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节能, 电子膨胀阀在多联大型制冷系统中的运用(二)

2010-02-01 20:13:11 阅读3 评论0 字号:

机组配置如下:

压缩机组:一台2XSHK7461-80中温螺杆并联压缩机组(用于冷藏库和月台)

          两台3XSHN7471-75低温螺杆并联压缩机组(用于低温储藏库)

压缩机的能级调节由机组配置的吸气压力传感器测得的压力经机组控制器处理调节控制压缩机组的能级调节。能级调节是采用“中间区”(死区)的控制模式,它的控制方式如下图所示:

超出中间区,开启和关闭由压缩机提供的各个能级将遵循下面的逻辑关系:

开启 当压力超过设定点+中间区的极限

关闭 当压力下降到低于工作设定点

这个调节控制的类型中,中间区全部处于工作设定点的右边(如下图)

“中间区”的控制模式示意图

 

压缩机的工作设定点(SP

中间区 NZ

中间区外的差值(diff

开启的最小时间 TOnMin

开启的{zd0}时间 TOnMax

关闭的最小时间 TOffMin

关闭的{zd0}时间 TOffMax

 

正如从图中所见,根据不同的区域,程序预置一定的定时设定,在此期间各个能级的开启和关闭的要求按确定的时间间隔来工作。

 

根 据实际吸气压力和参考值的差值,时间将按设定的值按比例的变化。所提及的参考值,根据不同的情况,呈现为中间区的右边和左边的界限和一个差值(它可以通过 一个参数设定)的增加值,在增加值里可以找到所谓的按比例变化的时间。也就是说,如果压力变化对应一个时间段,如过在这个时间段里压力变化超出(压力变化 的趋势),能级逐级加载或减载。

 

该调节中,开启和关闭的时间还由特定的参数确定的{zd0}和最小时间。也就是即使压力变化的趋势已要求进行加载,系统也将“等待”一个“开启的最小时间 TOnMin)”;反之,即使压力变化的趋势经过了一个“过开启的{zd0}时间 TOnMax)”还没有达到要求进行加载,系统控制也将强制加载。

 

在开启阶段,如果希望所要的时间为常数,可以设定NT TOnMinNT TOnMax到同一个值。关闭阶段也一样。

 

“中间区”(死区)的控制模式更“理智”地控制调节能级加载或减载。它不仅排除了压力瞬间“波动”引起的“无谓”加载减载,也使得在输出能级满足时的“盲目”加载。所以“中间区”(死区)的控制模式比“比例带控制方式”可更好地契合节能的要求。

 

以上机组都配有(冷凝压力调节)风冷冷凝器的风机控制模块。风机调节由机组配置的冷凝压力传感器测得的压力经机组控制器处理调节冷凝风机。

 

冷凝器:风冷冷凝器

 

冷风机ECO冷风机

 

膨胀阀:电子膨胀阀,配自行开发的可编程驱动模块(带通讯接口)。

 

中央监控以及故障诊断系统:该系统为独立的应用程序,由一台计算机与系统中的各冷风机(也可与压缩机组)连接,其可以:

1) 可在计算机上集中管理各控制参数(显示和修正)。

2) 可设置诸如温度、压力、湿度等报警值以及过载和压力、液位等数字信号,在出现报警时以及设定的时间内发出报警信号并按报警事件的危害程度执行保护动作。

3) 显示并记录温度、湿度和压力值以及报警信息,并可通过连接的打印机以图表或表格形式打印记录。

4) 可通过局域网或调制解调器实现远程管理。

 

该系统还可接入照明、冷库库门等其他需要监控的部件(完善中)。

 

由于没有严格的对比对象和条件,我们仅可将两个冷库容积相仿、储存货物相同、运行情况相似的冷库进行简单的对照(其中一个为热力膨胀阀,一个为电子膨胀阀)。虽然不是各个条件相同的严格的比较,但相信得到的结果应该说有还是一定的参考价值的(时间从2008-1-12008-8-31)。使用电子膨胀阀的比热力膨胀阀总的节能约19%;按月对比,20081月节能达到28%;而20088月节能13%,基本上为逐月递减,这个与环境气候温度上升趋势相吻合。也就是说,简单对比可以看出,环境温度较低的情况下节能效果更明显,这和国际上xx的电子膨胀阀的生产厂商的阐述是一致的。

 

通常,冷库的热力膨胀阀前配置有电磁阀。当蒸发器的进风温度达到设定温度时,电磁阀关闭停止供液;而当蒸发器的进风温度上升到设定的温差(即设定温度+温差,一般温差设定为2-3℃)时,电磁阀开启再度供液,所以冷库的实际温差较大。电子膨胀阀可以在10%--{bfb}的范围内进行xx调节,它与多台并联的制冷机组的组合可以使冷库控温精度高,冷库温度波动小。我们知道,食品在冷却、冻结以及冷藏的过程中,食品中的水分蒸发或冰晶升华,造成食品的重量减少和品质下降俗称干耗 食品表面的温度与室内空气温度之间的温差,使食品失去热量被冷却,同时因为存在着水蒸汽压差,冻结食品表面的冰晶升华,进入空气中,造成食品的水分部分流失。食品单位时间内从表面升华的水分量Wkg/h)一般常用下式表示:

W=βFPg-Pr

式中:β——升华率(kg/m2·h·mmHg

                      F——冻结食品的表面积(m2

                     Pg——冻结食品表面的水蒸气压(mmHg

                     Pr——与食品接触的空气的水蒸气压(mmHg

 

因此,除了防止外界热量的侵入和控制室内空气流速,采用合理xx的温度控制,减少食品表面的温度与室内空气的温度之间、室内空气的温度与蒸发器表面的温度之间温差以及库内温度波动是非常有效的。

