一、冷干机的作用
冷干机是冷冻式干燥机的简称，是空气压缩系统后处理过程的一个重要组成设备。
压缩空气因其安全、节能、稳定的特性，已成为现代工业中必不可少的动力源。然而，压缩空气中的冷凝水污染物、管路中的锈屑、细菌混合在一起形成有害的腐蚀性浊液，会导致系统腐蚀，给用户经营带来经济损失。每一立方的空气中大约含有一亿四千万颗粉尘和水蒸气，其中80%的颗粒直径小于2微米，并可由压缩空气进入工艺流程的各个系统。这些颗粒物对压缩空气系统来说，是一个巨大的威胁。
优质洁净的压缩空气，在生产过程中发挥着举足轻重的作用。
冷干机能更大程度地去除压缩空气中的水分，确保产品不受污染，从而提升良品率。同时，它还能延长气动控制阀门及其他用气设备的保养周期，延长使用寿命，将故障率和成本降至更低，实现工厂的高效生产和低碳排放，有效降低运行成本。
空气质量是空气压缩机系统成功的基石。所以，干燥机设计旨在优化整个空气压缩机系统，不仅确保空气的高品质，更提升生产率和效率，使整体运行更为顺畅。
二、冷干机的原理
制冷系统是冷干机的最重要的组成部分，被称为“冻干机的心脏” 。理论上制冷系统由制冷压缩机、冷凝器、蒸发器和热力膨胀阀所构成，主要是为干燥 箱内制品前期预冻供给冷量；以及为后期冷阱盘管捕集升华水汽供给冷量。在冷干机设计时，考虑到冷干机对制冷的要求特殊性，其制冷系统主要由以下部件组成：压缩机,制冷剂,油分离器，水冷凝器，干燥过滤器，中间冷却器，视液镜，电磁阀，手阀（顶盖阀），膨胀阀，蒸发器（板式交换器，后箱冷凝盘管），汽液分离器，回气过滤器，压力表，压力控制继电器，CPCE （能量调节器），安全阀，制冷管道等。
制冷系统图
三、制冷系统组成
1、压缩机
压缩机是制冷系统的核心，压缩机主要是对气态氟利昂进行压缩，从吸气口吸入低温低压的气态氟利昂，经过活塞或螺杆压缩后，变成高温高压的气态氟利昂，通过排气管排出去。 压缩机按照压缩的形式，可以分为活塞式压缩机和螺杆式压 缩机。活塞式压缩机又可以分为开启式、半封闭式、全封闭式三种形式。 根据压缩的级别，压缩机又可分为单级压缩机、双级压缩机和复叠式压缩机。现在选用的大都是活塞式半封闭双级压缩机（5HP-30HP）。 小型冻干机选用活塞式半封闭单级压缩机（3HP）或活塞式全封闭单级压缩机（3HP）。
活塞式压缩机的结构 活塞式压缩机主要由电机、汽阀、 汽缸套、输汽量调节、曲轴、连杆组 件、活塞组件、轴封、机体组件、润 滑系统等组成。 其中汽阀主要由阀座、阀片、汽阀 弹簧和升程限制器组成。
螺杆压缩机螺杆式制冷压缩机与传统的往复式制冷压缩机相比，具有非常大的优势。 1）、工作效率高。不需要将旋转运动转化为往复运动，减少了由 此带来的机械损失；不会出现没有余隙容积中剩余气体的再膨胀过程，无滑动摩擦，不需要设置吸、排气阀片，指示效率和机械效率都比效高。 2）、良好的能量调节方式。往复式压缩机相对调节能力较差，而螺杆式压缩机在此方面表现突出，其制冷量可在15%～100%之间无级调节，当冷量在60%～100%之间调节时，其耗功率 与制冷量以相同比例变化。 3）、运行性能好。由于螺杆式制冷压缩机的结构简单，零件数仅为活塞式的1/10，压缩机运行可靠、安全、振幅小、适应性强，在高、低浊制冷范围内的应用中均有良好性能。
2、制冷剂
一种物质能从一种物质（或物体）吸收热量，然后传递给另一种物 质（物体），在传递热量的过程中只发生物理变化，这种物质称为制冷剂。 不同类型的制冷机使用不同种类的制冷剂。
几种常用的制冷剂：
1）、氨制冷剂（R717），为中温制冷剂，有毒，在一定条件下有易燃性和可 爆性，生产方便，价格便宜。
2）、氟利昂11（R11），分子式为CCl3F,高温制冷剂，没有腐蚀性、不燃烧、毒性小。
