制冷技术范文

《石油化工应用杂志》2014年第五期

1简单制冷

1.1冷剂制冷

利用沸点低于环境温度的工艺流体通过压缩、冷凝、膨胀及蒸发组成的压缩制冷循环可实现制冷的目的。借助外界机械能，通过选择不同冷剂、压缩制冷循环方式可不断降低温度直至深冷。冷剂制冷法由独立设置的冷剂压缩制冷循环向天然气提供冷量。制冷能力与原料气的温度、压力及组成无关，通过调节制冷循环的工作压力来控制制冷温度以满足生产的需求，调节操作过程安全稳定。冷剂制冷的最低制冷温度受工质蒸发温度的限制，最低为冷剂在蒸发压力下的蒸发温度。单一冷剂制冷中常用冷剂有氨、丙烷等，丙烷的蒸发温度较低（-42℃）与氨相当（-33℃），可利用环境介质进行压缩后的冷凝，蒸发相变焓虽然低于氨的蒸发相变焓，但由于易得，毒性小，安全且与被冷却流体同类，在制冷工艺中广泛应用。受冷剂制冷温度的限制，轻烃收率难以继续提高。提高天然气分离压力使气液两相相分离温度升高，可在一定程度上提高天然气凝液的收率，但增压提高收率的作用有限。-30℃下不同原料气丙烷收率与分离压力的模拟结果（见图2），低压时丙烷收率随着分离压力的提高而快速增加，但增加的幅度不断降低。分离压力的进一步增加对提高凝液收率的作用减弱，压力的增加导致能耗变大，同时工艺设备的压力等级要求和造价也会大大提高，提高收率的经济性变差。天然气中甲烷含量愈高，加压提高凝液收率的作用愈弱，最优分离压力愈高。不同组成天然气的最优分离压力各异，可通过模拟计算得出以指导生产。改变单一制冷工艺中冷剂的组成，添加更轻且蒸发温度更低的组分，通过降低混合冷剂的蒸发温度，仍借助环境介质进行压缩后介质的冷凝，利用原有压缩制冷循环的混合冷剂制冷可在一定程度上获得较单一冷剂更低的制冷温度。通过选择蒸发温度更低的单一冷剂如乙烷、甲烷进行制冷循环可实现更低的制冷温度，但受冷剂临界温度（32.1℃、-82.6℃）的限制，环境介质已远远不能满足要求，必须采用阶式制冷循环才能得到更低温位（-88.6℃、-161℃）的冷量，达到提高轻烃收率的目的。

1.2简单制冷方法工艺分析比较

不同制冷工艺的特点各异，根据原料气的压力、组成、液烃收率等因素选择、调整操作是保障装置安全、平稳运行的基础。节流阀制冷适合较低的原料气量，能够适应大的气量波动且操作简单，在节流阀出口允许有很大的带液量，当气体有可供利用的压力能，而且不需要很低的制冷温度时，采用等焓膨胀特性的节流阀制冷是一种简单有效的制冷方法。与透平膨胀机制冷相比，节流阀的制冷量要小的多，难以满足在较低温度下高轻烃收率的要求。在同样的初始状态和膨胀比条件下，气体透平膨胀对外做功引起温降，冷量损失较少，所以无论从制冷温位还是从制冷量上来讲，具有等熵膨胀特性的透平膨胀的效率更高，二者的差值与温度、压力有关。当压力较低而温度较高时，差值较大，随着压力的增加，二者的差值逐渐减小，最终接近于零，当原料气的压力很高时，简单节流阀制冷更具优势。原料气较富时制冷量的需求过大，若采用透平膨胀机对其进行制冷则原料气的压缩功会太大，能耗较高，并由于较高的原料气压力使操作稳定性降低，同时透平膨胀机允许的带液量有一定限度，而节流阀出口允许有很大的带液量，故较富的原料气不适合采用透平膨胀机制冷。冷剂制冷的制冷量与原料气的贫富程度及压力无关，加压、降温均能实现气相混合物冷凝，对于含C4、C5及更轻的烃类混合物，降温冷凝的功耗低于加压冷凝的功耗，降温成为提高轻烃收率的首选技术。利用混合冷剂在一定压力下蒸发，可产生较单一冷剂更低且为一定温度范围的低温冷量，通过改变冷剂的组成还可以方便调节蒸发温度以适应不同组成天然气的冷凝分离要求。混合冷剂制冷工艺与单一制冷工艺的流程完全相同，不需要增加设备投资。但是混合冷剂中呈气态、气液平衡态、液态的物质组成不断变化，对冷凝器、蒸发器、压缩机的设计尤其是操作、管理带来很大的难题，工程实际应用价值受限。通过选择蒸发温度更低的单一冷剂也可实现较低的制冷温度，比如采用乙烷可获得最低为-88.6℃的低温冷量，但是受乙烷临界温度（32.1℃）的限制，不能利用环境作为冷凝介质，必须采用阶式制冷循环。阶式制冷循环中天然气与冷剂梯级降温，冷热流体的温差小，制冷效率高，能耗较低，但流程复杂，难以平稳操作，投资较大，轻烃回收装置中也极少采用。处理量小、原料气组成较富、其压力与外输气压力之间没有足够压差可供利用时，采用冷剂制冷法比较经济，通常选用丙烷作为冷剂；当处理量较小、原料气组成较贫、原料气压力较大且随开采过程压力逐渐递减又不要求高的乙烷收率时，采用节流阀制冷既能够经济地达到收率要求，又节省了装置的投资及能耗；当处理量较大、原料气组成较贫、且需要回收较多乙烷时，可采用透平膨胀制冷。无论哪种简单制冷方式都有一定的局限性，难以同时满足天然气组成、温度、压力以及较低制冷温度的要求。因此应依据实际情况，从原料气组成、装置建设目的、产品收率要求、生产成本和工程投资等方面进行综合分析、合理的选择。作为初选轻烃回收制冷工艺的依据（见图3，图4）。

