1、本科毕业论文（20 届）浅析“育鲲”轮空调装置的构成及管理所在学院专业班级 轮机工程学生姓名指导教师完成日期内容摘要摘要：本文主要介绍了“育鲲”轮空调装置的基本构成和工作原理，结合实际的部件做了一些必要的分析和解释。首先对制冷机组中的制冷剂 R404a 的性能和参数做了说明；然后对半封闭式螺杆压缩机的特点、电子膨胀阀 MVL661 及其控制器之间对制冷装置的过热控制进行了分析。中央空调器主要分析了它的关键部件如热焓交换器、电液执行机构的工作原理，及其对空气的基本调节过程。最后则是根据本轮的实际工作情况，对船上制冷装置的日常管理和一些注意事项做了简要阐述。关键词: 空调系统 半封闭式螺杆压缩机
2、电子膨胀阀 ABSTRACT: This article mainly introduced the “YUKUN” vessels air conditioning system basic constitution and the principle of work, unified the actual part to make some essential analyses and the explanation. First has given the explanation to refrigeration units refrigerant R404a performance a
3、nd the parameter; Then semi-hermetic screw Compressor s characteristic carries on the analysis, and between electronic expansion valve MVL661 and its controller to refrigerating unit overheat control. The central air-conditioner has mainly analyzed its key component like heat content converter and t
4、he electro-hydraulic actuator principle of work, and to air basic regulating process. Finally is according to the vessel practical work situation, refrigerating units current management and some matters needing attention has made the brief elaboration to the ship on.Keywords: air-conditioning system
5、 semi-hermetic screw Compressor electronic expansion valve浅析“育鲲”轮空调装置及部分组件4.3 启动前检查、维修保 1.前言 .22.“育鲲”轮空调制冷机组的组成 .22.1 制冷剂和冷冻机油选择 .22.2HSK7471-90-40P 型的半封闭式双螺杆压缩机概述 .32.2.1 压缩式制冷的特点及工况条件 .32.2.2 螺杆式压缩机的特点： .42.2.3 HSK7471 型螺杆压缩机的选择及工作原理 .42.2.4 HSK7471 型螺杆压缩机的容量调节和喷液冷却 .42.3 油分离器、冷凝器、干燥剂的特点 .52.4 热交换
6、器的作用分析 .82.5 共用的蒸发器的选择 .82.6 冷媒水、低温冷却淡水循环回路 .82.7 西门子 MVL661.25-6.3 电子式膨胀阀 .82.7.1 MVL 阀的结构特点 .82.7.2 MVL661.25-6.3 的控制选择和状态显示 .92.7.3 本机组 MVL661 阀的选择依据 .102.8 过热控制器 RWR62.732 的控制原理 .102.8.1 过热控制器的作用和组成元件 .102.8.2 控制器 RWR62.732 的过热控制 .112.8.3 控制器的保护功能 .112.8.4 控制器的操作 .122.9 冷机组的工作原理 .123 中央空调器系统 .12
