Цифровые системы управления компрессорами (4 видео)

Digital Scroll – новая технология регулирования компрессора

Когда говорят о регулировке холодильных циклов систем кондиционирования, обычно имеют в виду работу специального терморегулирующего вентиля. Других вариантов просто не было, и быть не могло.

С течением времени компрессоры стали оснащать линией байпаса, благодаря чему пределы регулирования можно было расширить. Но этот вариант не является экономичным. Более выгодный вариант – использование частотных преобразователей, которые «умеют» изменять частоту вращения вала, расположенного в компрессоре. Здесь столкнулись с другой проблемой – чем выше мощность электродвигателя, тем цена на преобразователи возрастает очень резко, и это повышает стоимость всей системы в целом.

Внешний вид компрессора Digital Scroll

Несколько лет тому назад фирма Emerson Network Power разработала новую экономичную технологию регулирования и сообщила об использовании этой технологии в своих моделях. Речь идет о спиральных цифровых компрессорах Digital Scroll от компании Copeland.

Содержание

Digital Scroll
Спиральный цифровой компрессор и его конструкция
Обратный клапан в компрессорах Digital Scroll
Замечания по технологии DigitalScroll
Контроллеры для цифровых спиральных компрессоров Digital Scroll
Недостатки и преимущества компрессоров Digital Scroll
Применение Digital Scroll в кондиционерах
Система управления группой компрессорных установок
Виды контроллеров
Типовая коммуникационная схема
🔍 Видео

Видео:Спиральный цифровой компрессор Digital Scroll Copeland.Скачать

Digital Scroll

Идея технологии Digital Scroll следующая: часть конкретного времени устройство работает под нагрузкой, оставшуюся часть – без нее (в сумме 20 секунд). Возможность автоматической смены режима работы достигается благодаря смещению спиралей. Если спирали в нормальном положении, компрессор сжимает газ, однако когда они смещаются, нарушается герметичность меж спиральных объемов, и сжатие не происходит.

Работа спиралей компрессора Digital Scroll

В свою очередь, регулирование производительности достигается за счет вариаций длительностей периодов работы компрессора без нагрузки и с нагрузкой. Если установить 100% нагрузку на компрессор, то весь цикл он будет работать на сжатие. Если нагрузка будет равна 50%, то 10 секунд компрессор будет работать без нагрузки, 10 секунд – с нагрузкой и т.д.

Digital Scroll позволяет менять холодопроизводительность от 10 до 100%, что является отменным показателем. По сравнению с показателем обычных кондиционеров, коэффициент эффективности ESEER значительно выше, и в целом он предполагает снижение энергопотребления на 20 в год. Об этом свидетельствуют данные компании Copeland.

Видео:Электронные блоки управления компрессорамиСкачать

Спиральный цифровой компрессор и его конструкция

Компрессоры Digital Scroll визуально отличаются от спиральных обычных компрессоров. Отличие – наличие элемента, который внешне напоминает линию байпаса.

Компрессор Digital Scroll в разрезе

По сути, это и есть байпас, оснащенный специальным соленоидным вентилем, но функция его несколько иная.

Как было оговорено выше, работа компрессора поделена на циклы – работа под нагрузкой и без нагрузки. Максимальная длительность цикла составляет 30 секунд. Электродвигатель компрессора и вращение вала осуществляются непрерывно.

Чтобы реализовать работу без нагрузки верхняя часть компрессора проектируется таким образом, чтобы верхняя спираль могла смещаться по вертикали (не более чем на 1 мм).

Порядок осуществления регулировки:

Компрессор работает под нагрузкой. Спирали прижаты друг к другу, в результате чего обеспечивается сжатие газа, Соленоидный клапан при этом закрыт.
Как только время, отведенное на сжатие, заканчивается, клапан открывается. В результате давление падает в полости нагнетателя, но давление под поршнем, как и прежде, высокое. Следовательно, поршень поднимается сам и при этом поднимает верхнюю спираль. Вал по прежнему вращается, однако сжатие газа не происходит. По сути, система работает вхолостую, и в этом режиме энергопотребление составляет всего 0.5 кВт.
Через конкретное время режим холостой работы прекращается. Подается сигнал за закрытие соленоидного вентиля, и компрессор опять начинает работать на сжатие.

