Bt-teh.ru

БТ Тех
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Способы регулирования холодопроизводительности компрессоров

Способы регулирования холодопроизводительности компрессоров

Параметры холодильных компрессоров подбираются исходя из максимальных перепадов температур, характерных для функционирования данной холодильной системы. Следовательно, на всех промежуточных рабочих режимах производительность компрессора холодильной установки избыточна и нуждается в регулировании с целью снижения расходов на эксплуатацию холодильного оборудования.

Компания «Холод», много лет работая в области промышленного холода, рекомендует самые качественные холодильные компрессоры Mycom и Bitzer, предлагая свои услуги в организации эффективной работы этих агрегатов.

Способы изменения холодопроизводительности компрессора холодильной установки

Работа компрессорного оборудования может изменяться с помощью системно-интегрированного регулирования, которое включает:

  • перепуск хладагента со стороны высокого давления на сторону низкого;
  • дросселирование на всасывании.

Однако данные способы имеют очень малую энергетическую эффективность, т.к. электропотребление компрессора лишь незначительно снижается: в первом случае из-за небольшого снижения давления конденсации, во втором – благодаря изменению давления всасывания.

В отличие от системного регулирования, методы регулирования холодопроизводительности компрессора обладают бОльшей эффективностью и вместе с интеллектуальной системой управления с холодильных щитов имеют хороший потенциал энергосбережения при неполных нагрузках.

Критерии подбора методов регулирования холодопроизводительности промышленных компрессорных агрегатов:

  1. 1) характеристика регулирования (ступенчатое или плавное);
  2. 2) величина энергопотребления;
  3. 3) стоимость выбранного решения;
  4. 4) характеристики работы компрессора (минимальное время, область применения);
  5. 5) характеристики холодильной системы (нагрузка электросети).

Методы регулирования производительности компрессора холодильной установки

Глобально методы регулирования производительности компрессора холодильной установки делятся на:

  • 1) метод пусков и остановок компрессора;
  • 2) механическое регулирование работы компрессора;
  • 3) изменение частот вращения компрессора.

Методы пусков и остановок компрессора холодильной установки:

1. Включение и выключение компрессора как способ регулирования холодопроизводительности компрессора эффективен только для холодильных систем с относительно постоянной нагрузкой и высокой аккумулирующей способностью. Иначе излишне частые пуски и выключения при эксплуатации компрессора приведут к значительному сокращению ресурса оборудования и увеличению расходов на сервис компрессоров, а из-за сильных изменений рабочих условий эффективность работы системы существенно сократится.

2. Работа в тандеме или параллельная работа нескольких компрессоров в одном холодильном контуре, при которых требуемая нагрузка изменяется изменением режима работы отдельных компрессоров.

3. Разделение холодильной системы на несколько рабочих контуров, при котором холодильная система превращается в чиллер с общим контуром промежуточного хладоносителя и объединенными в один агрегат конденсаторами и испарителями с разделением на стороне хладагента. Широкий диапазон регулирования работы агрегатов наряду с параллельной работой отдельных контуров охлаждения обеспечивает высокую точность регулировки и усиление безопасности персонала при утечке хладагента. В качестве недостатков можно назвать высокие капитальные расходы и неполное использование теплообменных аппаратов при частичных нагрузках.

Методы механического регулирования холодопроизводительности компрессоров

В зависимости от конструкции агрегата, разные методы механического регулирования применяется к винтовым и поршневым компрессорам.

Методы механического регулирования поршневого холодильного компрессора:

