船舶冷藏箱自动控制系统故障分析与处理 船电.docx
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船舶冷藏箱自动控制系统故障分析与处理船电
题目:
船舶冷藏箱自动控制系统故障分析与处理
摘要
冷藏集装箱(Reefercontainer)是指一种有良好隔热,且能维持一定低温要求,适用于各类易腐食品的运送、贮存的特殊集装箱。
冷藏集装箱的基本类型有保温集装箱、外置式冷藏集装箱、内藏式冷藏集装箱、液氮和干冰冷藏集装箱、冷冻板冷藏集装等。
船舶冷藏集装箱作为冷藏运输工具是整个食品冷藏运输的重要组成部分。
由于包括人为因素在内的各种各样的原因,使得船舶冷藏集装箱故障经常发生,从而造成了很大的经济损失,使得公司信誉受损。
而对于船舶冷藏集装箱故障的研究在国内还不是很多。
以此为背景,以Carrier型冷藏箱为例,对船舶冷藏集装箱故障进行分析研究,以期为船舶冷藏集装箱的安全可靠运行提供高效的管理方式。
首先介绍了Carrier型冷藏箱的组成和原理,着重介绍了各工况的控制过程,其次列举了一些船员在日常工作中,遇到的保养知识,结合控制电路,进行了详细的故障分析,最后为故障排查提供了一些自己的思路。
关键字:
冷藏箱,结构,控制电路,故障排除
Abstract
Reefercontainerisakindofspecialcontainerwhichhasgoodheatinsulationandcanmaintainacertainlowtemperature.Itissuitableforthetransportationandstorageofperishablefood.Thebasictypesofreefercontainersincludeinsulatedcontainers,externalreefercontainers,internalreefercontainers,liquidnitrogenanddryicereefercontainers,frozenplatereefercontainers,etc.Asameansofrefrigeratedtransportation,refrigeratedcontainerisanimportantpartofthewholefoodrefrigeratedtransportation.Duetoavarietyofreasonsincludinghumanfactors,shipreefercontainerfailureoftenoccurs,whichhascausedgreateconomiclossesanddamagedthecompany'sreputation.However,therearenotmanyresearchesonthefaultofreefercontainerinChina.Inthispaper,basedonthisbackground,Carriertyperefrigeratoristakenasanexampletoanalyzeandstudythefaultofshipreefercontainer,soastoprovideanefficientmanagementmodeforthesafeandreliableoperationofshipreefercontainer.
ThispaperfirstintroducedthecompositionandprincipleofCarriertypecooler,andemphaticallyintroducedthecontrolprocessofeachworkingcondition.Secondly,itlistedthemaintenanceknowledgeencounteredbysomecrewmembersintheirdailywork,combinedwiththecontrolcircuit,carriedoutadetailedfaultanalysis,andfinallyprovidedsomeideasfortroubleshooting.Duetothelimitedtimeandtheirownlevel,thisarticleisnotverycomprehensive,onlyforthereferenceofthecrew.Expectmorecomprehensiveanddetailedarticlestosolvetheproblem.
