离心机压力传感器在制冷系统中的应用

一、引言

在工业、商业和大型公共建筑中，离心式冷水机组（Centrifugal Chillers）作为高效、稳定的制冷设备被广泛应用于中央空调与工业冷却系统中。其核心组件——离心式压缩机，依靠高速旋转的叶轮将低压制冷剂气体加压至高压，实现压缩冷凝循环。

在这种高转速、高压差、闭环自动控制的系统中，压力传感器扮演着至关重要的角色。它不仅实时监测吸气与排气压力，还参与系统自我调节、能耗优化与安全保护机制。因此，深入理解压力传感器在离心机制冷系统中的作用，对于保障制冷效率、延长设备寿命以及实现智能运维均具有重要意义。

本文将全面探讨压力传感器在离心机制冷系统中的应用实践，包括其原理、种类、部署位置、信号处理方式、常见故障排查及未来发展趋势。

二、离心机制冷系统工作简述

在标准离心式冷水机制冷系统中，制冷剂经历四个基本过程：蒸发→压缩→冷凝→节流。离心式压缩机作为动力核心，通过高速旋转将气态制冷剂从低压吸入口吸入并加压排出，随后在冷凝器中冷却成液态。系统压力的精确监控直接决定制冷效率与运行安全。

在整个制冷回路中，关键压力参数包括：

• 蒸发压力（低压侧）：反映制冷剂蒸发温度；

• 吸气压力（压缩机入口）：指导叶轮负载控制；

• 排气压力（压缩机出口）：决定冷凝效率；

• 冷凝压力（高压侧）：影响节流阀前液态状态；

• 油压与压差：用于润滑与保护转子系统。

因此，部署多个高精度压力传感器，是实现离心机制冷系统闭环调节和状态感知的前提。

三、压力传感器类型与原理

3.1 工作原理分类

常见工业压力传感器依据变换原理可分为：

• 应变片式传感器：通过金属膜片变形引起应变电桥阻值变化，输出电压变化信号；

• 压电晶体式传感器：利用晶体受力产生电荷响应，适合动态压力监测；

• 电容式传感器：压力引起电容板间距变化，信号稳定性高；

• 压阻式传感器：硅片结构电阻随应力变化，适用于小体积集成化应用；

• 光纤压力传感器：适合高温、高EMC环境，抗干扰能力强。

在离心机制冷系统中，应变片式与压阻式因其精度、响应速度和成本适中，被广泛采用；而对于高端产品或特殊工况（如磁悬浮冷机），可能采用电容式或光纤传感器。

3.2 输出信号形式

• 模拟输出：如0–5V、0–10V、4–20mA标准工业信号；

• 数字输出：RS485、CAN、Modbus、IO-Link等数字通信接口；

• 智能传感器：带微处理器，可输出校准数据、历史趋势、误差补偿等。

四、关键压力监测点布置

4.1 吸气侧压力传感器

通常布置于压缩机入口的制冷剂管路上，用于监控系统负荷与蒸发器效率。当吸气压力异常下降时，说明可能出现：

• 蒸发器结霜；

• 管路堵塞；

• 制冷剂不足；

• 系统热负荷骤减。

吸气压力信号常用于调节叶轮角度（在可调叶片系统中）或变频器输出频率，实现负载自适应运行。

4.2 排气侧压力传感器

安装于压缩机出口冷凝器之前，反映压缩后制冷剂气体的高压状况。排气压力直接决定：

• 冷凝效率；

• 压缩机能耗；

• 超压保护设定。

系统通常设置上限报警阈值，例如超过2.8MPa自动关机，防止设备损坏。

4.3 油路压力监测

离心式冷水机广泛使用润滑油系统。压力传感器部署于：

• 油泵出口：确认油泵运行状态；

• 轴承入口：保障润滑充分；

• 油气分离器出口：确保油返回率。

若油压低于设定下限（如0.2MPa），系统需快速停机保护轴承，防止高转速下干摩擦。

4.4 压差监测点

部分高端系统还布置双传感器计算压差，如：

• 冷凝器进出水侧压差；

• 油过滤器前后压差；

• 蒸发器两端压差。

这些数据用于监测设备是否结垢、堵塞或存在内泄漏，辅助预测性维护。

五、信号采集与处理系统

5.1 PLC/变频器直连方式

传统控制系统中，压力传感器直接接入PLC模拟量输入模块，经A/D转换后参与PID控制或限值比较。常见通道配置：

• 4–20mA信号连接模拟输入AI卡；

• 0–10V信号需加隔离模块防止干扰；

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