2复合制冷

高收率与低能耗是轻烃回收的发展方向，针对我国天然气井口压力较低、天然气大多较贫且组成变化较大的现状，轻烃回收需要的温度持续降低，单一的制冷方法很难达到要求。虽然增压－膨胀机制冷可以达到温度要求，但膨胀机的带液问题会带来一系列的附加损失，使膨胀机的效率降低、能耗过大，对富含重烃的天然气（富气）仍不适宜。轻烃回收工艺上应用最多的是以膨胀制冷作为主要冷源，冷剂制冷作为辅助冷源的复合制冷法，采用逐级制冷和逐级分离冷凝液的措施来降低冷量消耗和提高制冷深度，以达到较高冷凝率，最大限度地回收天然气中的轻烃。复合制冷法的冷源有两个或两个以上，装置运转受外界条件变化影响小，适应性强，保障了装置的安全、平稳、高收率运行；复合制冷法中外加制冷系统比冷剂制冷法要简单、容量小，外加制冷系统仅仅须解决高沸点烃类即重烃的冷凝问题。复合制冷与单一的冷剂制冷、膨胀制冷相比，既克服了冷剂制冷装置流程复杂以及制冷温度受限的缺点，也克服了透平膨胀机制冷稳定性差、对原料气适应能力差的缺点。复合制冷工艺由于外加冷源的存在，可使重烃提前冷凝分离，大幅度减少了透平膨胀机的带液，而且又能够补充节流阀制冷所缺乏的冷量，装置整体能耗大幅较低，丙烷收率特别是乙烷收率大幅提高，是当前先进、合理、有效的轻烃回收制冷方式，可实现高收率，低能耗的目标。

[论文关键词]制冷与空调新技术

[论文摘要]我国现代化过程中面临能源短缺的问题。因此，目前国家倡导节能减排提倡使用清洁优质高效能源，大力推广节能环保新技术。对于制冷与空调行业，应注重新技术的研发和应用，以及制冷空调技术与相关技术的融合与交叉，以适应二十一世纪的能源战略新需要。

一、天然制冷剂的研究

目前在天然制冷剂中以氨、丙烷与其他烃的混合物及CO2制冷技术，其中CO2制冷技术最有可能成为R22的长期替代物。由于CO2的高密度和低粘度，CO2的流动损失小，传热效果好。通过强化传热可以弥补它循环不高的缺点，增加回热器或者采用两级压缩即可达到与常规制冷剂相似的效率，而不设膨胀机，这也是各公司开发CO2小型制冷或者汽车空调的研究方向。