7、3.1 空调器调风原理 .133.2 热焓交换器 .133.3 电液执行器 .143.4 西门子 温度控制阀和加湿电磁阀 .143.5 本轮各处空调器的简单介绍 .154.日常管理及注意事项 .154.1 螺杆压缩机的管理及冷冻机油、冷剂的加注 .154.2 测漏或抽空： .15 养.164.4 空调器日常管理及注意事项 .165. 结论 .16【参考文献】 .17前言船舶航行于不同海域，经受的气候条件异常复杂，为了能给船上人员提供舒适的工作和生活条件，需要空调装置来创造人工气候。而且随着船舶条件的改善，空调装置已经成为船上必不可少的部件，对于大型客轮和邮轮更是至关重要。船舶空调系统是各类船舶
8、的生活保障系统，它的主要作用是控制舱室环境的温度和湿度参数。由于“育鲲”轮是实习船，人员较多且在航行期间担负着大量的教学任务，因而它的空调装置与客船相似，布置相对较复杂，且系统的部件都较先进，它可以叫全面的反映现代船舶空调的技术状况（如PLC 自动控制和电子阀件） 。对于专业知识的学习很有必要，同时这也是轮机员一项必备技能。2.“育鲲”轮空调制冷机组的组成制冷剂：R404a 冷冻机油: BSE 170H本论空调制冷机组由六台同型号的压缩机分三组构成，每两台机组构成一组共用一个蒸发器，其余各个设备相同。每台机组主要元件包括：半封闭式螺杆压缩机（比泽尔 型号：HSK7471-90-40P） 、滑油
9、分离器（比泽尔 0A4088） 、冷凝器（比泽尔 K3803T2） 、滤器、热交换器(WTT AE7-24)、电子膨胀阀（西门子 MVL661.25-6.3 ）以及共用的壳管式蒸发器（拉法拉伐 DXD450） 。冷水机组的温度和压力传感器将相应的转换信号输入 PLC 控制器，进而实现由 PLC 对机组的自动控制。机组的负荷通过 PLC 根据相应的压力和温度来调节，如果其中一个传感器感受到了过高压力或过高温度和感受到过低温度，相应的压缩机就会有相应动作。2.1 制冷剂和冷冻机油选择制冷剂是制冷装置用来完成制冷循环的工质，应根据所用的制冷机类型和要求的制冷温度来选择。对于压缩式制冷装置所用的制冷剂
10、还要满足一定的热力和物理性质，如对冷凝压力、标准沸点等的要求。现在使用的制冷剂主要可分类为：无机化合物、卤代烃、非共沸化合物、共沸化合物和碳氢化合物。制冷剂 R404a 是组分为 R125/143a/134a 的 HFCs 的近共沸混合物，在标准大气压下的泡/露点是-46.48/-45.71 摄氏度；比 R22 的工作压力约高 20%，排气温度较低，制冷量相对较高，COP 要低百分之几十。同时其装置应采用脂类油 POE，并以分子筛作为干燥剂。“育鲲”轮的制冷装置所用的制冷剂均为 R404a，因为 R404a 是一种共沸混合物，共沸混合物在想变过程中，液、气相物质组分的质量分数始终不变，饱和蒸汽
11、的压力与温度有既定的关系，就如单一物质一样。同时它的标准沸点比其各组份的更低，因而适用更低的蒸发温度；在既定的蒸发温度是器蒸发压力比各组分高，密度更大，因而 Qv 更大。制冷剂组分 标准沸点/温度漂移Pk/Po等熵压缩排气温度Tc（ ）/Pc(MPa)密度（24）液/气(Kg/m*3)热导率（24）液/气（mW/mk）相对分子质量粘度24液/气Pa*sODPGWPR404aR125/143a/134a72.1/3.743.9 70 72.1/3.74 1050/62.2167.9/16.01.297.60130.0/12.341.20 3800表 1 制冷剂 R404a 的主要热力和物理参数表