Keywords:
Refrigerator,Structure,Controlcircuit,Troubleshooting
前言
船舶冷藏集装箱作为冷藏运输工具是整个食品冷藏运输的重要组成部分。
船舶冷藏集装箱不仅能将各种货物始终保持在各自最佳低温,抑制细菌和微生物的生长繁殖,最大限度地保持食品原有的色、香、味和营养价值,而且能在世界各港口之间进行快速、高效和安全的“门到门”运输,所以船舶冷藏集装箱成为国际贸易中最重要的运输方式。
据《国际集装箱化》杂志2016年调查统计,全世界每年约有370亿吨易腐货物需冷藏,投入运营的冷藏船共有1500余艘;船舶冷藏集装箱高达120万TEU,且每年仍有11万TEU新冷藏集装箱投入营运;预计到2020年,世界冷冻食品消费量将占全部消费食品的65%以上。
世界经济的发展,尤其将上海建设成为国际航运中心的目标为我国船舶冷藏集装箱运输业带来了广阔的发展前景。
以Carrier冷藏箱为例:
Carrier冷藏箱采用全电式、制冷及加热系统一体的铝质轻型结构冷藏箱,制冷剂为R134A,压缩机润滑机油用POESW20,在冷藏箱控制箱上装有运行状态指示灯及温度控制器。
供电电压有190V/230V-3PH-50Hz/60Hz或380V/440V-3PH-50HZ/60HZ两种,集装箱一般使用440V三相60HZ交流电。
操作控制部分由一个单项变压器供电,电压为18/24VAC。
温度控制器采用微型电脑MICRO—Link2控制,如果将温度控制器设定在冷藏箱所要求的温度,系统就会自动的维持温度在很小的差异范围内。
控制系统会自动选择冷却静止或加热使冷藏箱一直保持在所需温度范围内。
有些机型装有CARRIERTRANSICOLD型温度数据记录器,也有些机型装设美国PARTLOW机械式温度记录器或日本SAGINOMIYA电池转动式温度记录器。
1冷藏箱的发展
20世纪80年代,远洋冷藏运输中迅速兴起了冷藏集装箱运输,由此冲击了海上利用多用途船上冷藏货舱载运冷藏货的运输方式,即传统的冷藏货舱逐步为方便适用的冷藏集装箱所替代。
现在,远洋集装箱运输的发展,已形成了巨大规模的集装箱船队,大吨位半集装箱船和全集装箱船不断出现,在这些船上只要设置冷藏集装箱电源插口,就可方便地载运冷藏集装箱,进行海上冷藏运输。
在海上冷藏运输中,近年冷藏集装箱不断挤占常规冷藏船和冷藏舱的运量。
在1983年,由交通部水运科学研究所和江西制氧机厂研制了我国第一只20英尺冷藏集装箱,并通过性能试验,装于铁路和长江船上试用,取得一定效果。
但由于当时选用的制冷设备技术落后,制冷工质为R12,加上运输组织管理不到位,起吊困难等问题一时难以解决等原因则未能得到进一步应用和扩大生产。
不过这一研制成功也为我国冷藏集装箱制造技术的探讨和冷藏集装箱的实际应用等积累了一定的经验。
20世纪90年代初,中国远洋运输公司及上海远洋运输分公司注意到远洋集装箱运输中冷藏集装箱的运用趋势,便开始考虑如何实现国际间及欧亚大陆冷藏集装箱运输联网的问题,以及我们水陆冷藏运输协调问题。
1984年上海远洋分公司率先向日本三菱公司购进30只40英尺冷藏集装箱,并投入中美航线和中国地中海欧洲航线的冷藏集装箱运输。
1985年上海远洋公司又向日本Dalkin公司购进200只新型冷藏集装箱,不久再向美国Carrier公司进口一批40英尺标准冷藏集装箱,自此,较多方位的开始了中国至世界各国远洋运输中的冷藏集装箱运输。
2006年6月6日澜沧江—嵋公河的国际冷藏集装箱运输航道开通,可通行150吨至300吨级船舶。