  1. Разгрузка цилиндров – наименее затратный и наиболее часто применяющийся метод при использовании в холодильных установках многоциллиндровых (4-х, 6-ти и 8-ми) компрессоров, при котором на каждой ступени нагрузки отключаются два цилиндра, благодаря чему возможна регулировка холодопроизводительности с различными интервалами (25-50-75-100% или 33-66-100%). Более тонкая регулировка возможна при использовании метода разгрузки цилиндров в холодильных системах, использующих несколько работающих параллельно компрессоров.
  2. Отжим всасывающих (кольцевых) клапанов является особо эффективным методом регулирования холодопроизводительности при использовании его для крупных промышленных компрессоров и применяется также для разгруженного пуска агрегатов. Суть этого метода в том, что газ, всасываемый цилиндрами, при нагнетании поступает на сторону всасывания, и цилиндр работает практически на холостом ходу. При этом энергопотери возникают только из-за механического трения колец и сопротивления в клапане всасывания.
  3. Внутренний перепуск пара, который осуществляется с помощью установки регулирующего клапана (байпаса), прерывающего поток и предотвращающего противоток газа между полостями низкого и высокого давления цилиндров. Этот метод регулирования холодопроизводительности поршневого холодильного компрессора относительно прост и часто используется для полугерметичных агрегатов, хотя и имеет существенные недостатки: высокое термическое напряжение и значительные потери при работе байпаса.
  4. Изменение мертвого объема цилиндров, которое реализовывается с помощью подключения дополнительных полостей и, следовательно, уменьшения объема мертвого пространства цилиндра. Данный метод имеет свои ограничения (применяется только в компрессорах, число цилиндров в которых менее четырех) и недостатки (снижение эффективности при неполной нагрузке из-за больших потерь при обратном расширении, диапазон регулирования сильно зависит от отношения давлений).
  5. Сокращение хода сжатия, т.е. механическое изменение хода поршня в герметичных компрессорах.

Методы механического регулирования винтовых холодильных компрессоров:

  1. Внутренний перепуск пара является очень простым и рентабельным решением, но имеет ряд недостатков: снижение эффективности при работе в режиме полной загрузки, повышенное термическое напряжение при высоком перепаде давлений. Суть метода в том, что в рабочей зоне винтового компрессора пробиваются отверстия, которые с помощью управляемого клапана сообщаются с всасыванием, и при частичной нагрузке сжатый газ возвращается в камеру всасывания, сокращая при этом объемный расход.
  2. Внутренние управляющие поршни, которые при воздействии на них открывают широкие каналы для перенаправления всасываемого газа в рабочую область винтовых холодильных компрессоров. Благодаря этому способу сокращается рабочая длина ротора и уменьшается объемная производительность агрегата, что делает возможным эффективное ступенчатое регулирование холодопроизводительности компрессора.
  3. Регулирующий золотник между ведущим и ведомым роторами, параллельный оси вала, применяется в крупных компрессорных агрегатах, обеспечивая как ступенчатое, так и плавное эффективное изменение холодопроизводительности компрессора.

Также для изменения холодопроизводительности компрессора применяется изменение частоты вращения вала. Являясь самым выгодным способом регулирования холодопроизводительности агрегата, этот метод применяется при условии, что двигатель компрессора допускает экономичное изменение частоты вращения.

Преобразователи частоты позволяют снизить энергопотребление и повысить эффективность холодильных машин

Настоящая статья посвящена описанию преимуществ использования технологии частотного регулирования в холодильной технике для управления компрессорами.

Как показывают теория и практика, частотное регулирование элементов холодильной системы, обеспечивает максимальную гибкость и энергоэффективность. Большую часть времени холодильные системы работают с производительностью ниже номинальной, так как рассчитаны на пиковую нагрузку, которой система может никогда не потребовать. Винтовые компрессоры с регулировкой производительности золотниковым механизмом, поршневые компрессоры с управлением производительностью при помощи соленойдных клапанов и другие типы компрессоров работают в режиме «вкл»/«выкл». К сожалению, эти методы управления не обеспечивают максимально возможного сокращения потребления электроэнергии при снижении холодопроизводи-тельности.

Частотное регулирование компрессоров

При стандартном подходе к управлению компрессором скорость вращения электродвигателя не регулируется и зависит от частоты питающей сети, а так же от конструктивных особенностей двигателя (количества полюсов). Нагрузка на валу двигателя определяется произведением частоты вращения вала на крутящий момент. При постоянной скорости вращения, мощность двигателя определяется моментом нагрузки. В случае изменения скорости вращения, нагрузка на двигатель будет уменьшаться не только за счет снижения скорости, но и за счет уменьшения крутящего момента. Существует два вида нагрузки на двигатель: с постоянным и переменным моментом.