CO2制冷技术已经跨进实际应用的门槛。日本几大公司开发的CO2热泵热水器已上市多年，年产已达十万台。日本冷冻空调协会标准JRA-4050-2004家电热泵热水机(二氧化碳冷媒)对这类产品的性能、安装等有严格的规定。实际上热水器稍加改装，即可变为有热回收的家用空调,所以将CO2用于家用空调也只有一步之遥。在汽车空调方面,可以说国际上各大汽车公司都进行了CO2汽车空调的研制,并能过专门协调机构联合攻关,国际汽车工程学会不断有关报告。欧盟正在讲座相关CO2汽车空调的标准,准备在2008-2010年将欧洲的汽车空调全部改为CO2系统。

二、热声制冷技术

热声制冷是21世纪以来发展的一种新的制冷技术,与传统的蒸汽压缩式制冷系统相比,热声热机具有无可比拟的优势:无需使用污染环境的制冷剂,而是使用惰性气体或其混合物作为工质,因此不会导致使用的CFCS或HFCS臭氧层的破坏和温室效应而危害环境;其基本机构是非常简单和可靠,无需贵重材料,成本上具有很大的优势;它们无需振荡的活塞和油密封或润滑,无运动部件的特点使得其寿命大大延长。热声制冷技术几乎克服了传统制冷系统的缺点,可成为下一代制冷新技术的发展方向。

所有的热声产品的工作原理都基于所谓的热声效应,热声效应机理可以简单的描述为在声波稠密时加入热量,在声波稀疏时排出热量,则声波得到加强;反之声波稠密时排出热量,在声波稀疏时吸入热量,则声波得到削弱。当然,实际的热声理论远比这复杂的多。

《冷藏技术》2017年第4期

摘要：将食品进行冷藏冷冻处理是为了尽最大可能保持食品的新鲜程度、营养含量和品尝起来的味觉感受，因此而出现了各种各样的冷藏冷冻设备。为了可以储存更多的食品，人们还发明了冷库。在未来冷冻设备会越来越普遍。同时作为冷藏设备的核心，制冷设备的质量、制冷的方式也会越来越重要，越来越先进。

关键词：冷冻冷藏技术；制冷设备；制冷机

食品作为人们生存的必需品，一天也离不开，随着人们生活水平的提高，人们也开始享受生活，对食物的要求也越来越高，只是填饱肚子已经无法满足人们的需求。食物的新鲜程度也成为了人们选择食物的标准，对食品进行冷藏冷冻处理解决了这个难题，冰箱已经走进了千家万户。为了更好的保持食品的新鲜各个厂家建立了冷库用以储存刚刚生产的食品，用这样的方法占领市场[1]。

1冷冻冷藏技术

人们食用的食品主要分为两大类，植物类与动物类，这两种食物所含有的营养成分不同，人类要想拥有健康的身体，缺一不可。但是，因为微生物的分解和酶的作用，食品很容易变质，发生变质的食物会产生对人体有害的物质，因此不能食用，为了应对这一问题，人们开始使用冷冻技术。因为在低温下，微生物和酶的活性被降低从而做到保鲜。

1.1冷冻冷藏技术的优势

冷冻冷藏技术被广泛的使用在食品行业，据统计近几年冷冻冷藏食品的营业额比以往增长了将近60%。冷冻冷藏技术之所以发展的这么迅速是因为它具有许多的优点，它可以将食品的贮存时间延长很长时间，而且在储存期间不会发生变质，并且在需要时可以直接取出食用。十分的便利。而且使用冷冻冷藏技术储存食物还可以不受季节的影响，通过冷冻冷藏技术在任何时候都可以吃到新鲜的食物[2]。

一、天然制冷剂的研究

目前在天然制冷剂中以氨、丙烷与其他烃的混合物及CO2制冷技术，其中CO2制冷技术最有可能成为R22的长期替代物。由于CO2的高密度和低粘度，CO2的流动损失小，传热效果好。通过强化传热可以弥补它循环不高的缺点，增加回热器或者采用两级压缩即可达到与常规制冷剂相似的效率，而不设膨胀机，这也是各公司开发CO2小型制冷或者汽车空调的研究方向。