该航线从泰国清盛港启运的冷藏集装箱运输船满载榴莲、山竹等热带水果沿“澜沧江—泥公河”航道溯流而上抵达中国景洪港。
回程时,该冷藏集装箱船将猕猴桃、苹果、葡萄、梨等温带水果及云南的鲜花、蔬菜运往泰国清盛港。
1996年春,载箱能力为6000TEU的“REGINAMAERSK”投入使用,1997年8月,载箱能力为6600TEU的“SOVEREIGNMAERSK”问世,载箱量为6000~8000TEU。
2002年出现了8600TEU超大型集装箱船VLCS(VeryLargeContainerShip),2005年9200TEU集装箱船投入营运,2006年11000TEU集装箱船在海运航线上首露风姿,2008年13800TEU集装箱船横空出世,2013年18000TEU集装箱船已经渐露端倪,2019年5月21000TEU世界最大集装箱投入运营,巨型集装箱船ULCS(UltraLargeContainerShip)的时代山雨欲来。
冷藏集装箱在我国乃至世界逐步发展,运力逐渐提升。
在运输领域占有越来越重要的地位。
2Carrier型冷藏箱简介
2.1Carrier冷藏箱的主要组成
2.1.1水冷式冷凝器部分
水冷式冷凝器部分由水冷式冷凝器、视液镜、压力释放塞、干燥过滤器、水路连接器、水压开关、经济器、液体注入阀(LIV)、经济器膨胀阀、经济器电磁阀(ESV)和湿度/液相指示器组成。
1.水冷式冷凝器2.压力释放塞3.湿度/液相指示器4.干燥过滤器5.经济器6.液体注入阀(LIV)7.经济器电磁阀(ESV)8.经济器膨胀阀9.连接器(进水)10.液路检修阀/接口11.自排连接器(出水)12.水压开关(WP)13.视液镜
图2.1水冷式冷凝器部分
2.1.2风冷式冷凝器部分
风冷式冷凝器部分由冷凝器风扇、冷凝器盘管、储液器、液路检修阀、干燥过滤器、保险熔塞、经济器、液体注入阀(LIV)、经济器膨胀阀、经济器电磁阀(ESV)及视液镜/湿度指示器组成。
冷凝器风扇将空气从盘管的底部吸入并通过冷凝器风扇网罩水平地排出。
1.网罩和风罩组件2.冷凝器风扇3.键4.冷凝器风扇马达5.冷凝器盘管6.冷凝器盘管盖板7.储液器8.视液镜9.干燥过滤器10.经济器11.液体注入阀(LIV)12.经济器电磁阀(ESV)13.经济器膨胀阀14.检修阀15.视液镜/湿度指示器16.保险熔塞
图2.2水冷式冷凝器
2.1.3蒸发器部分
蒸发器部分包括回风温度传感器、湿度传感器、电子膨胀阀、双速蒸发器风扇(EM1和EM2)、蒸发器盘管及加热器、除霜温度传感器、加热终止感应器以及蒸发器温度传感器(ETS1和ETS2)。
蒸发器风扇将空气从机组的顶部吸入,经过蒸发器盘管,使空气在此加热或冷却,然后通过底部排出,使空气在集装箱内循环。
蒸发器风扇马达#1(EM1)2.回风记录传感器/回风温度传感器(RRS/RTS)3.湿度传感器(HS)4.蒸发器风扇马达#2(EM2)5.蒸发器盘管6.蒸发器盘管加热器(在盘管下面)7.加热终止传感器(HTT)8.除霜温度传感器(DTS)9.电子膨胀阀(EEV)10.蒸发器温度传感器(位置)(ETS1和ETS2)11.通讯器接头(后面板)(ICR)12.USDA感温器插口PR213.USDA感温器插口PR114.USDA感温器插口PR315.货物感温器插口PR4
图2.3蒸发器部分
2.1.4压缩机部分
压缩机部分包括压缩机、数字卸载阀(DUV)、高压开关、排气压力传感器(DPT)、蒸发器压力传感器(EPT)和吸气压力传感器(SPT)。
出风温度传感器、出风记录传感器和环境温度传感器均位于压缩机的左侧。