Читать еще:  Регулировка двери холодильника вирпул

Объемные компрессоры (например, винтовые, поршневые, ротационные, спиральные) относятся к устройствам с постоянные крутящим моментом. Это означает, что крутящее усилие, необходимое для поворота вала, постоянно, то есть не зависит от скорости вращения. Таким образом, мощность на валу определяется рабочими условиями (давлением) и способом управления производительностью, влияющими на крутящий момент. В общем, снижение скорости вращения на 50% приводит к пропорциональному уменьшению мощности на валу двигателя на 50%. (Рис. 1).

зависимость крутящего момента от скорости вращения

Главные причины использования преобразователей частоты

Использование преобразователей частоты для управления холодопроизводительностью обеспечивает высокую эффективность регулирования компрессоров, вентиляторов и насосов.

Использование преобразователей частоты для управления винтовыми компрессорами позволяет:

• снизить потери мощности, связанные с регулированием производительности с помощью золотникового механизма или дросселирующего клапанов.

• уменьшить износ, связанный с работой золотникового механизма.

• поддерживать давление всасывания на необходимом уровне. Во избежание чрезмерного износа при использовании золотникового механизма зачастую предусматривается широкая нейтральная зона.

• уменьшить размеры компрессора при сохранении необходимой мощности.

Для компрессоров, без средств регулирования производительности, изменение скорости вращения двигателя позволит исключить использование других малоэффективных методов управления (байпасирование, дросселирование и пр.).

Принцип работы преобразователя частоты с винтовым компрессором

Практически все винтовые компрессоры используют золотниковый клапан для разгрузки компрессора. Золотник перемещается по всей длине ротора, уменьшая длину области сжатия. Конструкция винтового компрессора показана на рис. 2. Несмотря на то, что данный метод управления обеспечивает бесступенчатую регулировку и достаточную степень управления давлением всасывания, в компрессоре возникают существенные потери мощности, связанные с работой золотниковым механизмом. При снижении нагрузки компрессора не происходит пропорционального уменьшение мощности (рис. 3).

конструкция винтового компрессора

зависимость энергопотребления от производительности винтового компрессора

В общем случае, эффективность работы компрессора при частичной нагрузке снижается по мере снижения давления всасывания или увеличения давления нагнетания. У компрессоров оборудованных экономайзером последний обычно отключается при снижении производительности ниже 75%. По этой причине, ниже 75% холодопроизводительности такие компрессоры работают с отключенным экономайзером.

По данным заводов-изготовителей, большинство винтовых компрессоров могут работать с пониженной до 50% скоростью вращения. Для обеспечения дальнейшего снижения производительности необходимо использовать золотниковый механизм. Сравнение эффективности двух способов регулирования производительности изображено на рис. 4. Наблюдается существенное повышение эффективности работы компрессора во всем диапазоне нагрузок.

зависимость энергопотребления от производительности винтового компрессора

Компрессор с преобразователем частоты показан на рис. 5.

Компрессор с преобразователем частоты

На рис. 6 показана холодильная централь из нескольких компрессоров с преобразователем частоты, установленным на ведущем компрессоре. Все, кроме ведущего, имеют фиксированную скорость вращения.

Преобразователи частоты, установленные на холодильной централи супермаркета

Данный алгоритм управления основан на применении интеллектуальных частотных преобразователей VLT®. Этот тип частотных преобразователей может управлять холодильной централью, как с разомкнутым, так и с замкнутым контуром управления. Основной функцией интеллектуальных преобразователей частоты является подд3.е2ржание постоянного давления всасытания путем непрерывного регулирования скорости вращения ведущего компрессора.

Использование преобразователей частоты для управления скоростью вращения компрессора способствует росту COP (coefficient of performance, коэффициент полезного действия холодильной машины) системы и снижению энергопотребления. Сравнение эффективности различных способов регулирования производительности холодильных машин представлено на рис. 7.