CO2制冷技术已经跨进实际应用的门槛。日本几大公司开发的CO2热泵热水器已上市多年，年产已达十万台。日本冷冻空调协会标准JRA-4050-2004家电热泵热水机(二氧化碳冷媒)对这类产品的性能、安装等有严格的规定。实际上热水器稍加改装，即可变为有热回收的家用空调,所以将CO2用于家用空调也只有一步之遥。在汽车空调方面,可以说国际上各大汽车公司都进行了CO2汽车空调的研制,并能过专门协调机构联合攻关,国际汽车工程学会不断有关报告。欧盟正在讲座相关CO2汽车空调的标准,准备在2008-2010年将欧洲的汽车空调全部改为CO2系统。

二、热声制冷技术

热声制冷是21世纪以来发展的一种新的制冷技术,与传统的蒸汽压缩式制冷系统相比,热声热机具有无可比拟的优势:无需使用污染环境的制冷剂,而是使用惰性气体或其混合物作为工质,因此不会导致使用的CFCS或HFCS臭氧层的破坏和温室效应而危害环境;其基本机构是非常简单和可靠,无需贵重材料,成本上具有很大的优势;它们无需振荡的活塞和油密封或润滑,无运动部件的特点使得其寿命大大延长。热声制冷技术几乎克服了传统制冷系统的缺点,可成为下一代制冷新技术的发展方向。

所有的热声产品的工作原理都基于所谓的热声效应,热声效应机理可以简单的描述为在声波稠密时加入热量,在声波稀疏时排出热量,则声波得到加强;反之声波稠密时排出热量,在声波稀疏时吸入热量,则声波得到削弱。当然,实际的热声理论远比这复杂的多。

当然,热声制冷的设计水平及制造工艺也在不断的提高。目前,美国在热声领域内的投入最大,研究机构最多,取得了许多突破性的进展。如上世纪90年代早期,美国海军研究生院(NPS)的Garrett教授开发的热声制冷机;2000年左右,开发了太阳能驱动的热声制冷机;还有在美国LOSAlamos国家实验室(LANL),SWIFT教授领导着世界著名的热声研究组,他们主要研发的热声驱动的脉管制冷(低温制冷);另外还有开式热声制冷和空调、高频微型热声机制冷以及还在研发中的种种技术。

三、太阳能空调

摘要：南海某气田开发项目天然气烃露点控制系统拟采用燃气轮机排烟余热的设计方案，在传统降压流程采用的J-T阀前段加装溴化锂制冷机组，利用溴化锂机组提供冷量替代部分J-T阀功能，预先对天然气进行降温，从而减少J-T阀节流过程压降引起的能量损失。通过ASPENHYSYS分析结果表明，该节能改造方案可使干气压缩机减少压降约1.5MPa，压缩机功率减少5.6MW，年节约天然气1430.39×104m3，折合标煤15133.6t，经济性强，节能效果明显。在提高项目的能源利用率的同时，为海上平台余热制冷应用提供了新思路。

关键词：海上油气开发；余热利用；节能改造；烃露点控制；溴化锂制冷

海上油气田开发项目的能源利用率大约在20%～30%，相较陆上项目普遍偏低，究其原因是由于平台空间有限、重量控制严格，海上平台发电机组效率和余热资源的利用还处于相对较低的水平。海上设施大多安装发电机组，为本平台和周边依托平台提供电力，燃料消耗来自于自产油气，其能源消耗占海上生产设施综合能源消耗的比重很大，属于主要耗能设备。从项目统计数据可以看出，海上设施采取发电机组余热回收项目的整体能源利用率比未采用余热回收的项目高10%～15%左右。目前，加强海上平台大型电站烟气余热利用是直接提高开发项目的能源利用率和经济效益的最有效方式。

1海上油气田开发余热资源利用途径

海上油田开发项目和气田项目相比，油田的用热负荷要远高于气田的用热负荷，气田的烟气废热（特别是气田后期的地层压力衰减后启动湿气压缩机保产阶段）要高于油田。海上油气生产装置（含陆地终端）可利用的主要余热资源有：燃气透平高温烟气废热；燃气、燃油往复式发动机烟气废热；热介质炉、加热炉、蒸汽或热水锅炉等低温烟气废热；高温生产水以及主机缸套水废热等。同时，海上平台存在众多用热及用冷环节，例如：油气处理、输送与储存工艺的保温，海水低温闪蒸制淡，工艺、生活空调等。目前，海上开发项目余热回收后的主要用途分为4类：1）替代各类热站（含蒸汽热水锅炉、热介质炉、加热炉等），例如，海上平台将透平发电机排烟引入余热锅炉加热盘管中的导热油从而替代热站。2）替代电驱压缩机制冷和电加热空调的余热驱动溴化锂吸收式制冷、制热空调。3）替代电加热生活热水系统。4）余热驱动的蒸发式海水淡化装置等[1]。