1.压缩机2.排气温度传感器(CPDS)(位置)3.排气接口4.吸气接口(位置)5.压缩机接线盒6.放油(位置)7.经济器接口8.排气压力传感器(DPT)9.数字卸载阀(DUV)10.蒸发器压力传感器(EPT)11.排气检修阀12.高压开关(HPS)13.吸气压力传感器(SPT)14.吸气检修15.出风温度/出风记录传感器组件(STS/SRS)
图2.4压缩机部分
2.1.5控制箱部分
控制箱包括:
手动开关、断路器(CB-1)、压缩机、风扇及加热接触器、控制电源变压器、保险丝、键盘、显示器组件、电流传感器组件、控制器组件以及通讯组件。
1.压缩机接触器-CH2.压缩机A相接触器-PA3.压缩机B相接触器-PB4.加热接触器-HR5.显示器组件6.通讯组件7.控制器/数据记录仪组件(控制器)8.键盘9.远程监测插口10.控制器电池盒(标准位置)11.通讯器接头(控制盒的位置)12.控制变压器13.高速蒸发器风扇接触器-EF14.低速蒸发器风扇接触器-ES15.冷凝器风扇接触器-CF16.断路器-460V17.电流传感器组件
图2.5控制箱部分
2.2Carrier型冷藏箱的工作原理
2.2.1制冷循环
(1)若送风温度高于设定点并正在下降,机组将进入制冷状态,冷凝器风扇马达(CF)、压缩机马达(CH)及蒸发器风扇马达(EF)通电,同时制冷指示灯亮起。
同时,如果电流限定或压力限定未起动,控制器将闭合接触器TS,以开启节能器电磁阀(ESV)使机组处于经济器运行模式。
(2)当箱内空气温度降至设定温度以上的预设允许范围时,范围内指示灯亮起。
(3)随空气温度进一步下降,调节制冷在设定点以上大约2.5C(4.5F)时开始工作。
当调节制冷开始工作时,EEV控制将从全载制冷过热度设定点转变到某个较低的调节制冷过热度设定点。
一旦开始调节,EEV就会根据系统的工作周期来控制蒸发器过热度,瞬间过热度会随工作周期的变化而变化。
当回风温度下降到距设定点温度1.9C(3.4F)范围之内而且系统的平均制冷量已经下降到70%以下时,机组会断开接触器TS并关闭ESV。
(4)控制器对送风温度进行监测。
一旦送风温度下降到设定点以下,控制器就开始定时记录送风温度、设定点温度及时间。
然后通过计算确定温度随时间偏离设定点的情况。
如果计算结果表明无须继续制冷,接触器TC和TN断开,使压缩机马达和冷凝器风扇马达断电。
此外,控制器将关闭EEV。
保鲜加热方式被锁定在停用状态五分钟。
制冷指示灯随之熄灭。
(5)蒸发器风扇马达会继续运转,以循环集装箱内的空气。
范围内指示灯在送风温度未超出设定点的允许范围时保持常亮。
(6)如果回风温度升至设定点以上1.0C(1.8F),同时停止制冷时间已超过三分钟,接触器TC和TN闭合,重新以标准(非经济器)运行模式启动压缩机和冷凝器风扇马达。
同时制冷指示灯亮起。
(7)如果在调节制冷期间系统平均制冷量量已经上升至100%,而且时间已过三分钟,继电器TS将通电并打开ESV,使机组处于经济器运行模式。
(8)如果送风温度上升至比设定点温度高2.5C(4.5F)以上,微处理器会将蒸发器过热度控制从调节制冷使得过热度转回到全载制冷控制时的过热度。
图2.1制冷
2.2.2加热循环
(1)如果空气温度下降至设定点以下0.5C(0.9F),系统将进入加热模式。
控制器闭合接触器TH,使电流流过加热终止开关(HTT)以接通加热器(HR)。
同时加热指示灯亮起。
蒸发器风扇会继续运转,以循环集装箱内的空气。
(2)当温度上升至设定点以下0.2C(0.4F),接触器TH断开,切断加热器的电源。
加热指示灯随之熄灭。
蒸发器风扇会继续运转,以循环集装箱内的空气。