12、冷冻机油的作用是润滑、密封（渗入运动部件密封间隙，阻碍制冷剂的泄露） 、冷却（带走摩擦热、降低排气温度） ，还可以用来控制卸载和容量调节机构。合理的选择制冷压缩机的冷冻机油是保证制冷压缩机安全高效运转和延长寿命的重要条件。 “育鲲”轮所用的冷冻机油是 BSE170H，其是与制冷剂 R404a 配合使用的脂类油，且其电绝缘性很好，可以用于本轮的半封闭式压缩机。2.2HSK7471-90-40P 型的半封闭式双螺杆压缩机概述2.2.1 压缩式制冷的特点及工况条件对于现代制冷装置的机械制冷方法主要有蒸发制冷、气体膨胀制冷和半导体制冷，其中蒸发制冷最为普遍。蒸发制冷是利用液体蒸发气化时吸收汽化潜热的原
13、理来制冷，常用的有蒸汽压缩式、吸收式、和喷漆喷射式三种。蒸汽压缩式制冷是现今应用最为普遍的，也是“育鲲”轮制冷装置的制冷方法。它是通过选择沸点很低的液体制冷剂如 R404a，经过膨胀阀节流形成低压低温的液体后进入蒸发器的盘管中，在较低的蒸发压力下吸收热量气化，从而实现制冷，为了使制冷循环能够得以连续还需要压缩机和冷却器，对气态冷剂进行压缩和冷却使其重新变回液态。单级制冷压缩机参加制冷循环的主要温度条件：制冷剂的蒸发温度、吸气过热度、冷凝温度和膨胀阀前的液体过冷度，既单级制冷压缩机的工况。其中蒸发温度对应于蒸发压力的饱和温度，蒸发压力的大小是由蒸发器的蒸发量和压缩机的质量流量的平衡关系来决定的。
14、如果蒸发器的供液不足或装热不良，则蒸发量较少会导致蒸发压力降低，反之则压力升高。冷凝温度对应于冷凝压力的饱和温度，该压力的大小由压缩机的质量流量与冷凝器的单位时间的冷凝能力决定。若冷凝能力差，则冷凝压力升高，压缩机的吸气压力升高，质量流量增大则冷凝压力也升高。反之压力降低。制冷压缩机是船舶制冷装置中最为关键的部件，其性能的好坏将直接影响装置的制冷量、性能系数 COP 和使用寿命。制冷压缩机一般可以分为活塞式、回转式、离心式等类型，常见的压缩机有:活塞式压缩机、螺杆式压缩机、旋涡式压缩机和离心式压缩机。2.2.2 螺杆式压缩机的特点：1) 转速较高、单位制冷量尺寸小、重量轻。2) 无易损件，磨损
15、甚微即运行可靠，检修时间可长达 3 万到五万小时。3) 吸气阻力和预热损失少，且气态工质带液体对于湿行程不敏感，可喷油或喷液冷却和改善密封性，因而高压力比时仍可采用单机压缩，输气系数较高，排气温度不超过 100 摄氏度。4) 螺杆转子加工难度大，价格高。采用半封闭式机型后还可以解决耗油量大和噪音大的缺点。2.2.3 HSK7471 型螺杆压缩机的选择及工作原理由于“育鲲”轮的舱室较多，各处的热负荷分布不均匀，这样空调器就需要采用分区布置以对空气进行调节，而分区的空调装置一般采用间接冷却；采用间接冷却方式，是为了缩短制冷剂管路的长度，减少装置制冷剂的需求量及泄漏量。为了保持中间介质冷媒水温度的稳
16、定，这就要求制冷压缩机能够长时间持续稳定的运转、检修期要长、制冷量要足够大。这些因素决定了螺杆式压缩机是最佳选择，这就是本轮选择半封闭式螺杆压缩机的原因。HSK7471 型螺杆压缩机的工作原理：HSK7471 型压缩机是双螺杆的，它的运动部件是一对设在机体内先回啮合的螺旋式转子，其中凸起的是阳转子，齿槽凹进的是阴转子。阳转子为主动转子，阴转子在工作时是被阳转子所压缩的气体驱动反向转动，不是相互的机械接触驱动。两转子所形成的基元容积和位置随转子的转动而变化，从吸气口至排气口该体积逐渐减小，其中的气体不断被压缩，最后由排出口排出。该压缩机的启停和自动控制是靠连接于排气口、吸气口端的高低压压力控制器
17、来完成的，PLC 负责对系统采集的信号进行处理，并设定压力控制器的动作值。图 1 半封闭式螺杆压缩机结构2.2.4 HSK7471 型螺杆压缩机的容量调节和喷液冷却本轮的螺杆压缩机采用的是吸气回流式容量调节机构，它同时也能使压缩机卸载启动。对于吸气回流式的调节机构又可分为滑阀和柱塞阀两种容量调节机构，我们采用的是柱塞阀有级容量调节，如图 2 所示。就是在转子座上，沿螺杆轴向开通通道，在轴向的特定位置径向的设有两对前端呈圆柱面的柱塞，每对分别对应于阴阳转子，与螺杆紧密贴合构成气缸壁的一部分。卸载和容量控制是通过排出端法兰上电磁阀的电控来实现的，当容量调节电磁阀 CR1、CR2 均有电时压缩机全负