2海上气田开发生产装置冷量需求

在海上油气开发过程中，自带燃气透平电站或者原油发电机组的中心处理平台存在大量的高温烟气余热，燃气透平电站排烟温度高达400℃，余热利用潜力很大。不同于油田开发加工需要大量热源用于工艺流程，气平台的热用户很少，在负荷小的情况下一般不对燃气轮机排气进行余热回收，直接采用电加热器更为灵活、便利，所以对于气田来说，因为大量余热资源没有合理利用，项目能源利用率往往偏低。海上油气田开发过程中央空调系统需要冷量的提供，海上平台的生活区和生产区工作间是在封闭的室内。空调设备为这些区域的工作人员提供舒适的工作生活环境，同时保障封闭室内的设备正常运转环境。以往多是采用电驱动压缩式制冷装置来提供这些冷量，冷量的获得通常需要消耗很多能量。考虑利用平台余热服务冷用户，回收余热同时减少能源消耗。以溴化锂吸收式技术为基础的制冷机组由热能驱动运行，驱动热能可以是蒸汽、热水、直接燃烧燃料(燃气、燃油)产生的高温烟气或外部装置排放的余热烟气、余热热水，制取5℃以上冷水用于满足各工艺用冷及舒适性空调，有效回收利用低温热能，在海上平台余热节能技术领域发挥了重要的作用[2-3]。中海油与康菲石油共同开发的西江某平台利用90℃左右含油污水作为热源，驱动溴化锂空调机组，用于机房及生活楼供冷，是迄今国内第一家在海上平台应用吸收式制冷机的项目。此外，位于南海西部海域某气田开发项目采用回收透平发电机组产生的450℃左右高温烟气作为溴化锂吸收式制冷机的驱动热源，为平台生活楼提供冷源。从经济效益上看，生活楼供冷耗电量占平台电耗比例很小，且受使用时间的限制，考虑到安装溴化锂制冷系统带来的一系列改造，包括平台结构以及管线上的改造，溴化锂制冷技术的应用虽然减少了燃气消耗及温室气体排放，但节能效果有限，需要结合投资回收期综合考虑。结合海上气田开发项目能源实际需求，在充分考虑技术可行、经济合理基础上，余热制冷需要拓展新的思路，挖掘节能潜力。

3余热制冷在烃露点控制系统改造中的应用

摘要：

当前智能化故障诊断技术作为一种有效的故障防范策略，已被融入到现代空调制冷系统的实践应用当中，它不仅可有效降低制冷系统的运行成本，而且还能明显提升系统运行的安全性与可靠性。本文结合工作实践，着重就智能化故障诊断技术在空调制冷系统中的应用进行了探索与研究。

关键词：

制冷系统；故障诊断；智能化

近年来，随着我国经济的快速发展，制冷系统在人们日常生活、工业生产中的应用已越发普及，其重要性也不断增强。如何进一步提升制冷系统的安全性与可靠性，已成为了当前国内外众多学者所共同关注的焦点问题。智能化故障诊断技术作为一种有效的故障防范策略，它能通过实时、自动的监测和采集制冷系统的状态信息与运行参数，以起到有效预测故障发生、判定故障性质、评估系统运行状态以及延长系统正常使用寿命的目的。

1制冷系统的故障特点

制冷系统根据其工作原理，主要分为蒸汽压缩式制冷系统、吸收式制冷系统、半导体式制冷系统以及吸附式制冷系统等多种类型。以蒸汽压缩式制冷系统为例，其常见故障类型包括了：制冷剂泄漏、冷却水量减少、管路压力增大等问题，而导致系统冷却效率的降低及系统能耗的增加。正是由于蒸汽压缩式制冷系统的构成元件多（制冷压缩机、节流装置、热交换设备、管道等）、循环工作状态复杂（包括制冷剂、水、空气、油等），因此当制冷系统故障发生时，具有故障原因复杂、故障征兆复杂的特点，且存在着较多不易被检测的参数，部分检测数据与故障问题之间的关联性也不明显。因此，在制冷系统的故障诊断时，如果只依靠维护人员的个人经验或仪器进行故障的查找与排除时，不仅诊断效率低，而且检修成本高、检修失误率高。针对以上问题，近年来制冷系统的故障诊断技术，已逐步由传统的单一化、常规化的诊断方法，发展为以人工智能技术、信息技术等先进技术为基础的智能化诊断方式。

