨脹閥是按照預(yù)設(shè)程序調(diào)節(jié)蒸發(fā)器供液量，因?qū)儆陔娮邮秸{(diào)節(jié)模式，故稱為電子膨脹閥。由于它的優(yōu)良特性為制冷系統(tǒng)的智能化控制打下了基礎(chǔ)，又適應(yīng)了制冷機電一體化的發(fā)展要求，因此是一種很有發(fā)展前途的自控節(jié)能元件。電子膨脹閥一般由執(zhí)行器、控制器和傳感器三部分構(gòu)成。通常所說的電子膨脹閥大多僅指執(zhí)行器，即可控驅(qū)動裝置和閥體。電子膨脹閥控制器的核心硬件為單片機，一般采用多機級聯(lián)形式。它的傳感器通常采用熱電偶或熱電阻。 </p>

98、;<p>　　電子膨脹閥作為一種新型的控制元件，早已突破了節(jié)流機構(gòu)的概念，它是制冷系統(tǒng)智能化的重要環(huán)節(jié)，也是制冷系統(tǒng)優(yōu)化得以真正實現(xiàn)的重要手段和保證，也是制冷系統(tǒng)機電一體的象征，已經(jīng)被應(yīng)用在越來越多的領(lǐng)域中。由于電子膨脹閥的采用，突破了以前在空調(diào)機組設(shè)計過程中存在的某種系統(tǒng)屈從熱力膨脹閥的觀念，進(jìn)入膨脹閥為系統(tǒng)優(yōu)化服務(wù)的新境界，對于制冷行業(yè)的發(fā)展起著重要的作用。電子膨脹閥與熱力膨脹閥相比具有以下優(yōu)勢：</p>

99、<p><b>　?。?）驅(qū)動方式</b></p><p>　　電子膨脹閥的驅(qū)動方式是控制器通過對傳感器采集得到的參數(shù)進(jìn)行計算，向驅(qū)動板發(fā)出調(diào)節(jié)指令，由驅(qū)動板向電子膨脹閥輸出電信號，驅(qū)動電子膨脹閥的動作。電子膨脹閥從全閉到全開狀態(tài)其用時僅需幾秒鐘，反應(yīng)和動作速度快，不存在靜態(tài)過熱度現(xiàn)象，且開閉特性和速度均可人為設(shè)定， 尤其適合于工況波動劇烈的熱泵機組的使用。 </p>

100、<p>　?。?）電子膨脹閥的過熱度設(shè)定值可調(diào)</p><p>　　只需改變一下控制程序中的源代碼，就可改變過熱度的設(shè)定值。完全不像熱力膨脹閥那樣要進(jìn)入冷庫當(dāng)中，現(xiàn)場調(diào)節(jié)彈簧的預(yù)緊力來改變過熱度的設(shè)定值，對電子膨脹閥的調(diào)節(jié)作用可以徹底實現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制，并且電子膨脹閥可根據(jù)不同需要靈活調(diào)整過熱度以減小蒸發(fā)器表面和冷藏庫內(nèi)環(huán)境之間的溫差，從而減少蒸發(fā)器表面的結(jié)霜，這樣一來，既提高了冷凍能力，同時也可以降低

101、食品的干耗。 </p><p>　?。?）電子膨脹閥的適用溫度低</p><p>　　對于熱力膨脹閥，當(dāng)環(huán)境溫度較低，其感溫包內(nèi)部的感溫介質(zhì)的壓力變化大大減小，嚴(yán)重影響了調(diào)節(jié)性能。而對于電子膨脹閥，其感溫部件為熱電偶或熱電阻，它們在低溫下同樣能準(zhǔn)確反應(yīng)出過熱度的變化。因此，在冷藏庫的凍結(jié)間等低溫環(huán)境中，電子膨脹閥也能提供較好的流量調(diào)節(jié)。</p><p>　　（4）電

102、子膨脹閥可起到節(jié)能的作用</p><p>　　對于冷藏庫制冷系統(tǒng)停機期間如使高低壓側(cè)連通，則會產(chǎn)生所謂工質(zhì)遷移現(xiàn)象， 即冷凝器中的常溫高壓液體將逐漸流入蒸發(fā)器，使蒸發(fā)器的溫度壓力都升高。再次開機時，要重新建立壓差也需要消耗壓縮機額外一部分能量。反之，若在停機期間切斷高低壓側(cè)， 這雖然維持了蒸發(fā)器的低溫低壓，但再次啟動時，壓縮機屬于帶載啟動，電流沖擊大，也會增加能量的損失。但若是采用電子膨脹閥就會解決上述問題。具體

103、做法是：停機時令膨脹閥全關(guān)，防止冷凝器的高溫液體流入蒸發(fā)器，造成再次啟動時的能量損失。開機前，將膨脹閥全開，使系統(tǒng)高低壓側(cè)平衡，然后開機。這樣既實現(xiàn)了輕載啟動，又減少了停機中的熱損失。另外，采用電子膨脹閥可以縮短凍結(jié)時間，電子膨脹閥在凍結(jié)全過程中能做到負(fù)荷與冷量平衡，凍結(jié)效率可以得到提高，凍結(jié)時間比熱力膨脹閥也可縮短10%，同時也就減少了壓縮機的能耗。采用電子膨脹閥控制壓縮機排氣溫度可以防止因排氣溫度的升高對系統(tǒng)性能產(chǎn)生的不利影響， 同

104、時又可省去專設(shè)的安全保護(hù)器，節(jié)約成本，節(jié)省電耗約6%。 </p><p>　?。?）適應(yīng)機電一體化的發(fā)展要求</p><p>　　隨著微機控制技術(shù)的崛起，機電一體化已成為制冷系統(tǒng)發(fā)展的新趨勢。電子膨脹閥照比熱力膨脹閥已由原來的機械式控制向電腦式控制發(fā)展，充分體現(xiàn)了機電一體化的發(fā)展趨勢。目前在家用空調(diào)領(lǐng)域，電子膨脹閥和變頻壓縮機組成的系統(tǒng)已取得了很好的效果，其原理就是將電子膨脹閥大范圍的流量

105、調(diào)節(jié)特性與變頻壓縮機的變頻特性結(jié)合起來。</p><p>　　5.2 電子膨脹閥的啟動特性</p><p>　　制冷系統(tǒng)啟動過程控制中存在有兩個問題：（1）啟動初始時，蒸發(fā)器出口為兩相狀態(tài)經(jīng)歷的時間長；（2）過熱度在中間時刻可能會超過預(yù)先設(shè)定的值。解決第一個問題的方法是在壓縮機停機前關(guān)閉電子膨脹閥，然壓縮機對蒸發(fā)器進(jìn)行一段時間的抽空氣。解決第二個問題就要從電子膨脹閥的控制策略上考慮。在制冷

106、系統(tǒng)過程中過熱度有三個指標(biāo)：零過熱度時間、最大過熱度偏差、調(diào)整時間。由于這三項指標(biāo)的要求是相互矛盾的，所以我們在啟動時先使電子膨脹閥處于關(guān)閉狀態(tài)，延時一段時間后在將膨脹閥開至一個較大的位置，最后延時一段時間后切換到基本控制。</p><p>　　采用了電子膨脹閥的制冷系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)運行短時間后就已經(jīng)穩(wěn)定了。當(dāng)有突變負(fù)荷出現(xiàn)時，電子膨脹閥的調(diào)節(jié)也會使過熱度快速的重新穩(wěn)定。因此也不會發(fā)生壓縮機的回液問題，同時也提高了蒸