水冷螺桿冷水機組采用滿液式蒸發(fā)器后,機組能效比可獲得較大提高,但須建立在優(yōu)良的設計制造及合適的運行控制策略基礎上,而其中很重要的一點就是要對蒸發(fā)器液位進行較準確的檢測和控制,否則,不僅不能發(fā)揮滿液式蒸發(fā)器優(yōu)良的傳熱性能,而且機組的安全運行也會成問題。這與過去國內廠商所熟悉的采用熱力膨脹閥供液的干式蒸發(fā)器機組有較大差別,其解決并不很容易。
目前常用檢控技術分析:
滿液式蒸發(fā)器液位檢控包括冷媒流量控制與液位檢測兩個環(huán)節(jié),有多種技術選擇,各有其特點,以下分述之。
1.冷媒流量控制:
1.1.電子膨脹閥
電子膨脹閥須接受電子信號、由電力驅動才可工作。目前主要有三種驅動方式,即電動馬達驅動、步進電機驅動及電磁力驅動。采用電子膨脹閥,若算法或邏輯合適,則可以在微處理器控制下實現(xiàn)較復雜的控制規(guī)律,得到較高的控制品質,而這又要取決于對被控對象動態(tài)特性的準確把握。對于滯后較大、非線性的大冷量制冷、空調系統(tǒng),這往往并不容易,且目前大容量的電子膨脹閥都是進口產品,價格較高,這些都限制了它的廣泛應用。
1.2.浮球閥
這是一個機械作用的調節(jié)閥,結構較簡單,整定后不需復雜的控制規(guī)則就可以自行工作,但只能實現(xiàn)雙位控制,精度不高,且要求制冷系統(tǒng)潔凈度較高,否則易失靈。與電子膨脹閥相比,浮球閥在價格上也不具有優(yōu)勢。
1.3.孔板
固定流口面積的孔板是最簡單、最廉價的一種流量調節(jié)方法,但是須有補充調節(jié)措施,如并聯(lián)電磁閥等,否則,其調節(jié)功能無法滿足冷媒流量要求。
2.液位檢測
2.1 直接檢測法
采用液位傳感器直接感受液位。目前可采用的液位傳感器有多種,如電容式、磁性浮子式、壓力式等,傳感器安裝于蒸發(fā)器內與制冷劑直接接觸。由于滿液式
蒸發(fā)器內流體的兩相混合物特性,傳感器并不能準確地檢測到液位,尤其是若安裝不當更不能檢測液位。另有一種光電式傳感器,可不與制冷劑直接接觸,但其應用于制冷裝置上的可靠性尚未得到驗證。因為它需要一個穩(wěn)定、方便觀察的透明窗口,而這在冷水機組較長的壽命期內恐怕是難以保證的,所以這種方法是否可行值得懷疑。
2.2 間接檢測法
滿液式蒸發(fā)器液位的變化會影響壓縮機吸氣帶液量,而這又會在壓縮機排氣溫度、排氣過熱度變化上有所反映,于是可以利用這一特性檢測和控制液位。然而,不同的蒸發(fā)器設計、不同的壓縮機,加上工況的復雜多變,要定量地準確計算合適的作為控制用輸入參數(shù)的排氣過熱度是很困難的,至少需要通過大量實驗工作標定,因此雖可行,但很麻煩。
基于熱管技術的液位檢測和控制方法:
熱管是一種利用相變傳熱的高效傳熱元件,它是在封閉的容器(通常為管狀)內,抽真空后充入適量工作液體,工質在一端被加熱、蒸發(fā),蒸汽流向另一端后冷凝、放熱,而冷凝液可在重力、毛吸力等作用下回流到蒸發(fā)段,如此反復,實現(xiàn)高效傳熱。熱管的這種工作方式使它具有壁溫可調、熱流密度可變等一系列優(yōu)點,已在許多領域獲得應用。
圖1 是運用熱管技術檢測蒸發(fā)器液位的原理示意圖。如圖所示,正常工作時,理想狀況是蒸發(fā)器液位穩(wěn)定在某個合適的位置,于是便可在蒸發(fā)器的某個合適部位裝兩支熱管,其蒸發(fā)段在蒸發(fā)器外部,冷凝段在蒸發(fā)器內部,其中一支熱管的冷凝段在蒸發(fā)器內液位上方的汽相空間,另一支熱管的冷凝段在液相空間。因為氣(汽)體對流換熱與液體沸騰換熱性能的顯著差異,兩支熱管的溫度便不同,根據(jù)兩支熱管的溫度差異情況,就可以判斷出蒸發(fā)器液位是否在合適的范圍內,并據(jù)此調整節(jié)流機構的開度,從而實現(xiàn)液位的檢測和控制。
這種方法的原理與熱電膨脹閥類似,不同的是此處用外部環(huán)境的傳熱取代了熱電膨脹閥中的電加熱。