3）、氟利昂12（R12），分子式为CCl2F2，中温制冷剂。
4）、氟利昂13（R13），分子式为CClF3，低温制冷剂。
5）、氟利昂22（R22），分子式为CHClF2，中温制冷剂。运用广泛。最低蒸 发温度为-50℃，最高蒸发温度为-20℃。
6）、混合制冷剂，共沸混合制冷剂R502。非共沸混合制冷剂R404A、R507最低蒸发温度为-70℃，最高蒸发温度为-30℃。
3、油分离器
氟利昂经过压缩机压缩后变成高温高压的气体， 进入到 油分离器中。冷冻机油也会随高温高压的气体进入到油分离器，油分离器的 目的就是使冷冻机油能不断的回到压缩机曲轴箱，以确保压缩机油箱里有 足够的冷冻油，保证润滑效果。冷冻机油在油分离器里的油面达到一定位置时，依靠浮力的作用，浮球将回油阀顶开，由于油分离器里 的压力比压缩机曲轴箱的压力大得多，油就通过回油管回到压缩机曲轴箱内。当油位下降后，浮球不足于将回油阀顶开，不回油。因此回油是间隙式的。通过 这种方式，达到油和氟利昂分离的效果，确保压缩机里有足够的冷冻机油进行润滑。
4、水冷凝器
在制冷系统中，水冷凝器的作用是将“高温高压” 的气态制冷剂的热量传给环境介质（冷却水或空气）并使之冷凝成液体。按冷却方式可分为：水冷式、蒸发式、空气冷却式（风冷式）；按结构型式可分为壳 管式、套管式、盘管式。现在选用较多的是壳管水冷式冷凝器。如果冷凝器的冷却效果不好，压缩机的高压较高，影响制冷效果。 选用的水冷凝器，还可以当作制冷剂的储液罐，收液时就是将氟利昂收到水冷凝器里，然后将水冷凝器进出液阀关住。
5、中间冷却器
在双级压缩制冷系统中，中间冷却器用来冷却低 压级排气，避免因高压级吸气温度过高而使排气温度超过允许值，同时提高制冷效率。氨制冷系统采用中间完全冷却循环，在氟利昂（R22、R502、R404A、R507）双级制冷机中，因排气温度较低，采用中间不完全冷却循环。它与中间完全冷却的主要区别是低压缸的排气不在中间冷却器 内进行冷却，而是与中间冷却器中产生的饱和蒸汽在 管路中混合后进入高压缸。因此高压缸吸入的是中间压力下的过热蒸汽。由于氟利昂制冷剂绝热指数比氨小，故对排气温度影响不大。 我们现在选用一个压缩机自带的小型板式换热器作中间冷却器。
6、膨胀阀
节流装置是制冷系统的主要部件之一。热力膨胀阀是节流 装置的一种。热力分为内平衡式、外平衡式两种。 热力膨胀阀主要由感温包、毛细管、阀座、阀针、弹簧、调 节杆、阀体等组成，感温包里有制冷剂或其他介质的液体，其 压力由感温包的温度决定。 对于蛇管管道较长或蒸发温度较低的蒸发器，由于管内阻力 损失较大，采用外平衡式膨胀阀。膨胀阀膜片下方不与蒸发器 进口处的制冷工质相通，而是用一外平衡管使之与蒸发器出口 处的制冷工质相通。 感温包安装时最好水平放置，不能倒置，当其位置高于膜片 上腔时，应注意将毛细管弯成U形，以免包内液体倒流到毛细 管和膜片顶部，影响调节功能。
7、蒸发器
在制冷系统中蒸发器的作用是让制冷剂液体在较低温度下吸收被冷却环境介质的热量而蒸发成蒸汽，以降低被冷却物体 或空间的温度或维持其低温。 按照被冷却介质的种类的不同，蒸发器 可分为冷却液体介质的蒸发器和冷却空气的蒸发器。在冻干机中，板式换热器和后箱盘管就是作为蒸发器来使用。
8、阀件
电磁阀是一种开关式自动阀门，可用压力控制器、温度控制器、液位控制器等通过电气元件进行控制。它适合于各种制冷剂。电磁阀主要由外壳、线圈、铁 芯、弹簧、膜片式活塞、阀体、密封环等组成。当电 源接通时，线圈产生磁场，吸起铁芯，阀门打开，流 入端和流出端相通；电源切断后，磁场消失，铁芯因 弹簧力和自重而落下，关闭阀门。 顶盖阀是一种关断阀门，通过调节有打开和关闭两 种状态，主要用于制冷系统的检修，在正常运行时都 处于打开的状态。