2智能化故障诊断技术在制冷系统中的具体应用

摘要：分析智能制冷控制系统应用现状，分别从智能控制原理、分布式智能制冷控制系统的应用、智能制冷控制系统设计要点等方面对课题内容进行详细的研究与分析。旨在为智能制冷控制系统的研究提供参考性建议。

关键词：智能制冷控制系统；分布式；节能减排；研究与设计

引言

近年来，我国新型的社会经济环境逐渐出现，人民群众的生活水平以及生活要求逐渐提高，为制冷设备的研究与优化提供了良好的市场动力。智能化、便捷的制冷控制系统逐渐出现，给人民群众的生活带来更多便利。现阶段制冷控制系统设计与使用中，在实施节能减排方面存在一些问题，造成能源的浪费，且不利于环境保护。1智能制冷控制系统应用现状在近年社会经济发展过程中，能源工业得到了大力发展，并在各领域建设中起到非常重要的作用。随着各行业发展对能源需求的不断增加，能源短缺逐渐成为制约社会经济发展的重要问题。为了提高能源的利用率，相关科技领域一直将提高能源利用率作为重点研究课题。制冷行业每年的能源消耗非常大，因此，科研人员研发了智能制冷控制系统，并将其应用于相关领域，取得了良好的应用效果。智能制冷控制系统能对温度、压力及液位等进行智能调控，且具有较高的安全性。例如，许多大中型超市安装智能制冷控制系统，对超市内的环境温度、冷藏柜温度等进行智能化控制。2智能制冷控制系统概述2.1基于神经网络原理的控制算法神经网络原理是一种较为特别的控制原理，主要是对人脑的思考过程以及知识处理能力进行模拟，进而对系统运行中遇到的具体问题与指令进行处理。神经网络原理具体运行过程中，主要由3个运行模块组成：信息输入模块，信息中间处理模块和信息输出模块[1]。在对制冷控制系统进行研究与分析时发现，其具体运算也将神经网络原理作为控制算法，利用神经网络原理对制冷阀门开度及压力值进行控制，保障制冷控制系统能智能化实施使用者的指令。2.2应用智能制冷控制系统的必要性随着经济的发展，人们对制冷的需求逐渐普及，能源消耗逐渐增加，不仅造成能源短缺现象，而且也对我国整体的发展前景产生较大的影响。因此在保证人们制冷需求时，也应重点关注能源消耗问题，并积极的实施节能降耗对策[2]。对制冷系统进行性能优化能在很大程度上促进能源使用效率的提升，促进制冷系统的智能化发展。

3智能制冷控制系统的研究内容

3.1系统组成结构在智能制冷控制系统设计过程中，不仅要满足人们对制冷的需求，而且还应重点关注节能减排效果，并有效提升制冷效率。在系统组成结构中，应对3个结构要点进行重点设计：①将神经网络原理作为结构构建的核心模块及核心原理。该原理的应用能提升制冷系统的智能化程度，保障系统自动调节过程中的适宜情况[3]。②设计分布式制冷控制系统时，应建立分布式温度传感器模块。利用区域分布的温度传感器对系统周边温度情况进行全面收集，进而进行智能化数据处理，为温度自动调节系统的构建奠定基础。③对多路蒸发器组成结构进行重点设计，以保证控制系统中冷凝器的液体流量处于合理状态。

3.2系统运作流程（1）系统启动。启动过程中，应对系统用户的具体需求进行初步的系统参数设计，或使用系统默认参数，或按照系统使用前的历史经验数据进行设置。具体使用中，系统默认参数并不了解使用者的适宜需求，进而影响使用人员的舒适程度。同时，默认参数的使用还存在控制精度不高的问题，影响使用效果。因此在系统具体使用中，推荐按照用户的具体需求进行初步系统参数设计的使用方式[4]。（2）运行模式。制冷系统启动后，应重点设置系统的运行模式。系统主要采用智能化运行模式，自主收集运行区域周边温度环境情况，保障对制冷阀门开度及压力值的控制，符合现阶段使用者对环境温度的要求。（3）数据采集与分析。数据采集指对系统运行中的模块运行数据进行收集，进而对系统运行的状态以及使用安全情况进行监控，保证系统各模块运行的数据处于正确范围，保障系统正常运行。（4）系统信息反馈流程。为保障使用者对制冷控制系统的灵活控制，在系统设计时，建立信息反馈流程。通过反馈流程对用户的管理要求进行积极响应，便于使用者对制冷系统的使用状态进行动态、及时地查验，