采 用电子膨胀阀的系统由于其的xx调节也可使系统减少了负载瞬间的“突变”,使并联机组更便于能量调节进一步细份(比如压缩机卸载),增加能级控制,减少了 压缩机自身的启动次数,节能效果进一步提高。如果采用并联机组加压缩机变频控制效果则更好,能量调节更平稳。下图为一个4压缩机并联机组无变频控制和其中一台采用变频控制的控制方式对比图。

 

 

 

无变频控制与其中一台采用变频控制的控制方式对比图

 

工作设定点(SP

变频的差值(D I

吸气工作设定点的变频的位移(OFSI

变频的最小值 Min I

 

电子膨胀阀通常有比例控制和脉冲控制两种驱动控制方式,理论上两者都是可行的。但实践证明大型制冷系统比例控制方式更可取,尤其是在系统管路较长等情况中(无压力“脉动”)。

 

比例控制和脉冲控制示意图

 

虽然电子膨胀阀动作响应快,可微量控制xx,所以系统在较低过热度运行而不产生回液(如上述的工程实例中低温储藏库平均为7℃以下)。当然,过热度也应必须控制在一定的范围内以防止因过热度过度低而引起系统回液,在控制(模块)逻辑中,过热度的设定参数预置一个最小过热度限定值很有必要(LOP控制)。同样,当蒸发器负载较大时,对过热度预置一个{zd0}过热度限定值以保证系统安全连续的运行(MOP控制)。

 

我 们知道,不仅仅是蒸发器在制冷状态热力膨胀阀的系统可能会产生制冷剂流动的“脉动”现象。尤其冷风机在化霜期间,电磁阀将关闭停止供液,而如果系统较大管 路较粗、系统内容积较大,当化霜结束电磁阀再度开启进行制冷工作时,热力膨胀阀此时的开启度是较大的,在电磁阀开启瞬时瞬间可能形成大量液体流入蒸发器, 引起管路的颤动的“液锤”现象,严重的还将引起管路泄漏。而采用电子膨胀阀,不仅在制冷状态下其开启大小可线性连续调节的,而且我们可以设定它的驱动逻 辑,使得在化霜期间电子膨胀阀为关闭(或微量开启)状态,当化霜结束再度制冷工作时,膨胀阀可实现平缓地连续线性开启,这样就大大减少甚至xx管路的颤动 的液锤现象。

 

所以,要实现理想的控制,实现节能的目的,选择适当的驱动模块或设计合理的控制逻辑非常关键(自行开发驱动模块时)。

 

一般小型家用空调用的电子膨胀阀的{zd0}动作压差(MOP)约为22.5bar左右,冷冻用应选择({zd0}工作压差)有较大压差(比如30barCARELEMERSON)以及满足系统蒸发温度要求的电子膨胀阀。这是由于相对空调工况,制冷工况的蒸发温度较低,吸气压力也相应较低。这里顺便想提一下以下几点:

1) 对于平片阀芯和进出口直通形式电子膨胀阀来说,虽然电子膨胀阀有xx关闭功能和“柔性阀板”设计可以xx由进出阀的压差产生的水平推力对阀芯组件和步进电 机轴的影响,理论上可以省去系统中的电磁阀。但不难发现,由于制冷系统中的蒸发器在运行中需要一定的化霜,而在此期间用电子膨胀阀代替系统中的电磁阀,将 造成此类电子膨胀阀(平片阀芯和进出口直通形式)与其正常工作相比进出口两端的压差大,较长时间静止地处于较大的水平推力状态,其“柔性阀板”是否可以完 全xx进出阀的压差产生的水平推力对阀芯组件和步进电机轴的影响是值得更细致研究的(实际使用中发现,使电磁阀处于常通位置,在蒸发器化霜后电子膨胀阀再 度开启时,出现偶发的开启困难的“卡死”现象。经维修或更换恢复工作后,使电磁阀制冷运行期间为常开化霜期间关闭的工作模式,此拈连的现象xx。其他阀芯 形式的电子膨胀阀需待进一步的实验验证)。

2)一般来说,电子膨胀阀标定的制冷量不存在所谓的“富裕量”,在选择电子膨胀阀时应十分注意。

3)虽然电子膨胀阀在设计中已注意了施工中的焊接问题,但在实际焊接施工中仍然要严格控制阀体的温度,防止阀体过热危害电子膨胀阀,尤其是驱动与阀体为一体(不可拆)的膨胀阀以及阀体和连接管路为不同材质时。

                                                  

4)在电子膨胀阀的前端管路中配置过滤器对系统稳定可靠运行是十分有益的。

5)电子膨胀阀的安装状态与热力膨胀阀相仿,一般来讲其驱动部应在上放位置。不可斜放和倒置

       6) 电子膨胀阀的工作状态直接取决于它的控制逻辑和各项参数。根据所使用的工况要求对其控制逻辑、各项参数进行合理、正确的编制和设定非常重要,不然的话将影响整个系统的正常使用,严重的将导致系统故障(比如过热度设置过大或过小,化霜的控制逻辑等等)

 

简单概括来讲,采用电子膨胀阀有这样几个优点:

1)电子膨胀阀响应快,流量调节范围宽,可以按预设的各种调节逻辑动作

2)电子膨胀阀可很好地控制过热度的调节,使系统的启动特性和变负荷动态等特性大为改善

3)电子膨胀阀可保证系统中的蒸发器高效稳定运行,系统耗能低,温度控制精度好

4)电子膨胀阀的应用范围广,适合多种制冷剂

5)电子膨胀阀的驱动模块的通讯功能使系统的远程监控和故障诊断更容易实现

6)电子控制阀和并联机组的组合可以更xx地进行能量调节,节能效果更为显著。

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