18、荷运转，容量调节电磁阀 CR1 有电、CR2 无电时压缩机的输气量减为 75%，若容量调节电磁阀 CR1、CR2 二者均无电是压缩机的输气量减为 50%。对于容量调节电磁阀的控制和调节是由 PLC 来完成的。（图 2 HSK7471 型螺杆压缩机的容量调节图）喷液冷却双螺杆式压缩机的转子之间及与气缸壁之间有微小的间隙，虽然运转过程中不会直接的摩擦，但会发生气体的泄露。由于螺杆压缩机对湿行程不敏感，为了保证良好的密封和冷却，可以在工作时向转子的啮合空间喷液，此时还可以冷却压缩的气体和滑油，以保证工作中的排气温度。本轮的喷液冷却的喷液管是由热交换器装置引出的，从冷凝器出来的冷剂进入热交换器前分两路
19、，其中一路通过电磁阀和外平衡式热力膨胀阀进入热交换器后，回流至压缩机的转子部位。这样可以在压缩机的排气温度或液压油温度升高时调节电磁阀和热力膨胀阀，向半封闭式压缩机啮合空间的适当部位（如图 1 的喷液口 6）喷入从热交换器来的冷剂湿蒸汽，以降低排气温度和油温。 （对于压缩机的电机是靠吸气冷却的，不需专设冷却装置）2.3 油分离器、冷凝器、干燥剂的特点DA4088 型的油分离器安装在压缩机的排出段，用来分离排气多携带的滑油，使之返回压缩机机内，能够避免压缩机排气将过多的滑油代入系统，本制冷机组的油分离器还装有油温控器、液位控制器和加热器，用以对油温、液位的控制以及启动前对滑油的加热（使溶于油中的
20、冷剂逸出，防止启动“奔油” ） ；而且回油管路上还装有滤器、流量开关、压力传感器和控制电子阀以实现对回油的控制。在初次启动之前要充注 40L 滑油。冷凝器是用于将压缩机排出的高温、高压冷剂冷凝成液态冷剂以供系统循环使用的装置，本系统采用的是比泽尔公司型号为 K3803T 的卧式壳管冷凝器，具体参数不作详述。本装置是将干燥器和过滤器做成一体装在热交换器之前的液管上，内部装有吸附式干燥剂的分子筛，分子筛的吸水能力较强，而且可以再生。该滤器前面的冲剂阀只能冲入液态冷剂。2.4 热交换器的作用分析本轮的制冷机组在液态冷剂到达电子膨胀阀前设置了热交换器，虽然说明书上没有具体介绍该部件的作用，不过根据装置
21、的系统图可以分析其功能如下：004、005、014、015、023-温度传感器；006-流量开关；007、016-低压开关；008、010、017、019、024-压力传感器；009、018-高压开关；011、020-油流量开关；012、021-油温控制器；013、022-油位控制器；201、206-膨胀阀；202、203、207、208-能量控制阀；204、209-回油阀；205、210-热交换阀；301、303-蒸发控制器；302、304-加热器；319-NO.1 压缩机控制箱;320-NO.2 压缩机控制箱图 3“育鲲”轮空调装置制冷机组原理图如系统图 3 所示，由于该装置位于冷凝器的出
22、口，冷剂在进入热交换器之前分为两路：一路直接进入交换器，然后出口连至电子膨胀阀，即主回路；另一路先经过电磁阀和外平衡式热力膨胀阀，然后进入热交换器，出口连至压缩机的转子部位，且膨胀阀的压力温包、外平衡管路直接连接到热交换器该路的出口。由此可知，接膨胀阀回路的冷剂在经过外平衡式热力膨胀阀节流降压后会进入热交换器内进行膨胀吸热，变为气态冷剂后进入压缩机内，根据螺杆式压缩机的特点，此路接入压缩机的作用可能是为了对机体进行喷液冷却，因而进入压缩机的气态冷剂应该为湿蒸汽。另一路的冷剂经过热交换器后冷剂的过冷度进一步提高，防止了吸、排气和滑油温度过高，以及避免了液管可能发生的“闪气”现象，此时的热交换器相