Читайте также: Компрессор metabo classicair 255 0230025500

Производительность компрессора составляет либо 0, либо 100%. Плавная регулировка производительности возможна благодаря изменению длительности работы устройства на сжатие.

Процесс регулирования производительности компрессора Digital Scroll

Видео:Управление вспомогательной пневмоподвеской | Система на два контура с манометрами и компрессоромСкачать

Обратный клапан в компрессорах Digital Scroll

Цифровые спиральные компрессоры отличаются еще одной конструктивной особенностью – отсутствием обратного клапана на линии нагнетателя. Необходимости в нем нет даже при одиночном использовании компрессора. В многокомпрессорной установке он устанавливается от нагнетательного патрубка на расстоянии не менее 150 мм. Это позволяет исключить байпасирование сжатого газа на время работы компрессора вхолостую.

Видео:Вебинар “Электронные системы управления Danfoss для магазиностроения”Скачать

Замечания по технологии DigitalScroll

Важно отметить, что при открытии соленоида в область низкого давления из области высокого давления попадает малая часть сжатого газа, соизмеримая с объемом, который находится над поршнем полости большого давления.

Другой вид потерь в этой технологии – работа электродвигателя без нагрузки. Конечно, энергозатраты на холостую работу двигателя невелики, но чем больший период работы двигателя без нагрузки, тем эти затраты выше.

Для примера можно привести следующий простой расчет: допустим, энергопотребление под нагрузкой составляет 5 кВт; без нагрузки – 0.5 кВт. Если нагрузка будет составлять 90%, то период работы вхолостую длится всего 10% времени от всей работы. На холостую работу приходится 1.1% от всего энергопотребления (0,5*10/ (0,5*10+5*90)). В данном случае энергопотери будут небольшими. Однако если работа вхолостую будет занимать 90% времени от общего времени работы, то энергопотребление этой части цикла составит 47% (0,5*90/ (0,5*90+5*10)). Таким образом, если период производительной работы длится всего 10% от общего времени, то КПД его работы будет составлять всего 53%.

По сути, показатель КПД 53% очень мал, но если сравнивать с КПД работы при регулировке байпасированием (10%), то он весьма впечатляет (если бы регулирование с использованием байпаса обеспечивало бы столь низкую нагрузку на компрессор). Самым эффективным является использование частотного преобразователя, который предполагает КПД 95%. Но его минимальный предел регулирования выше, чем у компрессоров Digital Scroll – 30%. Цена данного решения на порядок выше.

Если установка многокомпрессорная, то вовсе необязательно применять все компрессоры Digital Scroll – достаточного одного. Именно он и будет обеспечивать регулирование в своем диапазоне мощности, а остальные будут работать на номинальной мощности и играть при этом роль фиксированной ступени.

Холодопроизводительность оборудования с несколькими компрессорами

Видео:Система управления компрессором от холодильника на ESP8266 NodeMcu для накачки воздуха ч.1Скачать

Контроллеры для цифровых спиральных компрессоров Digital Scroll

Для управления компрессорами были разработаны специальные контролеры:

Они предназначаются для управления одним компрессором, и их предустановленный цикл составляет 20 секунд. Осуществляется управление по давлению всасывания. При длительности сжатия 2 секунды достигается минимальная производительность – 10%.

Контроллер Copeland для компрессоров Digital Scroll

Видео:Устройство и принцип работы винтового компрессораСкачать

Недостатки и преимущества компрессоров Digital Scroll

Технология регулирования Digital Scroll обладает следующими преимуществами:

Отсутствие проблем возврата масла;
Большой диапазон регулирования (от 10 до 100%);
Высокая эффективность регулировки (если сравнивать с другими видами);
Нет электромагнитного изучения, которое оказывает негативное воздействие на электросеть.