9、过滤器
制冷系统有三套过滤器：干燥过滤器、回气过滤 器、油过滤器。干燥过滤器：安装在水冷凝器出液口，氟利昂经过水冷凝器冷却后，需要进行除酸除湿处理，也可以通 过滤网将一些铜屑和其他杂质过滤掉。回气过滤器：安装在压缩机回气管道上，主要是过滤一些铜屑和杂质，防止他们进入到压缩机里，损坏 压缩机。油过滤器：压缩机自带的一个滤网，安装在压缩机曲轴箱内，可以从放油口取出来进行清洗，油通过滤 网进入到压缩机各个润滑油道。油过滤器主要过滤一 些粉末、铜屑等，确保油的润滑效果。若油过滤器太脏，容易堵，会造成油润滑效果不好，导致油压差报警。
10、汽液分离器
汽液分离器安装在压缩机吸入口前面，以确保吸 入进压缩机里的氟利昂都是汽态。如果液体氟利昂进到压缩机里，很容易造成液击，将压缩机阀片打坏，甚至打断，损坏压缩机。
11、辅助装置
制冷系统辅助装置主要由压力继电器、压力表、液面视镜、 能量调节器（CPCE）、安全阀等组成。压力继电器的主要作用是通过继电器的控制，起到保护压缩机的作用。压力继电器主要有水压力继电器、油压差继电器、 高压压力继电器、自动收液继电器、板冷阀冷凝阀控制继电器。水压力继电器：当冷却水压力小于水压力继电器设定的压力时，水压力 报警，压缩机自动停机。 油压差继电器：当压缩机油压和中压压力差小于油压差设定 的压力（0.65kgf/cm2)时,油压差报警，压缩机自动停机。高压压力继电器：当压缩机高压压力大于高压压力继电器设定的压力时，高压报警，压缩机自动停机。 自动收液继电器：当压缩机低压压力大于自动收液继电器设定的压力时，即使压缩机处于停机的状态，在没有其他报警的情况下，压缩机自动启动，进行收液。
板冷阀（冷凝阀）控制继电器:当低压压力大于板 冷阀（冷凝阀）控制继电器设定的压力时，压力控制继电器动作，自动将板冷阀（冷凝阀）关闭，当低压压力小于板冷阀（冷凝阀）控制继电器设定的压力时， 自动将板冷阀（冷凝阀）打开。压力表用来显示压缩机的工作压力，有高压压力、 低压压力、中压压力、油压压力显示，通过压力表显示的压力，可以较好的掌握压缩机的工况。液面视镜是用来观察氟利昂的液面的，可以知道管道是否满液,液面视镜里有干燥指示，绿色表示干燥， 黄色表示不干燥。
能量调节器（CPCE）是在压缩机处于极限工况时，压缩机负载很小的情况下，通过引入热的氟利昂气体，给压缩机进行压缩，确保 压缩机工作的稳定性。引入氟利昂气体的多少是可以通过压力来调节。选用DANFOSS品牌的能量调节器。安全阀安装在水冷凝器上，当水冷凝器内压力超过25kgf/cm2,安全阀自动释放压力，起 到安全保护作用。
四、维护和保养
1、制冷系统日常的维护保养
（1）每次开机前要例行检查； 所有截止阀（压缩机吸排气阀、供液阀、手阀等）是否处于开启状态； 各压力表读数是否正常（0.6～0.7Mpa） 压缩机油位是否正常(1/4～3/4) 冷却水压力、温度是否正常（0.1Mpa以上）。 （2）送电后应注意： 压缩机是否自动收液； 油压差是否复位等；检查曲轴箱的加热器加热情况，曲轴箱的温度应高于环境温度20℃。（3）开机后要注意： 压缩机运行声音是否正常；制冷管路是否有异常振动；压缩机本身的振动是否最小视液镜流量是否正常；膨胀阀结霜情况；压缩机回霜情况； （4）压缩机冷冻机油视情况每半年或一年更换 一次. （5）水冷凝器需定期清洗，一般为一年。可拆洗，也可用水处理清洗剂进行循环清洗。对于风冷机组，及时清理冷凝器外表面。（6） 注意压缩机不能频繁启动。(启动间隔的时间应大于3min)。
2、常见问题及处理办法