(3)安全装置加热终止开关(HTT)安装在蒸发器盘管上。
如果出现过热情况,加热终止开关(HTT)会断开,从而切断加热器电路。
图2.2加热
2.2.3除霜循环
(1)整个除霜过程可由三个截然不同的运行状态组成。
首先是盘管的除冰,第二是感温探头检查,第三是急速冷冻。
下面任何一种方法都可启动除霜:
1.由用户通过使用按键盘或手动除霜开关启动手动除霜功能(也可以是手动除霜开关功能,若有的话)。
通过使用DTS结束手动除霜功能。
注意可使用手动除霜/间隔键启动手动除霜。
手动除霜/间隔键的操作:
按住除霜间隔键五秒钟将启动除霜。
若除霜间隔键不到五秒即被放开,则会显示出除霜间隔。
(2)用户经通讯接口发送除霜指令。
(3)除霜间隔计时器(控制器功能代码Cd27)已达到用户所设定的除霜间隔。
(4)控制器感温探头诊断逻辑根据送风和回风感温探头当时的温度值决定进行感温探头检查。
(5)如果控制器设置为指令除霜选项而且该选项已设置在“IN”,若机组已运行超过2.5小时但仍未达到设定点,则机组将进入除霜状态。
(6)系统正处于压缩机吸气压力或高压缩比保护模式而且系统平均制冷量已降到低于预定的阈值。
任何时候只要除霜温度传感器的读数降到控制器除霜终止温控开关的设定点以下,就可启动除霜。
当除霜温度传感器的读数上升到除霜终止开关的设定点以上,就会终止除霜。
除霜终止温控开关不是一个实际的物理部件。
它是将控制器设置为象温控开关一样动作,当除霜温度传感器读数低于设定点时就“闭合”(允许除霜),当传感器的温度读数高于设定点时就“断开”(终止或防止除霜)。
当机组以球茎运输模式运行时,可能需要进行特殊设置。
如果控制器设置为低DTT设定选项,除霜终止温控开关的设定点可设置为预置的25.6C(78F)或降低到18C(64F)。
当通过手动除霜开关、通讯接口或感温探头检查提出除霜要求时,如果除霜温度传感器的读数等于或低于除霜终止温控开关的设定值,机组就进入除霜状态。
当除霜温度传感器的读数上升到除霜终止温控开关的设定值以上,就会终止除霜。
当通过除霜间隔计时器或指令除霜提出除霜要求时,除霜温度设定必须在10C(50F)以下。
一旦除霜模式启动,控制器关闭EEV,断开接触器TC、TN及TE(或TV),使压缩机、冷凝器风扇及蒸发器风扇断电。
制冷指示灯随之熄灭。
然后控制器闭合接触器TH,使加热器通电。
除霜指示灯亮起。
当除霜温度传感器读数上升到除霜终止温控开关的设定值后,除霜过程终止。
图2.3除霜
2.2.4启停控制
启动前首先进行预检诊断,预检诊断采用内部测量和比较逻辑对机组各部件进行自动检测。
该程序会以"PASS"(通过)或"FAIL"(故障/失败)显示检测结果。
检测完成后如果不作出任何选择,预检菜单选择步骤将自动完成并停止。
但是,如果需要,预检完成后必须手动重新起动除湿和球茎模式。
如果在自动检测过程中出现检测失败的情况,机组将暂停运行并等待操作人员的干预。
按照行业的规定,当集装箱内温度设置在-10℃或可选的-5℃以下时称为冷冻模式,在-10℃
或可选的-5℃以上时称为保鲜模式。
冷冻模式下温度控制不用很精确,实现简单。
为使压缩机和风扇电机工作正常,系统需判断供电的相序,CARRIER561机组根据压机的吸气压力和排气压力来判断压机的正反转,但是在PTI测试中,使用送风温度和回风温度来判断蒸发器风扇电机的正反转。
而TKMAGNUM机组中则使用电流的大小来判断压机的正反转和风扇的正反转,而且该机组起动时总是先给加热管供电,以判断三相交流电是否缺相。