Сравнение эффективности различных способов регулирования производительности холодильных машин

Пример 1

Расчет экономии электроэнергии при использовании преобразователя частоты:

Управление в режиме «включения»/«выключения»

COP = 1,878 — Q0 = 10 кВт
W= Q0/C0P= 10 кВт/ 1,878 = 5,324 кВт
E = W x t/2= 5,324 кВт x 0.5 ч = 2,662 кВт•ч

Непрерывная работа

COP = 2,441 — Q0 = 5 кВт
W= Q0/C0P= 5 кВт/ 2,441 = 2,049 кВт
E = W x т = 2,049 кВт x 1 ч = 2,049 кВт•ч
Экономия:
( 2,662 — 2,049) кВт-ч = 0,613 кВт•ч
Снижение энергопотребления:
0,613 кВт-ч/ 2,662 кВт-ч * 100 % = 23%

На рис.8 приведены расчеты экономии электроэнергии при использовании преобразователя частоты.

Расчеты экономии электроэнергии при использовании преобразователя частоты

Пример 2

Расчет экономического эффекта при управлении винтовыми компрессорами с помощью частотно-регулируемого привода по сравнению с управлением золотниковым механизмом. Винтовые компрессоры, используемые в холодильных системах, делятся на два типа:

a) с золотниковым механизмом для изменения производительности

b) без управления производительностью

Вентиляторы испарителя Coil оснащены VLT 2800 для управления циркуляцией воздуха

Несмотря на то, что золотниковый механизм обеспечивает разумное управление давлением всасывания, определенная часть энергии затрачивается на управление золотником.

Из графика (рис. 10) видно, что метод использования золотника не обеспечивает пропорциональное снижение энергопотребления при снижении производительности. При производительности 60%, компрессор с золотником потребляет примерно 80% энергии от номинального. В то же время, при управлении преобразователем частоты: с производительностью 60%, потребление энергии составляет приблизительно 60% от номинального.

Реальные показатели потребления энергии винтовыми компрессорам при управлении производительностью золотниковым механизмом и частотно-регулируемым приводом

Наш опыт работы с клиентом в Канаде при использовании винтовых компрессоров Mycom позволил получить следующие результаты:

(*основано на реальных измерениях).

Данные двигателя компрессора

Полагая, что среднегодовая холодо-производительность составляет 80% от номинальной, режим работы — 20 часов в день, 365 дней в году, получим следующее сравнение энергопотребления при регулировании золотником и преобразователем частоты:

С золотником:
267 кВт x 365 x 20 часов = 1 949 100 кВт-ч С частотно-регулируемым приводом: Потребление энергии на 15% ниже = 1 656 735 кВт-ч Экономия: 292 365 кВт-ч
Экономия средств (при стоимости 0,1 Евро / кВт-ч) = 29 236,5 Евро
Средняя стоимость с установкой частотно-регулируемого привода 315 кВт = 29 500 Евро Период окупаемости: 1 год.

Регулировка производительности холодильного компрессора

Во многих холодильных установках и системах кондиционирования воздуха тепловая нагрузка колеблется в довольно широком диапазоне из-за поступающих продуктов, температуры окружающей среды, количества людей в помещении или других факторов. В таких случаях для обеспечения удовлетворительной работы системы необходимо регулировать производительность компрессора.

Двухпозиционное регулирование. Простейшим способом регулирования производительности компрессора является двухпозиционное регулирование. Этот способ приемлем для малых компрессоров, но редко применяется для больших компрессоров из-за колебаний регулируемой температуры. Когда тепловая нагрузка невелика, компрессор может работать короткими циклами. В холодильных установках, где образование слоя инея на испарителе не представляет собой проблемы, потребители часто снижают уставку выключения по низкому давлению. В результате этого компрессор может работать длительное время при очень низкой температуре кипения. С уменьшением давления всасывания производительность компрессора быстро падает, что приводит к снижению плотности и интенсивности потока хладагента. В результате этого ухудшается возврат масла в компрессор. Работа системы при температуре кипения хладагента ниже той, на которую она была рассчитана, приводит к перегреву мотор-компрессора. Оба этих условия являются причиной повреждения и отказа компрессора.

Снижение давления в цилиндре компрессора. Большие компрессоры часто оборудуют разгрузочными устройствами для снижения давления в цилиндрах в целях обеспечения возможности изменения производительности компрессора при переменных нагрузках.