4智能制冷控制系统设计

随着直升机行业的快速蓬勃发展，机组人员对直升机舱内的安全舒适环境提出了越来越高的要求，特别是舱内制冷系统。20世纪60年代，当时的蒸发循环制冷技术还不太成熟，直升机大都借鉴固定翼飞机普遍采用的空气循环制冷系统，这种技术最大的弊端在于对飞机发动机的性能有较大影响。尤其对于我国，发动机制造技术本身比先进国家就存在较大差距，所以对此问题就更为敏感。到了20世纪80年代，机载蒸发循环制冷技术取得了突破，欧美、苏联的军用直升机纷纷采用了蒸发循环的机载制冷系统。与空气循环技术相比，蒸发循环制冷技术具有制冷能力强、能效比高、（无发动机引气）不影响发动机性能等优点。尤其是在直升机悬停状态，蒸发循环制冷效果显著优于空气循环制冷系统。因此蒸发循环制冷技术能够很好的满足现代直升机舱内日益增大的热载荷的冷却要求。随着蒸发循环制冷技术在直升机上大规模应用，暴露出的问题也越来越多。某型直升机驾驶舱制冷系统采用蒸发循环制冷，其在试飞过程中出现压缩机过流保护，同时压缩机出气管出现脱管现象，造成蒸发循环制冷系统无法正常使用。由于试飞环境比较恶劣，驾驶舱内经常达到50℃以上，蒸发循环制冷系统故障严重影响机组人员的工作效率，乃至影响飞行安全。制冷系统组成及工作原理该直升机驾驶舱制冷系统采用蒸发循环制冷，主要由压缩机、冷凝器组件、蒸发器组件、制冷电控盒、制冷操纵盒、制冷剂管路、支架和制冷剂等组成。系统工作时，压缩机抽吸蒸发器出口的低温低压制冷剂蒸汽，将其压缩至高温高压的气体，并排至冷凝器；该高温高压制冷剂气体在冷凝器中被风机抽吸的外界大气冷却，冷凝成温度和压力较高的液体，然后经储液器进入膨胀阀节流膨胀，温度和压力急剧下降，变为一种低温气液混合物；该混合物流入蒸发器，与蒸发风机抽吸的驾驶舱暖湿空气进行热交换，吸热蒸发变成低压蒸汽，重新回到压缩机中，完成一个循环。同时暖湿空气在蒸发器中放热冷却，通过联动出风口供给驾驶舱制冷，如图1所示。当系统处于制冷工作状态，若除霜温度传感器感受蒸发器组件出风温度≤1℃，则压缩机、冷凝风机停止工作，系统进入除霜模式；当除霜温度传感器感受蒸发器组件出风温度＞3℃且已进入除霜状态3分钟以上，系统退出除霜模式，回到制冷模式。