（1）高压压力过高，高压报警 原因：a、制冷剂太多，排气压力高，应放出部分制冷剂；b、冷却水温度高，流量不足或水冷凝器结垢；c、制冷管道低压段有泄漏，吸入空气；高压排气阀没开足或 损坏,造成排气不畅。可以通过消警复位按扭进行复位，按扭开关在高压压力继电器上。
（2） 油压差报警原因：a、回油不畅，造成压缩机曲轴箱内油位不够，油泵吸不到 油。一般需换新的油分离器。 b、油脏，造成油泵过滤器堵塞。需换油，并清洗油过滤器。 c、油压差继电器失灵。更换新的油压差继电器。d、油泵发生故障。更换新的油泵。e、制冷系统蒸发不好，有制冷剂进入曲轴箱。将冷冻油带 入系统，导致油压过低。关小冷凝器出口的供液阀或调整热 力膨胀阀（增大系统的过热度）。压缩机启动90s后油压差继电器起作用，若还没有油压差，将报警，报警后可以通过油压差继电器上的复位按扭复位进行消警。
（3）压缩机热保护（电机温度超过85℃） 原因：系统的回气量不足，电机没有得到充分的冷却。 解决办法：a、调整中冷膨胀阀，加大系统的循环量，使电机充分冷却；b、检查供液管路是否发生堵塞（供液截止阀，干燥过滤 器，电磁阀、膨胀阀前的滤网等）如发生堵塞要进行解 决。c、检查回气管路和压缩机的吸气过滤器有无堵塞，有堵塞进行修复； d、检查是否缺少制冷剂，如缺少制冷剂需补充制冷剂。电子热保护后报警后，必须将热保护的220V控制电源关掉重新启动 就可报警消除。
（4）水压力报警原因：a、冷却水压力低于水压力继电器设定的压力。 b、水压力继电器失效。 解决办法：a、确保冷却水压力高于水压力继电器设定的压力。在保证冷却效果压缩机高压不报警的情况下可适当调低水压力继电器设定压力。 b、更换水压力继电器。只要水压力高于水压力继电器设定的压力报警消除。
（5）压缩机启动不了 原因：a、高压报警、油压差报警、电子热保护、水压力报警之中有 一个报警。b、瞬间启动电流太大，导致热过载保护或空气开关保护。c、压缩机曲轴咬死、活塞缸咬死。 d、控制系统故障，对压缩机没有输出控制。 e、电器系统故障如PLC故障、交流接触器故障等。解决办法：a、找到报警原因，将报警消除。b、查出电流大的原因，将热过载复位后即可启动。 c、维修压缩机。 d、控制系统故障应由我公司软件人员解决。 e、确认电器部件故障后，一般给予更换以解决。
（6）压缩机在运行时忽然自动停机原因：a、在运行时高压报警、油压差报警、电子热保护、水压力 报警至少有一个报警。 b、运行时交流接触器故障、过载保护、压缩机电机忽然烧掉。c、运行时出现液击或油击，出现活塞或曲轴咬死。d、运行时控制程序出现瞬间不稳定，忽然没有输出。
（7）制冷系统制冷效果不好 原因：a、膨胀阀开启过大或太小。膨胀阀开启过大压缩机本身积霜严重，过液量太大，膨胀阀开启过小，过液量不足。b、制冷系统堵塞不畅，如过滤器堵塞、膨胀阀堵塞、相关阀 门未开或未开足、电磁阀失灵等。 c、制冷剂不够。 d、压缩机阀板上部或汽缸下部的纸垫被击穿或破裂或压缩机 吸排气阀片破碎。 解决办法：a、调节膨胀阀，使压缩机达到最佳工况。 b、找到堵塞的部位和原因，及时进行清洗。 c、补充适量的制冷剂。 d、更换新的纸垫或排气阀片。
3、常见的几种维护措施
（1）如何检漏a、系统打压，可氮气充至1.4Mpa，待高、中、低、油四个压力表平衡后记录各个表的读数，保压数小时（一般为24小 时以上）后，看各压力表的读数是否下降，若下降则说明 系统的漏点，可用肥皂水涂抹可疑点进行检漏。 b、用卤素灯检查各可疑点前提是系统有制冷剂，四个表读数 平衡（0.5Mpa以上）。 c、用高级检漏仪，可以用氦质谱仪，先对管道进行抽真空，抽到极限后关掉真空泵，改用氦质谱仪抽真空，朝泄漏可疑点喷氦气，通过氦质谱仪上的仪表显示，可以看出泄漏 点具体位置，精度非常高。