Читайте также: Как смазывается компрессор кондиционера автомобиля

Недостаток – это в первую очередь неэкономичность. При загрузке компрессора всего на 10%, холостой режим будет длиться 90% времени, и это предполагает затраты электроэнергии, которых можно было бы избежать.

Для сравнения технологии Digital Scroll с моделями инверторного управления можно привести следующую таблицу:

Технология Digital Scroll

Инверторный привод компрессора

10 –100 % при переменной мощности.

35 –100 % при переменной мощности.

Отсутствие байпаса горячего газа, что исключает потери.

Наличие байпас горячего газа, соответственно, есть потери.

Скорость движения хладагента высокая. Проблемы с возвратом масла и со смазкой спирали исключены.

На низких оборотах в моделях с инверторным приводом могут быть проблемы со смазкой спиралей и с возвратом масла.

Достаточно легко по таблице определить, что компрессоры с технологией Digital Scroll являются более эффективными и экономичными, нежели модели с инверторным управлением.

Видео:Запуск ККБ с Digital Scroll компрессором.Скачать

Применение Digital Scroll в кондиционерах

Сфера применения Digital Scroll обширна. Используются они, к примеру, и в мультизональных системах Gree GMV. Особенной популярностью в России пользуются системы серии GMV-R, которая также называется GMV 2. Кроме GMV-R, технологию Digital Scroll применяют в мультизональных системах GMV-Rm с возможностью модульной компоновки внешних блоков. Также предусмотрена и система рекуперации тепла (серия GMV-Rh) на базе Digital Scroll.

Мультизональные системы Samsung DVM Plus 4 также предполагают использование этих компрессоров, но с модификацией для получения эффекта двухступенчатого сжатия при применении всего одного компрессора. Отсюда и название технологии фирмы Samsung Digital Vapor Injection.

Если речь идет о системах прецизионного кондиционирования, то компрессоры Digital Scroll применяются в оборудовании Emerson Network Power, в частности, в кондиционерах HPM (шкафных моделях) и во всех фреоновых внутрирядных моделях CRV.

В некоторых режимах работы в кондиционерах Emerson Network Power использование Digital Scroll сулит значительное снижение энергопотребление – до 50%. Если в дополнении будет применяться технология изоляции холодного коридора, то можно добиться экономии в 65%.

Отсюда следует, что Digital Scroll – эта универсальная технология, которая может использоваться в прецизионных и мультизональных системах кондиционирования. По сравнению с традиционными неинверторными системами, ее использование более выгодно. Она предполагает ряд преимуществ и перед инверторными приводами, как заявляют различные компании.

Видео:Описание схемы работы компрессораСкачать

Система управления группой компрессорных установок

Для автоматизации процессов управления компрессорными системами в современных технологиях применяются специализированные микропроцессорные контроллеры, имеющие программируемые интеллектуальные алгоритмы управления, позволяющие обеспечить полную автоматизацию работы компрессорной станции или группы компрессорных установок и добиться снижения энергопотребления.

ООО «Челябинский компрессорный завод» предлагает контроллеры “METACENTRE” (СМС, Бельгия), специально разработанные для управления группами компрессорных установок. Контроллеры “METACENTRE” обладают следующими функциями:

контроль работы группы до 24 компрессорных установок;
уменьшение амплитуды колебаний среднего рабочего давления;
адаптивное регулирование – контролирует количество выключений и перехода компрессорных установок в холостой ход, рассчитывает оптимизацию и координирует их работу;
позволяет применить до 6 различных конфигураций предустановленных параметров режимов работ;
в условиях реального времени выполняет предварительное заполнение системы, полное выключение или снижение рабочего давления в обеденный или межсменный перерыв;
осуществляет контроль величины давления в 3-х различных зонах пневмосети;
управляет дополнительным и вспомогательным оборудованием;
передает информацию на ПК оператора, диспетчера или на АСУТП верхнего уровня.