故障定位

及机理分析该直升机试飞过程中，制冷操纵盒报压缩机过流故障，蒸发循环制冷系统无法正常工作。直升机降落后，经机务人员检查发现，压缩机排气管与压缩机钢套脱开。故障定位首先，对蒸发循环制冷系统压缩机进行分解处理，用量杯测量从压缩机回气端排出的润滑油量约为7ml，正常情况排出的润滑油量应大于100ml，可见压缩机内部润滑油量不足。而压缩机内的润滑油量过少会引起压缩机电机摩擦增大、温度升高、压缩机电流增大，因此可确认压缩机回油不好是造成压缩机过流故障过流的一个因素。其次，通过查看直升机飞参数据及听取飞行员的试飞情况描述，可确认直升机在飞行过程中多次出现制冷系统出风温度升高，驾驶舱舱内温度升高现象，制冷操纵盒报压缩机过流故障，重新开启制冷系统后，制冷系统能够工作正常，出风口有凉风。通过分析可知，制冷系统在工作过程中，蒸发器表面可能出现结霜现象。蒸发器表面结霜后，其换热效率严重下降，导致蒸发器无法对驾驶舱内热空气进行正常换热，出风温度随着结霜加剧而逐渐升高。重新启动制冷系统时，压缩机启动会有3分钟延时，此时蒸发器表面霜层会迅速融化，霜层融化后制冷系统会恢复正常工作，后续会出现反复现象。此过程与飞参数据及飞行员描述对应，因而可确认制冷系统在工作过程中出现了结霜情况。从上述制冷系统工作原理可知，制冷系统初始结霜时，蒸发器出风温度会降至1℃，除霜传感器通过感受出风温度将信号传送给制冷操纵盒，制冷操纵盒控制制冷系统进入除霜模式，此时压缩机和冷凝风机停止工作。若蒸发器内除霜传感器位置安装不当，将会造成传感器无法真实反馈出风温度值，制冷操纵盒无法接收除霜信号，制冷系统无法进入除霜模式。最后，通过查看飞参数据可知，制冷系统出现故障时直升机飞行高度在约为1600m，机外大气温度19℃，制冷系统在此环境下工作，冷凝器换热效率高，冷凝温度会下降，蒸发压力与温度伴随下降，当制冷系统蒸发器表面温度低于0℃时，蒸发器表面凝结的液态水滴会出现结霜情况，若结霜后未及时进行除霜保护，会造成蒸发器蒸发压力下降，膨胀阀开度变小，制冷剂回气流速降低，造成润滑油不能及时返回压缩机，压缩机润滑不良，内部温度快速升高，压缩机电流急剧增大直至过流。同时，由于润滑不良造成电机发热量增大，压缩机壳体温度过高，过高的温度通过排气压板及铝管传至压缩机排气管路，造成该处制冷剂管路变质，钢套及制冷剂管路脱开。因此，可断定蒸发器内的除霜传感器位置布置不当，制冷系统无法进入除霜模式，导致压缩机回油不好，润滑不良，发热量增大，壳体温度过高，造成压缩机过流故障和制冷剂管路脱开。

机理分析

制冷系统工作时，若室外温度过低，冷凝器换热效率提高，冷凝温度降低，蒸发温度降低，如果蒸发器温度低于0℃，在冷却湿热空气时，空气中的水蒸气会在蒸发器芯体低于0℃的区域凝结成冰，形成霜层。结霜后蒸发器芯体的翅片间隙被冰霜覆盖，使得驾驶舱内循环风在吹过蒸发器芯体时受阻，且换热效率严重下降，舱内温度无法降低。因此，会出现出风温度升高，驾驶舱温度升高现象，重新开启制冷系统后，由于再次启动压缩机有三分钟延时，霜层会融化，制冷系统重新正常工作。除霜传感器采集的温度为蒸发器出风温度，若位置布置不当会造成结霜时采集出风温度偏高，制冷系统无法进入除霜模式。蒸发器长时间结霜不仅会造成制冷效果的下降，同时结霜时制冷系统蒸发压力过低，膨胀阀开度变小，回气流速降低，造成系统润滑油不能及时返回压缩机，压缩机润滑不良，壳体温度升高，壳体将温度传至排气铝管，当铝管温度升高至制冷剂管路耐温极限时，造成与铝管相连的制冷剂管路变质，制冷剂管路与钢套扣压部位松脱。同时，压缩机润滑不良也会导致电机负荷加重，压缩机电流过大，当电流超过23A时，制冷操纵盒报压缩机过流故障并切断制冷系统电源。优化改进及试验验证

优化改进

根据上述故障机理分析，压缩机过流故障及出气管出现脱管现象是由于除霜传感器布置不当造成。除霜传感器布置在蒸发器内部，以便采集蒸发器出风温度，而蒸发器中蒸发风机采用的是吸风方式，因而除霜传感器位置不同受气流影响后采集的温度也会不同。通过仿真蒸发器内部空气流场及制冷系统地面试验，最终确认蒸发器内部除霜传感器位置，如图3所示（原除霜传感器位置如图2所示）。除霜传感器位置改进后，在地面不同工况下进行测试，当蒸发器出现轻微结霜时，制冷系统均能进入除霜模式，压缩机和冷凝风机停机，满足制冷系统的工作要求。

制冷剂管路耐高温试验验证