（2）如何充注制冷剂 a、充注制冷剂之前一定要确定制冷剂的质量，确认质量没有问 题后方可充注，劣质制冷剂对压缩机和制冷系统破坏力极大， 轻则影响制冷 系统运行，重则使压缩机损坏。 b、可从压缩机低压吸入口充注，钢瓶严禁倒置和平躺，充注时 禁止空气进入制冷系统。 c、充注制冷剂之前请先确定系统中是否完整性充注还是补充性充注，如果是前者（特别是刚进行保压捡漏操作的），建议先对系统进行抽真空；对于后者请将系统中的空气排放干净 后对制冷剂做适当补充。 d、如果该制冷剂为共沸，则不必将钢瓶倒置和平躺，直接将其 充入系统中； 如果是非共沸制冷剂，可以考虑将钢瓶倒置和 平躺（即出口处为液态），但制冷剂罐口阀门应尽量关小， 以免使压缩机产生液击现象。 e、充注前，请确保连接管道的不得泄露，将其连接到制冷剂罐 排出口，再打开阀门将连接管道内的制冷剂排除，而后将连接管道的另外一端连接到气液分离器上的角阀上；观察各个压力表的压力，视镜上的气泡数量以及压缩机的回霜多少来确定制冷剂的充注量。
（3）如何调节膨胀阀 顺时针方向是调小膨胀阀流量； 逆时针方向是调大膨胀阀流量；压缩机吸气口结霜的多少，视液镜中气泡的多少能间接反映出膨 胀阀开启程度， 在调节膨胀阀时 每次调节量不可太大，两次之间的时间间隔不低于15分钟，以便观察系统的运行趋势。膨胀阀一经调定， 就不要再动，除非工况变化很大。
（4）如何收液 先将水冷凝器出液阀关住，启动压缩机，10s打开板冷电磁阀和冷凝电 磁阀，运行压缩机5-8min，检查压缩机中压，中压压力在0kgf/cm左右 停止压缩机运行，同时将水冷凝器进液阀关住，氟利昂即收液 收到水 冷凝器里了。
（5）更换清洗过滤器制冷系统运行超过1年后建议更换一次干燥过滤器的滤芯 和回气过滤器的滤芯 。最好是一年更换一次，不能更换的应拆下用汽油进行清洗。
（6）如何换冷冻机油 ：a、冷冻油的使用一般来讲，制冷系统首次运行100小时后要更换冷冻油，再次运行10000-12000小时后要更换冷冻油，换油时只要油液位露出视镜的1/4即可，切不可多加。油多了很容易造成油击。一般都应按照厂家规定的要求使用专用的冷冻机油。
b、冷冻油的更换：1）、关闭压缩机吸气阀，手动复位油压安全控制器，启动压 缩机、将压缩机内制冷剂排入系统中，待压缩机内的压 力与大气压平衡时，关闭压缩机（切断电源），关闭压 缩机排气截止阀，此时压缩机内压力还会有所回升，打 开排气截止阀上的接头，放净存气。2）、从压缩机放油口拧下放油堵，取出油过滤器把脏油放出。3）、用汽油洗净油过滤器，油堵上的金属粉末，晾干后重新 装入并拧紧放油堵。 4）、将压缩机油泵上方丝帽拧下，用充油管与油桶相连，将压缩机抽真空，冷冻油靠大气压力的作用自动吸入压缩机。 5）、换油量只要露出压缩机油视油镜1/2即可，再拧上丝堵。 6）、用真空泵抽出压缩机内的空气。 7）、打开压缩机吸排气截止阀，即可使压缩机投入运转。
（7）如何排放制冷系统空气 将水冷凝器出液阀关闭，启动压缩机，过10s后打开板冷阀和冷凝阀，连续运行 5min后关闭压缩机，过10min后，让制冷剂冷却成液体，空气全部在液体上面， 通过水冷凝器进液阀，拧开旁边的螺母，顺时钟拧阀杆，即可排放空气。
（8）压缩机的液击问题 液态制冷剂或润滑油随气体吸入压缩机气缸时会损坏吸气阀片。液击可以在很 短时间内造成阀片、活塞、连杆、曲轴、活塞销的损坏。减少或避免液体进入气缸就可以防止液击的发生。液击最常见的现象是造成吸气阀片断裂和连杆断裂。 引起压缩机液击的液体主要为以下几种： a、回液，即从蒸发器中流回压缩机的液态制冷剂或润滑油。b、带液启动时的泡沫。c、压缩机内的润滑油太多。