调节制冷过程中,数字卸载阀会以不同的频率加载和卸载压缩机,实现对系统制冷剂流量的控制,逐步降低机组的制冷速度。
2.2.5安全保护装置
表2.4所列的安全保护装置可使制冷机组各部件不受损坏。
这些装置监测机组的运行情况,当出现不安全因素时,保护装置会断开一组电器触点。
断开IP-CP或HPS装置上的安全开关触点会使压缩机停机。
断开IP-CM装置上的安全开关触点会使冷凝器风扇马达停机。
若下列安全装置中有一个处于断开状态,整个制冷机组会停止运行:
(a)断路器;(b)保险丝;(c)蒸发器风扇马达内部保护器-(IP)。
表2.4安全和保护装置
不安全情况
装置
电流过载
断路器
控制电路的电流过载
保险丝
控制器电流过载
保险丝
冷凝器风扇马达绕组温度过高
内部保护器
压缩机马达绕组温度过高
内部保护器
蒸发器风扇马达绕组温度过高
内部保护器
在高压端的压力/温度异常
保险熔塞-用在储液器上
压力释放塞-用在水冷式冷凝器
过高的排气压力
高压开关(HPS)
3Carrier型冷藏箱的故障与诊断
3.1carrier型冷藏箱故障诊断流程
3.1.1冷藏箱的运行
(1)检查(启动前)
①若集装箱是空的,按以下步骤检查箱内情况:
a 检查风道或"T"型槽地板是否清洁。
风道内不得有残吗留物,以确保空气的正常循环流动。
b 检查箱体侧板、隔热层及门封条的密封是否完好无缺。
必要时作适当修理。
c 视觉检查蒸发器风扇马达的固定螺栓,确保正确地紧固。
d 检查蒸发器风扇及支架上是否有污垢或油脂,必要时加以清理。
e 检查蒸发器盘管是否清洁或畅通。
请用清水冲洗。
f 检查除霜集水盘及排水管是否畅通,若有必要则进行清理。
请用清水冲洗。
g 检查各盖板,查看是否有螺栓松脱,以及盖板的完好情况。
确保修理盖板上有“TIR”装置。
②检查冷凝器盘管是否清洁。
请用清水冲洗。
③打开控制箱盖。
检查接线及配件有无松动。
④检查湿度-液位指示镜的颜色。
(2)连接电源
在断开启动/停止开关、机组断路器和外部电源之前,不可拔下插头。
确认电源插头是干燥且清洁的,才可插入插座。
①连接至380/460V交流电源
a.切记将启动/停止开关和断路器均置于"0"(断开)位置。
b.将460VAC(黄色)电缆插头接入未通电的380/460VAC,3相电源插座。
接通电源。
将断路器置于"I"(接通)位置。
关上并紧固控制箱门。
②连接至190/230V交流电源
要在额定230伏的交流电源下运行,需要配备自耦变压器。
它配有一条230V交流电源线和一个可插入标准460V交流电源插头的插座。
230V电源线为黑色,而460V电源线为黄色。
该变压器也可配备一个断路器。
该变压器属于升压变压器,当其交流230V电缆与交流190/230V的3相电源连接时,可向机组提供交流380/460V的3相50/60Hz电力。
a.切记将启动/停止开关和断路器均置于“0”(断开)位置。
将交流460V电源插头插入并锁紧在变压器上的插座内。
b.将交流230V(黑色)电缆插头插入未通电的190/230V交流3相电源插座内。
接通电源。
将断路器CB-1和CB-2置于“I”(接通)位置。
关上并紧固控制箱门。
(3)调节新鲜空气通风口
新鲜空气通风口的用途是为需要新鲜空气循环的商品提供通风。
当运输冷冻食品时,则必须关闭通风口。
空气交换取决于静压差,静压差随集装箱和货物的装载方式会有所不同。
机组可装有通风口开度传感器(VPS)。
通风口开度传感器(VPS)确定新鲜空气通风口的开启位置并向控制器显示器
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