Цифровое регулирование и энергопотребление холодильного компрессора

Сегодня рассмотрим один оригинальный способ регулирования производительности поршневого компрессора, предложенный компанией Emerson, которая первая предложила бесступенчатое регулирование без изменения частоты вращения вала.

Система получила название «цифровое регулирование». Аналогичная система используется и в спиральных компрессорах того же производителя. Почему «цифровое»? дело в том, что фактически цикл работы компрессора разделен на две части – компрессор сжимает хладагент и компрессор не сжимает хладагент, что соответствует определению цифрового сигнала (Цифровой сигнал — сигнал, который можно представить в виде последовательности дискретных (цифровых) значений).

Система работает следующим образом (рис. 1):

соленоидный вентиль, установленный на крышке блока цилиндров компрессора, приводит в действие поршень, который управляет потоком газа, поступающим в область всасывания клапанной доски. Если требуется полная (100%-ная) холодопроизводительность, газообразный хладагент проходит через клапанную доску и клапаны всасывания в цилиндры компрессора, где сжимается до более высокого давления, после чего выталкивается через клапан нагнетания. Это называется состоянием «нагрузки» (см. рис. 1, слева). В состоянии, когда требуется более низкая холодопроизводительность, процесс сжатия в данном блоке цилиндров останавливается путем блокирования поступления потока (см. рис. 1, справа).

Рис. 1

Контролируя время фактического сжатия, можно регулировать холодопроизводительность компрессора (рис. 2). Такой подход позволяет легко интегрировать компрессор в конструкцию существующей системы

Рис. 2

В 4-цилиндровом компрессоре на одном из блоков цилиндров устанавливают простой механизм с соленоидным вентилем, который приводит в действие два поршня, блокирующие поступление газа в зону сжатия, когда требуется частичная холодопроизводительность. Холодопроизводительность компрессора можно плавно регулировать в диапазоне от 50 до 100 %, управляя временем цикла подачи питания на катушку соленоидного вентиля с помощью контроллера компрессорной станции или отдельного цифрового контроллера.

В 6-цилиндровом компрессоре на одном из блоков цилиндров устанавливают механизм с соленоидным вентилем, как описано выше, в то время как на другом блоке – стандартный механизм блокирования всасывания. Это обеспечивает плавное регулирование производительности в диапазоне от 33 до 100 %.

Важным в процессе регулирования является точное поддержание оптимальной температуры кипения, следовательно, и температуры в охлаждаемом помещении.

Были проведены сравнительные испытания следующих холодильных систем.

• Система 1 – на базе компрессора с цифровым регулированием производительности и компрессора с регулированием холодопроизводительности путем отключения блока цилиндров.

• Система 2 – на базе компрессора с цифровым регулированием производительности и компрессора без регулирования холодопроизводительности.

• Система 3 – на базе компрессора с регулированием холодопроизводительности путем отключения блока цилиндров и компрессора без регулирования холодопроизводительности.

• Система 4 – на базе двух компрессоров Stream без регулирования холодопроизводительности.

Испытания проводили на одном и том же охлаждаемом объекте. В результате оказалось, что те системы, в состав которых входил компрессор с цифровым регулированием производительности, позволяли более точно поддерживать температуру кипения и, казалось бы, избегать лишнего расхода электроэнергии (рис. 3).

Рис. 3

Про точность регулирования вопрос понятен – на графиках видно, что отклонение от уставки при цифровом регулировании значительно меньше, а вот что касается энергопотребления, то этот вопрос спорны.

Красной линией на рис. 3 показано среднее значение температуры кипения хладагента, которое при ступенчатом регулировании выше. Известно, что чем выше давление всасывания, тем выше холодопроизводительность компрессора, а значит, тем меньше время работы и потребляемая им мощность.

Зная допустимые отклонения температур охлаждаемого объекта, при одних и тех же уставках получаются парадоксальные результаты – энергопотребление системы со ступенчатым регулированием производительности меньше, чем при плавном.

Поэтому при использовании плавного регулирования производительности необходимо увеличивать уставку давления кипения, что позволяет повысить и точность поддержания температуры и не повысить энергопотребление.

Таким образом, для снижения энергопотребления недостаточно просто использовать соответствующую технологию, необходимо также правильно произвести настройку параметров работы.

Автор: Талызин Максим Сергеевич,

кандидат технических наук,
академик Международной Академии Холода,
эксперт в области систем холодоснабжения
talyzin_maxim@mail.ru