Существует два типа разгрузочных устройств, применяемых в поршневых компрессорах. В некоторых компрессорах всасывающие клапаны на одном или большем количестве цилиндров удерживаются в открытом положении механическим устройством под действием регулятора давления. Когда всасывающие клапаны открыты, пар хладагента во время хода сжатия выталкивается назад во всасывающую полость, а не в нагнетательную, и в цилиндре не совершается сжатие.

Читать еще:  Холодильник атлант регулировка ножек

Компрессор фирмы «Копеланд» с разгрузочными устройствами имеет байпасный вентиль, который расположен таким образом, что разгруженный цилиндр или цилиндры изолируются от полости нагнетания, куда сжатый пар хладагента выталкивается нагруженными цилиндрами. Трехходовой разгрузочный вентиль ( 284) соединяет нагнетательные отверстия цилиндра с нагнетательным трубопроводом, когда цилиндр нагружен, или со всасывающей полостью компрессора, когда цилиндр разгружен. Пока цилиндр разгружен, в нем не выполняется работа, кроме выталкивания пара хладагента через линию перепуска (причем без сжатия). При этом цилиндр практически не перегревается. В то же время значительно уменьшается потребляемая двигателем компрессора мощность. Сниженный расход мощности и лучшие температурные характеристики при этом способе разгрузки компрессора являются основными

преимуществами по сравнению со способом разгрузки внешним байпасированием горячего газа, когда все цилиндры компрессора работают на преодоление давления конденсации.

В связи с меньшим количеством всасываемого пара, возвращающегося в компрессор из системы для охлаждения встроенного двигателя, рабочий диапазон разгруженных компрессоров должен быть ограничен. Компрессоры с регулированием производительности рекомендуется применять для работы при высоких температурах кипения хладагента. Однако в некоторых случаях они удовлетворительно эксплуатируются в среднетем- пературном диапазоне. Из-за Возможности перегрева двигателя компрессора в низкотемпературных системах рекомендуется регулировать производительность цикличной работой компрессора или байпасированием горячего газа.

Байпасирование горячего газа. Производительность компрессора регулируют посредством бййпасирования горячего газа хладагента в том случае, когда нормальная цикличная работа компрессора или применение разгрузочных устройств не дают должного эффекта. Байпасирование нагнетаемого компрессором газа мимо конденсатора предотвращает уменьшение давления всасывания ниже заданного уровня.

Все байпасные вентили горячего газа работают следующим образом. При понижении давления на стороне всасывания они открываются и работают в заданном диапазоне давлений от полностью открытого до полностью закрытого положения. Подача горячего газа высокого давления с определенной интенсивностью на сторону всасывания системы предотвращает дальнейшее снижение давления всасывания.

Уставку вентиля можно изменять в широком диапазоне посредством регулировочного винта. В связи с меньшей потребляемой компрессором мощностью при низком давлении всасывания вентиль настраивают на байпасирование газа при минимальном давлении всасывания в пределах рабочих характеристик компрессора, в результате чего обеспечивается нормальная работа системы.

Если холодильная установка с системой байпасирования сконструирована и смонтирована правильно, то ее надежность выше, чем установки с двухпозиционным способом регулирования производительности компрессора (пуском и остановкой). Это обусловлено тем, что улучшается смазка компрессора и предотвращается миграция хладагента.

В установке с параллельно соединенными испарителями, когда имеется непрерывная тепловая нагрузка в довольно широком диапазоне, байпасирование горячего газа является оптимальным способом регулирования производительности, обеспечивающим удовлетворительную и экономичную работу системы.

Байпасирование на входе в испаритель. В системах с одним испарителем иногда можно подавать горячий газ в испаритель сразу после ТРВ ( 285). Для этой цели имеются распределители хладагента с боковыми отверстиями. Искусственная тепловая нагрузка создается поступающим в эту точку байпасирующим газом. В связи с тем что ТРВ регулирует поток хладагента с заданным перегревом на выходе из испарителя, хладагент поступает в компрессор при нормальной рабочей температуре и в достаточной мере охлаждает его встроенный двигатель. Возврат масла облегчается тем, что в испарителе поддерживается высокая интенсивность потока хладагента. В результате указанных преимуществ этот способ регулирования является самым простым и наименее дорогостоящим.