Читайте также: Замена сальника компрессора кондиционера тойота

METACENTRE обеспечивает подачу необходимого количества сжатого воздуха при минимально возможных энергозатратах. Экономит до 25% электроэнергии по сравнению с традиционными каскадными системами управления компрессорными станциями

Виды контроллеров

Контроллер Р4 рассчитан на управление до 4-х компрессорных установок. Позволяет конфигурировать до 3-х различных стратегий управления и контроля величин давления. Дает возможность обеспечить равномерную нагрузку всех компрессорных установок в системе. Имеет функцию «часы реального времени» — возможность точной временной настройки стратегий управления и величин давления.

Контроллер SX обладает полным набором функций для управления 12-ю компрессорными установками, расположенными в одном месте. Имеет современную программу экономии электроэнергии, которая позволяет ему различать компрессоры с постоянной и регулируемой скоростью вращения двигателя, а так же их мощность (50kW, 75kW, …).

Имея такую информацию, контроллер SX может применять стратегию оптимального регулирования мощностью системы. Позволяет устанавливать минимальную, максимальную и оптимальную скорости вращения двигателей для каждой установки с регулируемыми приводами.

Контроллер XC – наиболее совершенный контроллер для управления компрессорами. Контроллер XC имеет все функции SX, но предназначен для более мощных и сложных сочетаний компрессорных систем. Имеет возможность управления до 24-х компрессорных установок, распределенных в различных зонах (до 3-х), с применением контроллеров расширения EX, единой сложной пневмосети.

Контроллер XC в сочетании с контроллером расширения EX умеет управлять тремя зонами и контролировать дисбаланс давления между ними. Позволяет организовать предварительный запуск вспомогательного оборудования. Имеет возможность подключения резервного датчика давления или датчика расхода воздуха.

Функциональная особенность		Преимущество	Модели Metacentre
Функциональная особенность		Преимущество	P4	SX	XC
	Количество управляе-мых компрессоров	Возможность выбора системы управления в соответствии с Ваши-ми потребностями	до 4	до 12	до 24
	Сужение диапазона давления до 0,2 бар	Снижение затрат на электроэнергию	+	+	+
	Дополнительны блоки ввода/вывода	Дополнительная воз-можность оперативно-го мониторинга и контроля	2	2	12
	Табличная технология	Возможность выбора различных стратегий управления	3	4	6
	Часы реального време-ни	Возможность точной временной настройки величин давления и стратегий управления	+	+	+
	Предварительное за-полнение пневмосети	Позволяет подгото-вить сеть в рабочий режим	—	+	+
	Стратегия экономии электроэнергии	Использование интел-лектуального алго-ритма	—	+	+
	Технология управле-ния группой компрес-соров с различной производительностью и переменной скоро-стью вращения двига-теля	Максимальная экономия электроэнергии	—	+	+
	Управление допол-нительным оборудо-ванием	Позволяет организовать запуск дополнительного оборудования	—	—	+
	Контроль зон	Позволяет управлять до 3-х групп компрессоров, расположенных в раз-личных зонах одной пневмосети	—	—	+
	Управление балан-сом давления в зо-нах пневмосети	Оптимизация энергопо-требления в различных зонах сети	—	—	+
	Подключение ре-зервного датчика давления или рас-ходомера	Повышает надежность системы контроля. Учет расхода сжатого воздуха	—	—	+
	Технология вирту-ального реле	Позволяет запрограммиро-вать устройство под опре-деленные условия техно-логии производства	—	—	+

Типовая коммуникационная схема

Схема включает в себя распределенные интеллектуальные устройства для регулирования и контроля дополнительного оборудования:

охладительное оборудование, осушители сжатого воздуха, фильтры, дренажи, и ТД.;
датчики давления, температуры, точки росы, расхода потока и т.д.;
межсетевые интерфейсы, модемы и серверы, поддерживающие интеграцию с образующимися системами управления и специальные программы для ПК для визуализации и анализа данных оборудования.

источники:

https://evakuatorinfo.ru/tsifrovye-sistemy-upravleniya-kompressorami