23、当于是蒸发式过冷器，虽然装置的制冷量、单位压缩功、制冷系数不变，却改善了装置的工作条件和使用寿命。本论热交换器的设计理念集合了螺杆式压缩机喷液冷却和蒸发式过冷器的特点，合理的将二者融为一体，通过 PLC 控制电磁阀和改变热力膨胀阀的设定来均衡两回路的工作状态，改良了装置的性能。2.5 共用的蒸发器的选择本轮制冷机组每组的共用蒸发器类型是 ALFA-LAVAL 生产的 DXD 450 蒸发器，其作用是让制冷剂 R404a 在其中蒸发气化以从被冷却的冷媒水中吸收热量，而被冷却后的冷媒水通过系统中的冷媒水泵循环回路被送至各空调器的空气冷却器中以实现冷却空气，升温后的冷媒水回流至该蒸发器，以此实现工作
24、的循环。该装置是卧式壳管式液体冷却器，制冷剂 R404a 从其下部进入管内，带有一定过热度的从上部流出，而冷媒水则是在管外有隔板引导流动，通过对流换热以提高装置的换热效率。2.6 冷媒水、低温冷却淡水循环回路本轮的冷水机组与循环冷媒水系统连接，并联工作。用于全船空调系统的三台循环冷媒水泵是相同的立式水泵，各 50的容量，一台备用。型号：CB65-250；容量：70 m3/hr；压头：20 mwg。循环冷媒水为 12进蒸发器，出 蒸发器温度约为 7；冷水机组用来自中央冷却器的低温淡水冷却，冷凝器的低温淡水进口温度为 36。冷水机组由 PLC自动控制。机组负荷通过 PLC 根据相应的压力和温度控制
25、。 冷媒水系统中还设有闭式膨胀水箱，以满足系统的补水、放气需要。2.7 西门子 MVL661.25-6.3 电子式膨胀阀2.7.1 MVL 阀的结构特点西门子 MVL 系列冷剂阀主要是为了冷媒水和热泵等制冷循环的调节控制而设计的，他适应于膨胀、热气和吸气口节流设备和适用有机冷剂（R22、 R134a、R404a、R407c 、R410A、R507 等）和 R744。该阀的特点：全封闭结构，具有反馈信号，可以实现精确的位置控制，阀的动作时间小于 1s，可以实现的流量范围0.25-22m*3/h,同时结构坚固免维修，在失电时阀处于关闭状态。 2.7.2 MVL661.25-6.3 的控制选择和状态
26、显示本轮制冷机组选择的阀类型是 MVL661.25-6.3，额定的流量是 6.3m*3/h，用于膨胀阀时的制冷量是 737kw,它采用的是电磁式驱动，靠改变阀内电磁线圈的控制电压（电流）以调节控阀的开度。（图 4 MVL661 阀的操作控制和显示器）1.接线端 2.LED 操作状态显示 3.电位计 Rv 最小的行程设置 4. 自动校准 5.DIP 开关的控制模式该阀通过四种选择信号来选择设定值和测定值，DIP 开关可以将该阀的流量值降到正常值的 63%，图中的电位计可以用来调节吸口节流设备的最小开度，而且它能够实现对开度的自动调节，可以强制输入“全开”和“全关”信号，图中的 LED（发光二极管
27、）主要用来显示操作状态。电磁阀 MVL 系列由发出 DC 0/2.10 V 或 DC 0/4.20 mA 信号的西门子或第三方的控制器驱动，对于“育鲲”轮采用的是西门子公司生产的控制器。为了实现最佳控制，一般推荐在控制器与阀之间采用 4 线连接，而若采用直流电压时，则必须强制采用四线连接。阀的动作行程与电压信号成正比。对于该阀的输入信号，ZC 端的控制信号优先权最高，在ZC 信号断开时，阀的开度主要受控制信号 Y 和电位计的设定值决定。而且在系统没有循环时阀的电位计应该将阀的开度置于全关位置。表 2 DIP 开关的设定表由上表的选择控制可知：开关 1、2 和 2、3 组合用于选择位置信号 Y 和反馈信号 U 的控制方式，在 1 开、2 开时采用 0-10V 的电压控制，1 开、2 关时采用 2-10V 的电压控制，1 关、2 开时采用 0-20mA 电流控制， 1 关、2 关采用 4-20mA 的电流控制。对于反馈信号 U 的控制方式和上述 Y 的相同。在 MVL 阀的 LED 显示灯若显示稳定的绿色时，其处于自动控制模式的稳定操作状态，若 LED 显示闪动的绿色，则其在进行自动调节进程中，若 LED 显示稳定的红色，则阀的操作状态时调节失效或内部故障，LED 显示跳动的红色，主电源故障，若 LED 灯熄灭，则其没被供电或是电子部件毁坏。