Байпасирование во всасывающий трубопровод. Байпасирование горячего газа во всасывающий трубопровод хладагента целесообразно применять в тех случаях, когда испарители, соединенные параллельно, обслуживаются одним компрессором или компрессорно-кон- денсаторный агрегат расположен на некотором расстоянии от испарителя ( 286). Этот способ обеспечивает удовлетворительное регулирование давления всасывания. Однако необходимо дозировать подачу жидкого хладагента во всасывающий трубопровод с помощью регулирующего вентиля, чтобы поддерживать температуру пара хладагента, поступающего в компрессор, в допустимом диапазоне. Байпасируемый горячий газ хорошо перемешивается с жидким хладагентом и всасываемым паром в смесительной камере. Отделитель жидкости на всасывающем трубопроводе также может выполнять функции смесительной камеры и защищать компрессор при выбросе жидкого хладагента из испарителя.

Смесь нагнетаемого парообразного и жидкого хладагента хорошо перемешивается, если она вводится во всасывающий трубопровод на некотором расстоянии от компрессора и, когда это возможно,— во всасывающий коллектор ( 287).

Регулирование низкого давления в картере компрессора

Пар хладагента всегда мигрирует в самую холодную часть системы. Если при остановке компрессора его картер более холодный, чем другие части системы, хладагент в конденсаторе, ресивере и испарителе Испаряется и течет через систему. Испарившийся хладагент конденсируется в картере компрессора и

растворяется в смазочном масле. Несмотря на то что нет разности давлений, которая необходима для образования потока, пар хладагента мигрирует через систему, конденсируется в картере и растворяется в масле до насыщения последнего. Во время остановки любого оборудования на несколько часов жидкий хладагент может целиком заполнить картер компрессора. При 20 °С смесь в картере будет содержать приблизительно 70 % хладагента.

Самый оптимальный и надежный способ предотвращения миграции хладагента — это создание низкого давления в картере компрессора.

Когда электромагнитный вентиль на жидкостном трубопроводе закрывается, хладагент перекачивается в конденсатор и ресивер. Работа компрессора регулируется посредством реле низкого давления (-288). На период стоянки компрессора хладагент в этом случае не поступает в другие узлы установки. Поэтому предотвращается миграция хладагента в картер компрессора.

Регулирование низкого давления в картере компрессора может быть осуществлено во всех системах, оборудованных ТРВ и электромагнитным вентилем, если, конечно, ресивер имеет соответствующую емкость. Однако может иметь место незначительная протечка хладагента через электромагнитный вентиль во время нерабочей части цикла, что является причиной постепенного повышения давления всасывания. В связи с этим схемой должна быть предусмотрена возможность повторных включений компрессора с помощью реле давления для регулирования низкого давления холодильного агента в картере. Периодическая работа компрессора короткими циклами обычно не имеет отрицательных последствий.

Цикл регулирования низкого давления в картере компрессора рекомендуется применять, когда это только возможно. Если требуется нецикличное регулирование низкого давления в картере, необходимо предусмотреть возможность использования нагревателя картера в дополнение к регулированию низкого давления, чтобы обеспечить более надежную защиту компрессора.

Смотрите также:

Это уменьшение производительности орудий, употреблявшихся первоначальными рабочими, должно быть принято во внимание при оценке того.

Второй способ регулирования производительности заключается в изменении характеристики вентилятора путем увеличения или уменьшения частоты его вращения.

Регулирование производительности питательною насоса обеспечивается применением двухскоростного электродвигателя для его привода.

За счет изменения величины эксцентриситета эксцентрикового вала 5 обеспечивается плавное регулирование производительности растворонасоса в диапазоне 2. 4 м3/ч.

Существует много показателей эффективности производства, но производительность труда считается важнейшим из них. Повышение производительности труда имеет большое.

Автоматизированный контроль производительностью компрессора

Большинство крупных промышленных холодильных установок используют несколько компрессоров. В большинстве случаев система управления компрессорами поддерживает и контролирует производительность без необходимой оптимизации эффективности. Кроме того, винтовые компрессора часто разгружаются с помощью золотникового управления и в результате они неэффективны при работе с частичной нагрузкой. Для крупномасштабных промышленных холодильных установок характерно наличие нескольких винтовых компрессоров, обычно работающих с частичной нагрузкой и, следовательно, неэффективно.

Читать еще:  Как отрегулировать таймер холодильника daewoo

Автоматизированный контроль производительностью компрессора

Регулирование золотниковым клапаном в сравнении с регулированием скорости вращения

Золотниковые клапаны, используемые в промышленных винтовых компрессорах для снижения холодопроизводительности — заведомо неэффективны. Это утверждение верно независимо от того, открывается ли золотниковый клапан плавно или ступенчато, например 100%, 75%, 50% или 25%. Положение ползунка примерно соответствует холодильной мощности компрессора.

Как показано на рис. 1, при использовании ползункового управления снижение холодопроизводительности винтового компрессора по отношению к потребляемой мощности является непропорциональным. Например, в положении 30% от полного закрытия, холодопроизводительность винтового компрессора составляет приблизительно 40%, в то время как потребляемая мощность чрезмерна примерно на 60%. Альтернативой управлению золотниковым клапаном является использование VSD для модуляции производительности компрессора. Кроме того, снижение холодопроизводительности по отношению к энергопотреблению практически равнозначно, особенно между 40% и 100% холодопроизводительности

Автоматизированный контроль производительностью компрессора

Рисунок 1: сравнение регулирования золотниковым клапаном и VSD

Логика регулирования производительности компрессора

Для промышленной холодильной установки, использующей несколько винтовых компрессоров, внедрение качественного ступенчатого регулирования компрессора и контроля производительности может обеспечить значительную экономию энергии. Регулирование производительности может быть достигнуто либо с помощью регулирования переменной скорости, либо с помощью эффективного управления золотниковым клапаном. Эффективным рабочим диапазоном регулирования компрессора золотниковым клапаном считается 75% и 100%. На поршневых компрессорах регулирование производительности достигается активным управлением цилиндрами.

Автоматизированная система ступенчатого регулирования компрессора учитывает различные компрессоры в холодильной установке и постепенно включает их (при увеличении нагрузки) или выключает (при уменьшении нагрузки) в зависимости от давления всасывания.

Заметка

Особое внимание должно быть уделено тому, чтобы компрессоры работали как можно более эффективно, т. е.:

  • Запуск винтовых компрессоров с регулируемой скоростью вращения при положении золотникового клапана от 75% до 100% и регулировании скорости до минимума 50%
  • Запуск винтовых компрессоров с ползунковым управлением в диапазоне от 75% до 100% скольжения.

На рисунках 2 и 3 показан пример холодильной установки с двумя винтовыми компрессорами, один из которых является регулируемым по частоте вращения. На рис. 2 показана последовательность загрузки компрессоров, а на рис. 3 -последовательность их разгрузки.

Автоматизированный контроль производительностью компрессора

Рисунок 2: Пример эффективной последовательности загрузки на двухкомпрессорной холодильной системе

Для этой системы определены четыре режима работы. Во время увеличения нагрузки С1 сначала управляется скольжением золотника (режим А) до тех пор, пока он не достигнет 100% положения скольжения при 25 герцах (минимальная скорость), после чего его скорость увеличивается между 25 и 50 герцами (режим В). Когда C1 находится на 50 герцах и нагрузка все еще увеличивается, C2 включается и сразу же загружается в положение скольжения золотника 75%. В это время С1 вынужден снижать свою скорость из-за резкого увеличения мощности. Затем C2 управляется скольжением между 75 и 100% (режим C), после чего скорость C1 может быть снова увеличена между 25 и 50 герцами (режим D).

Рисунок 3: Пример эффективной последовательности разгрузки на двухкомпрессорной системе

При уменьшении нагрузки соблюдается обратная логика. Управляющая программа должна иметь достаточные «мертвые зоны» (температурные диапазоны, в которых не производится никаких изменений), запрограммированные таким образом, чтобы избежать непрерывного изменения режимов и короткого цикла работы компрессоров.

Заметка

Автоматизированная программа подготовки компрессоров для крупной промышленной установки с несколькими работающими компрессорами должна включать еженедельную или ежемесячную последовательность включений, чтобы все компрессоры работали в течение равного количества часов. Если бы холодильная система имела один компрессор на VSD, то это была бы машина базовой нагрузки независимо от ее часов работы. Если на заводе есть несколько компрессоров, которые изношены или предназначены только в качестве резервных, они всегда будут последними в последовательности включения и, следовательно, будут работать только во время высокой нагрузки на систему.

Преимущества для системы

Оптимизированная и четко определенная система управления ступенями компрессора и производительностью:

  • способствует эффективной работе за счет активного управления скольжением золотника (от 75% до 100% мощности) на винтовых компрессорах, активного управления цилиндрами на поршневых компрессорах и активного регулирования скорости на компрессорах с поддержкой VSD, что позволяет экономить значительное количество энергии. Установка VSD также обеспечивает функцию «мягкого пуска» компрессора, предотвращая тем самым скачки мощности во время пуска и продлевая срок службы двигателя;
  • предотвращает работу нескольких компрессоров при частичной нагрузке, что является основной причиной неэффективности обычных промышленных холодильных установок;
  • предотвращает работу компрессоров на коротком цикле, определяя соответствующие мертвые зоны во время различных режимов работы;
  • стабилизирует давление всасывания в системе;
  • задействует компрессора на регулярной основе (еженедельно / ежемесячно), чтобы разделить базовую нагрузку и, следовательно, генерировать равные часы работы на всех компрессорах.

Достижимая экономия

Потенциальная экономия, достигаемая за счет автоматизированного управления производительностью компрессором, зависит от следующих факторов:

  • профиль нагрузки установки;
  • количество, размер и состояние компрессоров системы.

Экономия может составлять до 15%!

Для реализации автоматизированной логики ступенчатого управления компрессором и управления производительностью Вам потребуется:

  • датчик давления всасывания;
  • потенциометр золотникового клапана для каждого винтового компрессора, подключенный к главному контроллеру установки;
  • соленоиды управления производительностью для поршневых компрессоров, подключенные к главному контроллеру установки;
  • VSD на выбранных компрессорах;
  • достаточные возможности аппаратного и программного обеспечения управления для определения логики.

Заметка

Максимальная экономия может быть достигнута, если логика управления оптимизирована для всего диапазона ожидаемых условий эксплуатации. Без процесса оптимизации оценки экономии могут быть ниже, как правило, на 30-40% от вышеуказанных показателей.

Расчетная финансовая прибыль

Капитальные затраты на реализацию логики ступенчатого управления компрессором и регулирования производительности зависят от следующих факторов:

  • количество компрессоров в системе;
  • количество компрессоров, которые должны быть оснащены VSD.

Для рассмотренного и смоделированного выше примера типовые капитальные затраты могут быть следующими:

Таблица 7а: Затраты, используемые для оценки экономии энергии

Пунктсметная стоимость
Оборудование$20,000 — $ 80,000
Работа$5,000 — $20,000
Инжиниринг$8,000
Программирование$6,000
Итого$ 39,000 — $ 114,000

Таблица 7b: Энергосбережение и окупаемость

Потребление эл. эн. обычной системы (кВт ч/год)Потребление эл. эн. усовершенствованной системы (кВт ч/год)Экономия эл. эн. (кВт ч/год)Экономия эл. эн. ($/год)Вложения ( $ )окупаемость (год)
2,135,0001,628,000507,00076,05039,000–114,0000.5–1.5

Оборудование, в вышеуказанной стоимости, включает в себя VSD на 315 кВт, два потенциометра золотникового клапана, экранированные кабели, электрическую проводку, корпус для VSD и дополнительное оборудование PLC. Предполагается, что средняя стоимость электроэнергии составляет 0,15 доллара за кВт*ч.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector